三星 Gear Fit2 Pro 是 Gear Fit 系列中第一款防水等級(jí)為 5 ATM 的設(shè)備，這部分歸功于 ST 的新型 LPS33HW 壓力傳感器。Gear Fit2 Pro 受到媒體的好評(píng)，因?yàn)樗^承了 2016 年推出的 Gear Fit2 的每個(gè)人都喜歡的東西，并通過添加游泳追蹤器、持續(xù)心臟監(jiān)測(cè)和帶更安全扣的新表帶等功能對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，在許多其他人中。它也是為數(shù)不多的具有明亮 AMOLED 屏幕和內(nèi)置 GPS 的腕帶追蹤器之一，事實(shí)證明這對(duì)于慢跑愛好者來說是必不可少的。

2017 年對(duì)于健身追蹤器來說是具有里程碑意義的一年，因?yàn)閷＜覀兘K于認(rèn)識(shí)到了他們測(cè)量的精確性和可靠性。例如， 《消費(fèi)者報(bào)告》承認(rèn)“健身追蹤器比以往任何時(shí)候都更準(zhǔn)確” ，斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院得出的結(jié)論是，他們的心率監(jiān)測(cè)非常可靠。這些眾多突破之所以成為可能，是因?yàn)?a target="_blank">傳感器不斷變得更加精確和強(qiáng)大。這一趨勢(shì)的一個(gè)很好的例子是 LPS33HW，這是 ST 的氣壓計(jì)，它使用防水封裝來確保新的應(yīng)用，如跟蹤游泳池中的劃水和圈數(shù)，成為可能。

LPS33HW是如何防水的？

直到最近，壓力傳感器的結(jié)構(gòu)還阻止它們?cè)谒逻\(yùn)行。這些設(shè)備測(cè)量大氣壓力以確定用戶的高度，并計(jì)算該人是在爬樓梯還是從樓梯上下來，這對(duì)于活動(dòng)跟蹤器來說是必不可少的。為此，MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）氣壓計(jì)使用位于封裝內(nèi)部的薄膜，該薄膜會(huì)根據(jù)壓力變化向上和向下彎曲。然而，為了使這樣的系統(tǒng)成為可能，必須有一個(gè)通風(fēng)孔讓空氣通過。事實(shí)上，完全密封的組件無法準(zhǔn)確檢測(cè)壓力變化。

這種設(shè)計(jì)的問題在于，即使系統(tǒng)的其余部分是防水的，通風(fēng)口也會(huì)讓水進(jìn)入封裝，破壞薄膜并對(duì)下面的 IC 造成嚴(yán)重破壞。LPS33HW 以凝膠的形式巧妙地解決了這個(gè)問題。事實(shí)上，這種物質(zhì)完全充滿了氣壓計(jì)的內(nèi)部，以防止水進(jìn)入設(shè)備，但它不會(huì)對(duì)膜的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生負(fù)面影響，從而確保精確的測(cè)量。它還覆蓋了將傳感元件連接到 IC 的導(dǎo)線，保護(hù)它們免受環(huán)境影響，以保證傳輸信息的完整性。

為什么 LPS33HW 更強(qiáng)大？

然而，當(dāng)工程師設(shè)計(jì)日常使用的健身追蹤器時(shí)，僅對(duì)壓力傳感器進(jìn)行防水是不夠的。人們與惡劣的環(huán)境、嚴(yán)酷的溫度和可能損壞保護(hù)壓力傳感器的涂層的化學(xué)物質(zhì)接觸。在許多競(jìng)爭(zhēng)設(shè)備中，凝膠不能真正容忍外國(guó)代理在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的這些攻擊。這些裝置內(nèi)的粘合劑軟化，凝膠不再密封結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致壽命縮短、維護(hù)成本增加和性能下降。

為了避免這些問題，三星在其 Gear Fit2 Pro 中使用了 ST 的 LPS33HW。MEMS 中的凝膠耐氯、溴、鹽水、肥皂和清潔劑。因此，使用 Gear Fit2 Pro 在公共游泳池或海上游泳，或者只是每天洗澡都不會(huì)影響其完整性或使用壽命。ST 自己的測(cè)試證明，當(dāng)傳感器暴露在這些化學(xué)物質(zhì)中時(shí)，其性能絕對(duì)不會(huì)隨著時(shí)間的推移而退化或退化。事實(shí)上，LPS33HW 非常可靠，它也適用于工業(yè)應(yīng)用，例如燃?xì)獗怼４送猓捎谠摻M件在 –40 oC 至 +85 oC 的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，Gear Fit2 Pro 用戶真的沒有什么好擔(dān)心的。

