智能手环部分功能介绍介绍

智能手环作为一种可穿戴设备，越来越影响着人们的生活。用户可以使用手环记录日程生活中的跑步、游泳、睡眠、心率等日常信息。

题外话：推荐一本书------《未来简史》，里面设想了未来大数据是怎么影响我们的生活，而我们又是如何“迷信”大数据的。对比与现在的提倡的“人文主义”、“自由”，书中称那个时为“科技人文主义”。

书中作者对“人文主义”做了阐述。恰逢特殊时期，一系列的事情冲击着人们最近几百年来建立的“自由”、“人文主义”。

可以看到目前手环的主要功能和卖点主要是：彩屏、心率监测、公交卡、防水、睡眠监测、运动记录等，下面将介绍屏幕、心率监测、防水等级。

屏幕

    屏幕是由大量红绿蓝像素点组成的

    LCD缺陷：不能产生纯黑

    OLED的缺陷之一：容易产生烧屏现象

    相较于LCD屏幕，OLED的优势：薄、可弯曲程度大、色彩细腻对比明显、可单独点亮、耗电更少、响应更快。

心率监测

    PPG 光电容积脉搏波描记法 

    监测数据由发光二极管和感光二极管获得，光信号转变为电信号，再转变为数字信号，呈现为心率数值。

    绿光会被血液吸收，血液的流动使不同时刻测得不同的数据-产生波动，波动值与常量的差值经过计算就是测得的心率。

    心率监测会产生一定的误差，由于采用了对光的吸收差值计算原理，会在测试非心率时也会产生数值。

防水等级

    IPxx等级

    手表防水等级 

一、屏幕：主要观点来自于https://www.zhihu.com/question/25669200，作者“浮梁卖茶人”。

目前常见的屏幕有两种——LCD&OLED，

 LCD （ Liquid Crystal Display）液晶显示器

OLED（OrganicLight-Emitting Diode），又称为有机电激光显示、有机发光半导

下面就来看一下这两种屏幕的特点

    1）像素点的概念

首先，你看你的屏幕是一幅完整的图画，但实际上，你贴在屏幕边上看就会发现你的屏幕实际上是由无数个小点点组成的，每个小点点各自显示自己的颜色，拼出来了一幅完整的图片，因为每个像素点比较小，所以你的眼睛会误以为这是一张完整的画面。

每一个像素点有3个子像素——红绿蓝，我们知道三原色红绿蓝是可以调制出非常多的颜色的，我们的屏幕就是通过调整红绿蓝的三原色的比例来调出成千上万种颜色的。

屏幕的成像原理各位想必应该清楚了——屏幕由无数个点组成，每个点由红绿蓝三个子像素组成，每个像素点通过调整红绿蓝子像素的颜色配比来显示颜色，最终所有的像素点拼出你看见的画面。

    2) LCD背光源与OLED自发光

首先这里放一张LCD和OLED的设计图，这个设计图是每个子像素的纵切截面图。

LCD的发光原理主要靠背光层，也就是上图中Back-light的部分，这部分通常由大量的LED背光灯组成，它只有一个功能，就是显示白光，但是白光不可能组成图像啊，于是我们在这个白色的背光层上加一层有颜色的薄膜，白色的背光穿透了有颜色的薄膜后就能显示出彩色了，但是我们是需要调整红绿蓝的比例啊，不能让光直接就射穿红绿蓝啊，所以我们在背光层和颜色薄膜之间加入一个控制阀门，这就是图片中liquid crystal的那一层，也就是我们所谓的液晶层，这层可以通过改变电压的大小来控制开合的程度，这样开合大的射出去的光就多，开合小的就射出去的光少，这样我们就可以控制白光的量，这样就可以调整红绿蓝的配比了。这个便是LCD屏幕的工作原理，他特别像什么，就是你拿着一个白光手电筒，前面放个可以旋转的不透明板子，前面再放个彩色塑料薄膜。

而OLED呢，OLED不需要LCD屏幕那样的背光层，也不需要控制出光量的液晶层，只要给他通电他就能亮，所以OLED就像一个有着无数个小的灯泡组合的屏幕。所以LCD是背光（显示白光）+小窗户（液晶层控制阀）+有颜色薄膜OLED是自发光，通电就能发光，通过控制红绿蓝三种光的强度调节屏幕亮度。

