可穿戴设备中的博世传感器产品

近两年，可穿戴大厂纷纷成立运动健康管理实验室，加码运动和健康追踪功能，业界似乎已经达成共识，这就是现阶段可穿戴设备的独特价值。

01 运动监测，可穿戴设备厂商还能有什么期待？

根据IDC《中国可穿戴设备市场季度跟踪报告，2021年第四季度》，2021年中国可穿戴市场出货量近1.4亿台，同比增长25.4%。预计2022年，中国可穿戴市场出货量超过1.6亿台，同比增长18.5%。主流的可穿戴设备包括智能手表、TWS耳机、智能手环等。

市场增长的同时，可穿戴设备厂商也感觉到竞争加剧了。长期来看，可穿戴设备厂商需要通过精细化市场定位充分挖掘现有需求、开发更多功能场景刺激新的消费需求。

着眼当下，在当前运动功能为主的基础上，健康监测相关功能已经在多数头部厂商的技术储备中逐渐完善。

展望未来，可穿戴设备仍然有更广泛的应用场景待挖掘：例如在游戏娱乐场景中与VR设备的交互，在车载场景中对驾驶员状态监测等，这将有利于带动更多消费需求涌现。

回到我们今天的主题，运动监测功能已经发展到一定阶段，仍然是设备厂商建立竞争壁垒的重要技术，下一步就是功能的优化和使用体验感的提升。

关于运动监测，可穿戴设备厂商还能有什么期待？不妨自底层技术看起，从传感器的技术创新中找一些灵感。

02 数据“捕手”-Bosch Sensortec可穿戴明星产品

运动监测功能的实现，始于数据收集，而传感器就是数据“捕手”。

# 加速度传感器BMA456

查看智能手表上的步数，已经成为了人们的常规操作。通过加速度传感器感应用户的加速度变化，再经过数据处理，就可以算出行走步数。加速度传感器BMA456内置计步器和运动识别功能，不仅能够计算出步数，还可以判断用户是处于跑步或者静止状态。

BMA456在一众加速度传感器中脱颖而出，靠的是它的功耗管理功能，它可以自我判断运动和非运动模式，相应地在低功耗模式和正常模式间进行快速切换。

在常规的工作模式中，它的耗电量是150μA。当设备没有活动时，传感器可以被设置为超低功耗6Hz的待机低功耗模式，它的耗电量能低至6μA。

加速度传感器BMA456内置计步器和运动识别功能

加速度传感器在可穿戴设备上有广泛的应用，在近日落幕的【第33届“微言大义”研讨会：运动感知技术及应用】上，Bosch Sensortec高级现场应用工程师皇甫杰举了两个例子：

比如，TWS耳机的入耳/出耳检测，常见的实现方式是用接近传感器检测耳机与接触物体之间的距离，来判断是否入耳，但在实际应用中，会有误判的情形，像耳机拿在手中和放在桌上有时会难以精准判断。为了更精确的判断，需要加速度传感器的联动，通过加速度信号了解设备方向，用户移动轨迹等更多状态。BMA456的数据可以与接近传感器融合，极大提高入耳/出耳检测精度。同时，在两个传感器的联动工作模式下，接近传感器不需要一直打开，由此达到降低系统功耗的目的。

再比如，TWS耳机的单击/双击/三击功能的实现，也需要用到加速度传感器BMA456，敲击的准确度高达90%以上。

# 智能传感器BHI260/惯性传感器BMI270

❖定位导航应用

谈到定位技术，大家也许会想到GPS，这是一种常见的GNSS（全球导航卫星系统）。GPS在遮挡环境比如密集楼宇中效果较差，此时需要结合PDR（行人航位推算）获取更准确的定位。

PDR是一种利用手机内嵌多种传感器采集的运动信息进行行人室内定位的技术。该技术通过利用行人初始的位置、行走的距离和方向信息，推算用户在任意时刻的位置信息，无需额外的设备支持。

通常来说，只用GNSS定位，GPS需要一直打开，功耗较高。如果用GNSS+PDR融合的方式，GNSS只需间断打开，由此降低功耗。这样可以在保证定位精度的同时，降低整机功耗。

这里给大家分享一组数据对比：

只用GNSS定位，功耗约为50mA。

采用PDR+GNSS的组合定位，功耗约为17mA。

智能传感器BHI260中集成了PDR算法，同时支持PDR和GNSS数据的融合，从而帮助优化用户的路径规划。

❖3D音频技术

为给用户带来更好的听觉体验，3D音频这一技术被引入到TWS耳机中，该功能可以在耳机上体验沉浸式环绕声。通过内置的加速度传感器和陀螺仪，可以追踪用户的头部运动，当头部转动时，音频会重新校准，始终将用户放置在场景中央。

针对3D音频功能，Bosch Sensortec有两种实现方案：

方案1：BHI260+ BMM150(地磁传感器)

方案2：BMI270+ BMM150

需要说明的是，BMI270集成了一颗加速传感器和一颗陀螺仪，BHI260集成了一颗加速传感器、一颗陀螺仪和传感器中枢（hub）。

两种方案最大的区别是算法运行位置的不同。

方案1中，头部运动方向识别是在传感器器件内部完成的，经过一系列处理后，通过传感器中枢将头部角度的数据提供给Host MCU。

方案2中，头部运动方向识别的算法，需要在Host MCU上面实现，随后将BMI270采集到的传感器数据传输给MCU，然后再通过算法去计算头部角度。

# 气压传感器BMP581

博世的气压传感器具有高精度、低功耗、小尺寸的特点，也可以集成到TWS耳机或智能手表中，用于识别运动。比如，用户在做引体向上的时候，TWS耳机中的气压传感器可以识别到距离高度变化为30cm（如下示意图）。

气压传感器BMP581可准确测量运动中的微小高度变化

在智能手表计算卡路里的时候，通常要依赖用户走路/跑步的距离，但不管是用GPS根据运动轨迹计算距离，还是用惯性传感器的计步器功能计算距离，都难以将高度变化和坡度状态纳入考虑。显然，有高度变化时，比如上坡或者下坡，消耗的卡路里就不同。气压传感器可以通过对高度变化检测，从而让卡路里的测量更加精确。

BMP581是Bosch Sensortec在2022年最新推出的气压传感器，在精度方面实现了新的突破——它可以准确测量低至7.6μg的气压波动，相当于一只蚊子重量的千分之一。

审核编辑：汤梓红