為什么 LPS33HW 更準(zhǔn)確？

精度也是 MEMS 氣壓計(jì)的一個(gè)基本方面，但并非所有設(shè)備都相同。正如我們所見，放置在 IC 頂部的薄膜會(huì)根據(jù)大氣壓的變化而彎曲。為了量化元件的變形，制造商在這個(gè)膜片上放置了一個(gè)惠斯通電橋，當(dāng)它向上或向下移動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)電阻的正負(fù)變化以確定壓力變化。同樣重要的是，該設(shè)備集成了一個(gè)溫度計(jì)來監(jiān)測(cè)有時(shí)在不同海拔處可能發(fā)生的溫度變化，這將用于補(bǔ)償初始讀數(shù)并提供更準(zhǔn)確的結(jié)果，這要?dú)w功于 LPS33HW 的嵌入式補(bǔ)償算法。

LPS33HW 提供了極高的精度，因?yàn)榕c其他競(jìng)爭(zhēng)設(shè)備不同，它使用能夠感應(yīng)電阻最輕微變化的壓敏電阻，從而提供令人難以置信的更精確的結(jié)果。這就解釋了為什么該設(shè)備的壓力范圍很寬，從 260 hPa 到 1，260 hPa。事實(shí)上，ST 的氣壓計(jì)經(jīng)常出現(xiàn)在我們之前在 Life.Augmented 博客中介紹的多運(yùn)動(dòng) PIQ 傳感器等設(shè)備中，因?yàn)樵?a target="_blank">公司的壓阻式結(jié)構(gòu)提供了出色的精度。此外，LPS33HW 的 IC 能夠輸出 24 位值并達(dá)到 75 Hz 的輸出數(shù)據(jù)速率 （ODR），這意味著應(yīng)用程序?qū)⒂羞B續(xù)的精確數(shù)據(jù)流來做出關(guān)鍵決策并計(jì)算將塑造用戶的結(jié)果經(jīng)驗(yàn)。

三星和您的 ST 優(yōu)勢(shì)

規(guī)格只是拼圖的一部分。他們不會(huì)告訴您的是 ST 如何設(shè)計(jì)其產(chǎn)品以促進(jìn)工程師和制造商的生活，無論他們生產(chǎn)的數(shù)量和設(shè)備如何。例如，制造過程將在焊接過程中將壓力傳感器置于極端高溫下。這將導(dǎo)致傳感元件彎曲，一個(gè)通用組件大約需要 7 天才能恢復(fù)并能夠再次輸出準(zhǔn)確的信息。然而，LPS33HW 是獨(dú)一無二的，因?yàn)樗暮附悠苾H為 ±2 mbar，相當(dāng)于競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品的一半。因此，失真少得多，ST 設(shè)備能夠在 72 小時(shí)內(nèi)恢復(fù)。結(jié)果，生產(chǎn)時(shí)間減少，制造商可以更快地運(yùn)送他們的產(chǎn)品。

為了幫助工程師更快地開發(fā)他們的應(yīng)用程序，ST 提供了適用于 Android 和 Linux 的硬件抽象層，其中包括設(shè)置 LPS33HW 以及捕獲和解析其數(shù)據(jù)所需的驅(qū)動(dòng)程序和框架。STEVAL-MKI183V1 評(píng)估板也在開發(fā)中。它將包含一個(gè) LPS33HW 并位于 MEMS 開發(fā)工具之上，例如STEVAL-MKI109V3，以提供一種非常經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方式來開始測(cè)試氣壓計(jì)、處理應(yīng)用程序和啟動(dòng)設(shè)計(jì)。這對(duì)于必須快速有效地開始原型設(shè)計(jì)的小型團(tuán)隊(duì)來說尤其重要。因此，ST 壓力傳感器的美妙之處在于它能夠在像 Gear Fit2 Pro 以及下一個(gè) Kickstarter 項(xiàng)目這樣的大型且令人印象深刻的消費(fèi)設(shè)備中感到賓至如歸。

審核編輯：郭婷