    3）LCD的缺陷

LCD目前还有一个致命问题，那就是液晶层不能完全关合，所以如果LCD显示黑色的时候，会有部分光穿过颜色层，所以LCD的黑色实际上是白色和黑色混合的灰色，就像你拿一个白光手电筒射一个黑色的薄膜，穿过薄膜的光就会变成黑光吗？肯定不会，你从薄膜那一边看实际上就是亮度大幅度递减的灰色，而不是纯黑。

我们目前大多数的电脑显示屏幕可以看到这种现象。

而OLED不一样，OLED显示黑色的时候可以直接关闭黑色区域的像素点，来达到几乎纯黑的效果。

另外由于有背光层的存在，所以LCD显示器的背光非常容易从屏幕与边框之间的缝隙漏出去，这就是常说的显示器漏光，LCD就不可能完全避免漏光现象，只能是严重程度了。

    4）OLED屏幕的优势（因为液晶层和背光层的存在）

厚度：LCD由于有背光层和液晶层的存在，他的厚度就要比OLED厚很多，所以OLED屏幕非常容易把手机或者显示器做薄，对于显示器没什么影响，对于手机来说就是质的飞跃，更薄的屏幕就允许你塞入更多的元器件去提升其他部分的体验。

可弯曲程度：还是因为液晶层和背光层的存在，LCD屏幕就不可能大幅度弯曲，而OLED几乎可以和折纸一样随便折，三星的曲面屏就是靠着OLED技术做支撑的。要注意的是这里说的是大幅度弯曲，台式机那些曲面屏幕还是LCD，你可以发现弯曲的程度都不大，OLED是可以和纸一样对折的。

色彩：对比度指的是白色比黑色的比值，对比度越高画面颜色越浓，LCD由于有背光层，黑色不是纯黑，所以对比度很难做高，OLED黑色不发光，所以可以直接关闭黑色区域部分像素点，这时候黑色几乎为0，所以理论对比度可以说是无限。这里一句话概括OLED色彩，OLED是油画，色彩纯而细腻，LCD是水彩笔画，色彩朦胧而且淡。

单独点亮：LCD打开就是整个背光层全部打开，所以LCD要么全开要么全关，而OLED每个像素点都是独立的，所以OLED可以单独点亮某些像素点，利用这个特性可以做到一个非常方便的功能——息屏提醒（aways on display），在屏幕关闭后，以低亮度点亮几个像素点来显示时间，点亮，以及通知，所以三星手机可以在不开启屏幕的情况下知道是什么应用来了消息，双击消息图标还能点亮屏幕。这个功能可以大幅度减少点亮屏幕的次数，间接省电了。一旦用习惯，你就会爱上这个功能。

耗电程度：OLED由于像素点独立工作，该亮的亮，该暗的暗，该灭的灭，LCD无论显示什么颜色都是背光全开，所以LCD注定耗电，下图中坚果R1和小米mix2s还有黑鲨都是LCD屏幕，在长时间视频播放下续航可以看见明显吃亏。

屏幕响应时间：我们知道画面的颜色是由像素点显示来的，而像素点从颜色1变成颜色2是需要时间的，这个时间被我们称之为灰阶响应时间，如果灰阶响应时间太长，在画面快速滑动的时候像素点来不及从颜色1变成颜色2而导致出现画面残留，视觉上就会出现拖影，拖影极其影响视觉观感，OLED屏幕几乎没有任何拖延，而LCD屏幕，哪怕是苹果的顶级LCD，该拖影还是拖影。

5） OLED的缺陷

烧屏：OLED的缺陷也是明显而且致命的，LCD屏幕是无机材料，他的老化速度相对于有机材料的OLED要慢得多，因此OLED有机材料的寿命是不如LCD的，而且更为致命的是，OLED由于每个像素点是自发光，而不是LCD那样整块全部亮，这就会导致OLED每个像素点工作的时间不一样，有的像素点显示蓝色的时间长，那么他的蓝色衰减就会比其他像素点多，日后再显示蓝色的时候这一个像素点的蓝色就要比其余的淡一点，同样的红色和绿色也是一样，所以OLED非常容易发生一个现象就是烧屏（屏幕老化不均匀导致的残留）

OLED的缺陷有很多，这里只介绍一个。

二、心率监测（这里主要介绍PPG  Photo Plethyamo Graphy,光电容积脉搏波描记法）观点来自于https://blog.csdn.net/hellokandy/article/details/83615899，作者hellokandy

1）在Apple Watch上的应用

Apple Watch利用LED绿光和红外光，以及两种光传感器来检测心率。当其处于15摄氏度（59华氏度）以下的低温时，通过测量绿光的吸收状况来获取更为精准的数据。而高温环境下，比如用户正在健身房里挥汗如雨时，皮肤表面水分增加，由于更多绿光已经被吸收掉，要检测皮下反射的绿光就比较困难，这时Apple Watch就转换到红外光模式。

