原標(biāo)題：ST意法半導(dǎo)體參考設(shè)計(jì)為結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng)濟(jì)劃算的可穿戴設(shè)備提供社交距離監(jiān)測、接觸溯源和遠(yuǎn)程功能

一、參考設(shè)計(jì)核心架構(gòu)與功能

ST意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）推出的可穿戴設(shè)備參考設(shè)計(jì)（如基于BlueNRG-LP低功耗藍(lán)牙SoC或STEVAL-BCN002V1B開發(fā)套件）整合了超寬帶（UWB）技術(shù)、低功耗藍(lán)牙（BLE）及邊緣計(jì)算能力，專為社交距離監(jiān)測、接觸溯源和遠(yuǎn)程健康管理優(yōu)化。其關(guān)鍵特性如下：

二、關(guān)鍵技術(shù)組件與優(yōu)勢

1. 社交距離監(jiān)測技術(shù)

• UWB高精度測距：

• 通過雙向測距（TWR）協(xié)議，在視距（LOS）環(huán)境下實(shí)現(xiàn)<10cm的測距精度；

• 非視距（NLOS）補(bǔ)償算法：通過機(jī)器學(xué)習(xí)校正反射干擾，在復(fù)雜環(huán)境中誤差<30cm。

• BLE RSSI輔助定位：

• 當(dāng)UWB信號不可用時(shí)（如設(shè)備間距>10m），自動(dòng)切換至BLE RSSI模式，提供粗略距離估計(jì)（精度約1-2m）。

案例：
在工廠場景中，員工佩戴ST可穿戴設(shè)備，當(dāng)兩人距離<1.5m時(shí)，設(shè)備通過振動(dòng)+LED紅光提示，并記錄接觸事件至本地日志。

2. 接觸溯源技術(shù)

• 匿名ID輪換機(jī)制：

• 每15分鐘生成新的臨時(shí)ID，避免長期追蹤用戶隱私；

• 密鑰交換協(xié)議：基于橢圓曲線加密（ECC），確保數(shù)據(jù)傳輸安全。

• 本地日志存儲(chǔ)：

• 設(shè)備內(nèi)置128KB Flash，可存儲(chǔ)最近14天的接觸記錄（按ISO/IEC 29101隱私標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)）。

對比傳統(tǒng)方案：

3. 遠(yuǎn)程健康管理技術(shù)

• 多傳感器融合：

• 6軸IMU：檢測跌倒（加速度突變>3g）或久坐（持續(xù)1小時(shí)無活動(dòng)）；

• PPG傳感器：通過綠光反射測量心率（誤差±2bpm），紅光/紅外光監(jiān)測血氧（SpO2>95%）；

• NTC熱敏電阻：體溫測量精度±0.1℃（35-42℃范圍）。

• 邊緣計(jì)算能力：

• 內(nèi)置ARM Cortex-M0+內(nèi)核，實(shí)時(shí)分析傳感器數(shù)據(jù)，僅在異常時(shí)觸發(fā)BLE/UWB上報(bào)。

應(yīng)用場景：

• 慢性病管理：心率/血氧異常時(shí)自動(dòng)通知家屬或醫(yī)生；

• 運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練：通過步頻、步幅數(shù)據(jù)優(yōu)化訓(xùn)練計(jì)劃。

三、參考設(shè)計(jì)硬件與軟件支持

1. 硬件平臺

• 推薦芯片：

• BlueNRG-LP：低功耗BLE SoC，支持UWB共存，封裝尺寸3mm×3mm；

• LIS2DW12：超低功耗3軸加速度計(jì)，睡眠電流<1μA；

• STTS751：數(shù)字溫度傳感器，精度±0.5℃。

• 開發(fā)套件：

• STEVAL-BCN002V1B：集成UWB/BLE雙模模塊、PPG傳感器及OLED顯示屏，支持快速原型開發(fā)。

2. 軟件生態(tài)

• 固件庫：

• STM32CubeMX：配置UWB/BLE參數(shù)，生成初始化代碼；

• X-CUBE-UWB1：提供TWR協(xié)議棧及NLOS補(bǔ)償算法。

• 中間件：

• AWS IoT Core：支持設(shè)備與云端安全通信（MQTT協(xié)議）；

• Google Health Connect：兼容Android健康數(shù)據(jù)同步。

四、成本與量產(chǎn)可行性

1. 成本分析

• BOM成本（單設(shè)備）：

  
  

  組件	型號	單價(jià)（美元）	數(shù)量	總成本
  UWB/BLE模塊	ST25RU3993-EVAL	3.2	1	3.2
  加速度計(jì)	LIS2DW12	0.8	1	0.8
  PPG傳感器	VALENCELL VP50	1.5	1	1.5
  溫度傳感器	STTS751	0.3	1	0.3
  紐扣電池	CR2032	0.5	1	0.5
  總計(jì)				6.3

  
  

• 量產(chǎn)成本優(yōu)化：

• 采用WLCSP封裝（晶圓級芯片尺寸封裝）可降低30% PCB面積；

• 批量采購（>100K）時(shí)，UWB模塊單價(jià)可降至$2.5以下。

2. 量產(chǎn)建議

• 生產(chǎn)測試：

• 使用ST的ST25RU3993-EVAL評估板進(jìn)行UWB射頻校準(zhǔn)；

• 通過自動(dòng)化測試夾具驗(yàn)證PPG傳感器靈敏度（需滿足ISO 13485醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn)）。

• 認(rèn)證：

• FCC/IC認(rèn)證（UWB頻段：6.25-7.125GHz）；

• CE RED指令（電磁兼容性）。

五、競品對比與選型建議

選型建議：

• 優(yōu)先ST方案：若需低成本+高隱私保護(hù)（如企業(yè)級應(yīng)用）；

• 選擇Nordic：若需更豐富的BLE生態(tài)（如兼容蘋果HealthKit）；

• 選擇Decawave：若需工業(yè)級可靠性（如-40℃至+85℃工作溫度）。

六、總結(jié)與推薦

1. 推薦場景

• 企業(yè)級應(yīng)用：

• 工廠：員工社交距離監(jiān)測+接觸溯源；

• 醫(yī)院：醫(yī)護(hù)人員健康狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

• 消費(fèi)級應(yīng)用：

• 智能手環(huán)：跌倒檢測+心率異常報(bào)警；

• 兒童手表：安全區(qū)域預(yù)警（基于UWB地理圍欄）。

2. 不推薦場景

• 超長距離監(jiān)測（如>50m，需GPS輔助）；

• 醫(yī)療級精度需求（如連續(xù)血糖監(jiān)測，需專用傳感器）。

3. 關(guān)鍵優(yōu)勢

• 高集成度：單芯片支持UWB/BLE/傳感器接口，PCB面積<20mm2；

• 隱私優(yōu)先：本地化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，符合GDPR/CCPA法規(guī)；

• 超低功耗：紐扣電池續(xù)航>6個(gè)月，降低維護(hù)成本。

結(jié)論：
ST意法半導(dǎo)體的可穿戴設(shè)備參考設(shè)計(jì)通過UWB高精度測距、本地化隱私保護(hù)及多傳感器融合，為社交距離監(jiān)測、接觸溯源和遠(yuǎn)程健康管理提供了高性價(jià)比的解決方案。其<10cm測距精度、14天本地日志存儲(chǔ)及6.3美元BOM成本，尤其適配對隱私敏感且預(yù)算有限的企業(yè)級與消費(fèi)級場景，是同類方案中平衡性能與成本的理想選擇。