——MLX90632在手表應(yīng)用的國產(chǎn)替代

當(dāng)下，隨著生活水平的提高，人們對(duì)健康重視程度越來越高，越來越多具有醫(yī)療功能消費(fèi)電子產(chǎn)品走入我們的生活，包括具有各項(xiàng)指標(biāo)監(jiān)測(cè)的手表、血壓計(jì)、體征檢測(cè)儀等。消費(fèi)電子醫(yī)療化，醫(yī)療電子簡單化已成為一種趨勢(shì)，并逐步獲得消費(fèi)大眾認(rèn)可。

早期的智能手表除了具有普通手表功能外，還具備連接手機(jī)、打電話功能，除此之外，還有計(jì)步、統(tǒng)計(jì)卡路里、測(cè)試心率、血氧以及部分具有測(cè)試體溫等功能。這里我們重點(diǎn)討論體溫檢測(cè)方案的實(shí)現(xiàn)，其中以蘋果和三星為典型代表，二者在體溫檢測(cè)實(shí)現(xiàn)上都是選擇了MLX90632這個(gè)型號(hào)。

最近幾年備受追捧的健康手表，不同于普通的智能手表，除了具有智能手表的血氧、心率功能外，還具有監(jiān)測(cè)心電、體溫、血壓、血糖等功能，通過對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)長期監(jiān)測(cè)來判斷不同個(gè)體的健康變化。國內(nèi)健康手表諸如S糖、安D等品牌在健康細(xì)分領(lǐng)域深耕，結(jié)合中醫(yī)理論對(duì)慢性病及突發(fā)疾病做長期及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

目前血氧、心率、心電、體溫都是可以通過傳感器直接測(cè)得，血壓一般有兩種技術(shù)可以獲得：PPG方式推算和增加氣泵傳感器實(shí)測(cè)。手表上血糖的測(cè)量基本上都是通過算法實(shí)現(xiàn)，而基礎(chǔ)體溫是血糖算法中非常重要的關(guān)鍵參數(shù)之一。在健康手表應(yīng)用中血氧、心率、體溫等都是非常重要的基礎(chǔ)參數(shù)，心率和血氧的測(cè)量當(dāng)下主流技術(shù)方式為PPG，體溫測(cè)量分為NTC接觸式測(cè)溫和非接觸式紅外測(cè)溫兩種方式。

早期在手表上做體溫檢測(cè)都是通過接觸式測(cè)溫方式，如下圖中銀色部分，NTC通過導(dǎo)熱硅膠固定在金屬片上，金屬片安裝在手表的底部。測(cè)溫時(shí)需要將手表做緊密佩戴，金屬片與皮膚緊密接觸且達(dá)到熱平衡后，NTC通過測(cè)得金屬片的溫度，等效為皮膚溫度，再做體溫算法。該種方式有如下缺點(diǎn)：

1，做精準(zhǔn)測(cè)溫需要手表佩戴緊密，這樣會(huì)影響舒適性。如果佩戴較松，金屬片和皮膚存在間隙，金屬片散熱很快，會(huì)導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果嚴(yán)重失真。

2，該方式為二次熱傳導(dǎo)，皮膚將熱量傳導(dǎo)至金屬片，金屬片傳導(dǎo)至NTC，響應(yīng)速度慢。

紅外非接觸測(cè)溫傳感器則很好的解決以上問題，可以在不接觸的情況下，直接測(cè)量皮膚溫度，且響應(yīng)速度為ms級(jí)。紅外非接觸傳感器在手表設(shè)計(jì)上需要結(jié)構(gòu)的配合，符合視場角要求。

紅外非接觸測(cè)溫傳感器要獲得高精度的測(cè)量結(jié)果需要使得傳感器和被測(cè)物在同一個(gè)環(huán)境溫度下達(dá)到熱平衡，但在手表使用場景下，紅外非接觸測(cè)溫傳感器內(nèi)置于手表中，通過內(nèi)部環(huán)境溫度都在30~40℃左右，藍(lán)牙版和4G/5G版因功耗不同，內(nèi)部溫升差異較大。而人通常是在室溫環(huán)境下，二者環(huán)境溫度并不一致。因此在手表上做精準(zhǔn)體溫的檢測(cè)難度更大，需要結(jié)合產(chǎn)品自身的工作狀態(tài)做很多深度測(cè)試，拿到和手表自身相關(guān)的熱模型，再做算法進(jìn)行適配。

紅外傳感器的應(yīng)用不同于其他傳感器，使用門檻非常之高。調(diào)試階段需要專用儀器設(shè)備，諸如黑體、恒溫水槽、高低溫試驗(yàn)箱，生產(chǎn)階段的標(biāo)定需要黑體、恒溫房等設(shè)備和環(huán)境。做紅外傳感器的開發(fā)需要對(duì)傳感器特性有非常深刻的認(rèn)知，還需要對(duì)應(yīng)用的產(chǎn)品特性和工況有充分了解(做大量的測(cè)試后獲取產(chǎn)品熱模型，提取相關(guān)參數(shù))，才能做好產(chǎn)品級(jí)的算法。這種應(yīng)用是跨學(xué)科工程學(xué)，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、光學(xué)、熱力學(xué)、產(chǎn)品級(jí)算法、硬件、軟件等方向綜合應(yīng)用。

作為一個(gè)方案公司，我們也是摸索了很久，趟了很多坑，試用了國內(nèi)國外很多紅外非接觸傳感器?？偨Y(jié)下來這種應(yīng)用最大的問題不在于傳感器硬件本身，而是軟實(shí)力相關(guān)的技術(shù)支持。最終選擇了領(lǐng)麥微這個(gè)品牌的S-D1的貼片傳感器，這個(gè)型號(hào)其在很多穿戴方案公司和品牌也有了很多成功案例。最主要的是在開發(fā)階段提供了適配我們mcu型號(hào)的驅(qū)動(dòng)程序和適配我們產(chǎn)品體溫算法，可以讓我們專心于產(chǎn)品開發(fā)，在測(cè)溫這部分基本沒有花費(fèi)太多精力。通過領(lǐng)麥微的技術(shù)支持和技術(shù)交流，也讓我們對(duì)紅外非接觸測(cè)溫傳感器有了一個(gè)全新的認(rèn)知。分享一下他們?cè)谑直眍I(lǐng)域的應(yīng)用案例，其中也包括我們的一款全新手表。