就AppleWatch来说，测量心率时底部的表盘会发出绿色的灯光，并且测量的时候手腕最好保持不动否则会影响测量结果。

如上一般用发光的发光二极管和感光二极管作为心率监测的光学数据。

2）那么为什么通过LED灯发光就能测量心率呢？

当LED光射向皮肤，透过皮肤组织反射回的光被光敏传感器接受并转换成电信号再经过AD转换成数字信号，简化过程：光---> 电 ---> 数字信号

3）为什么大多数传感器都是采用的绿光呢？

之所以选择绿光作为光源是考虑到以下几个特点：

1. 皮肤的黑色素会吸收大量波长较短的波

2. 皮肤上的水份也会吸收大量的UV紫外和IR红外部分的光

3. 进入皮肤组织的绿光（500nm）-- 黄光（600nm）大部分会被红细胞吸收

4. 红光和接近IR的光相比其他波长的光更容易穿过皮肤组织

5. 血液要比其他组织吸收更多的光

6. 相比红光，绿（绿-黄）光能被氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白吸收

总体来说，绿光-- 红光能作为测量光源。原先多数采用红光为光源，随着进一步的研究和对比，绿光作为光源得到的信号更好，信噪比也比其他光源好些，所以现在大部分穿戴设备采用绿光为光源。但是考虑到皮肤情况的不用（肤色、汗水），高端产品会根据情况自动使用换绿光、红光和IR多种光源。

当光照透过皮肤组织然后再反射到光敏传感器时光照有一定的衰减的。像肌肉、骨骼、静脉和其他连接组织等等对光的吸收是基本不变的（前提是测量部位没有大幅度的运动），但是血液不同，由于动脉里有血液的流动，那么对光的吸收自然也有所变化。当我们把光转换成电信号时，正是由于动脉对光的吸收有变化而其他组织对光的吸收基本不变，得到的信号就可以分为直流DC信号和交流AC信号。提取其中的AC信号，就能反应出血液流动的特点。我们把这种技术叫做光电容积脉搏波描记法PPG。

三、防水等级

    1）IPxx等级

防尘防水

防护等级采用国际电工委员会（IEC）推荐的IP××等级标准，不同的安装场所，等级是不一样的。具体可参照下面的说明选定。在等级标准中，“××”是两位数字，第一位表示对固体的防护等级，第二位表示对液体的防护等级。固体防护等级有7个等级，用0-6分别表示；液体防护等级有9个等级，用0-8分别表示。

防尘等级

0 ：没有保护

1 ：防止大的固体侵入

2 ：防止中等大小的固体侵入

3 ：防止小固体进入侵入

4 ：防止物体大于 1mm 的固体进入

5 ：防止有害的粉尘堆积

6 ：完全防止粉尘进入

防水等级

0 ：没有保护

1 ：水滴滴入到外壳无影响

2 ：当外壳倾斜到 15 度时，水滴滴入到外壳无影响

3 ：水或雨水从 60 度角落到外壳上无影响

4 ：液体由任何方向泼到外壳没有伤害影响

5 ：用水冲洗无任何伤害

6 ：可用于船舱内的环境

7 ：可于短时间内耐浸水（1m）

8 ：于一定压力下长时间浸水

    2）手表防水等级目前手表防水分为四个等级

30米防水

30米防水（即为3ATM），属于日常防水的范畴，日常梳洗或雨天不小心溅到问题时不大的，因为没有造成任何水压在手表上。但是不能冲洗和浸泡在水中，如果要清洗，可用湿巾慢慢擦拭。

50米防水

50米防水（即为5ATM），属于加强型日常防水，适用于洗手、洗脸、洗菜等日常使用，可以用少量的冷水冲洗，但不能长时间浸泡在水中，更不能入泳池和海。

100米防水

100米防水（即为10ATM），可以在游泳馆或野外浅水区游泳，日常使用没有问题。但是如果发生过磕碰，则需要注意表盖表壳有没有产生间隙。

200米以上防水

适用于深水区游泳、潜水，但是要注意不能超过手表能承受的水压。

如何查看防水等级

防水等级一般会刻在手表的底盖四周，如后面的数字是（30M），则防水等级为30米防水；如后面的数字是（5ATM），则防水等级为50米防水。

防水不包含热水和水蒸气