小米手环 6 NFC 上手:不是终点,更是起点

全文约 5000 字,阅读大约需要 13 分钟。

引言

手环还是手表?你真的清楚自己的需求吗?

作为一个智能化可穿戴式设备的老用户,可能已经有近 10 年左右的使用体验了。Nike + FuelBand、Jawbone、Moto360、小米手环、Apple Watch 都用了个遍。到最后,使用时间最长的,反而是小米手环。

FuelBand 是咱最早使用的智能化可穿戴式设备,在今天来看也算一款合格的设备。


(图片来自 https://www.flickr.com/photos/u-suke/6998704687)

一个硅胶手环,侧边的彩色 LED 代表了你自己的运动目标,平时则利用这块像素显示屏显示时间,下方一个按键切换功能,是不是很类似今天的小米手环。

这款手环的功能也很简单,记录运动和看时间。在今天来看或许没什么大不了的,而在十年前做到这样的集成度并不容易。

当时还有另一款手环 Jawbone 走了完全不同的路线,没有屏幕,没有复杂的操作逻辑,单纯的像一个装饰品,所有数据全部通过手机来浏览。也像是当时的小米手环 1代。

不过,随着 Moto 360 的发布,咱也替换掉了 FuelBand,转向 Android Wear 阵营。在使用 Moto 360 的那段时间里,咱也同时佩戴了一个小米手环 1 代。因为小米手环可以提供睡眠监测,并且续航近月,而 Moto 360 基本只能从早上坚持到晚上。

最离谱的是,因为处理器性能与功耗的原因,有时候不知道它在后台跑什么东西,可以一直运行到手表烫手腕。

路:「欸你怎突然把手表摘了」

咱:「妈的,我手表烫到手了」

路:(这人脑子是不是不太正常的样子)

紧接着,Apple Watch 发布了,果断从 Moto 360 换到 Apple Watch。

Apple Watch 的功能成熟了许多,再加上 Apple 强大的动员力,大量的 App 都做了原生适配,比 Moto 360 那种绑个支付宝都得绕一大圈的体验好多了。但是,仍然没有睡眠监测功能。作为一个睡眠质量不太好的人,咱还是需要根据睡眠检测的报告去调整自己作息的,于是又是一段时间的 Apple Watch + 小米手环双持。

在这段时间里,咱发现自己并没有多么需要 Apple Watch 的功能。绝大多数普通功能,比如看个时间、看个简单消息推送、看个来电通知,双方并没有多大的区别。肥宅一年也不运动几次,运动功能更无所谓,小米手环还可以睡眠检测。

最主要的是:手环实在是太轻便了,待在手上几乎没感觉,伴你入睡也不会有明显的异物感,而且几天才充一次电,这些都是 Apple Watch 做不到的。小米手环反而「喧宾夺主」成功。于是咱开始佩戴小米手环 4 NFC,Apple Watch 到柜子里开始吃灰。

这里还有一个插曲,第一代小米手表咱也试过,跟 Moto 360 体验一样糟糕,卡顿发热一项也没拉下,实在是有点拉跨。

所以对于手环和手表的选购意见,咱的观点是:

如果你追求的是大屏幕和高信息密度用来看通知,那么选择智能手表,但是要在续航和佩戴舒适度上进行一些妥协。

如果你没有大量文字阅读的要求,单纯的希望进行健康记录,手环在佩戴舒适的同时还可以提供简易的手表功能,续航也更长。

关于传感器

对于小米手环这种更换起来不怎么痛的设备而言,咱认为:只要传感器有升级就值得一换

对咱而言,更加看重的是手环的健康记录与追踪,所以只要传感器有升级,就意味着可以获得更精准的身体健康数据,那么几百块的升级就是值得的。

小米手环 4 NFC 到 小米手环 5 NFC,更新了陀螺仪和 IR PPG (仅 5 NFC 支持),带来了更加精准的心率检测和睡眠监测。

因为咱本来就是拿来进行健康检测的,所以直接采用了「激进模式」:

24 小时心率检测全开,检测频率 1 分钟,且开启辅助睡眠检测。

小米手环 6 的设置则直接有了「鸡血模式」,从间隔 1 分钟变成了持续监测,所以也就支持了异常心搏检测。配合精准的心率检测,从 5 NFC 开始增加了 REM 期检测(梦境产生的阶段)。(左侧为小米手环 6 设置)

具体的实现原理不明,猜测可能是利用睡眠时心率的变化,不过记录的结果跟咱实际的做梦体验很接近。比如早上被梦魇吓醒的时候,在图表上清醒前几分钟则会有一段 REM 区域。

关于心率

在今天,光电式心率传感器所得的数据其实已经非常精准了(医院的指夹式心率血氧仪其实也是 PPG)。在没有室颤之类的特殊情况下,心率与 ECG (俗称心电图)所得的数据并没什么出入。

检测原理其实很简单:血管在收缩和舒张的过程中会产生轻微变化。PPG 传感器的原理就是往皮肤里打一束光,然后通过高精度亮度传感器接受这种细微的变化,从而推导出一次心跳。

如图是 PPG 传感器所得到的原始数据,其中每次波形的上下跳变则代表了一次咱的心脏跳动,根据峰峰值的时间差就可以反推出当前的心率。(一般来讲,峰值发生在 R 波稍后的时间)

同理,检测异常心搏也是利用算法判断血液流动的变化反推心跳是否出现了异常的情况。根据华米科技和北大医院的合作研究结果来看的话,利用 PPG 判断房颤的准确度已经可以达到 93%。[1]

如果你没有传感器的话,找个安静的环境坐下来,打开手机录像模式,打开闪光灯,将手指紧贴摄像头,你也能看到这种轻微的变化,每一次的明暗交替都代表着你自己的生命活力。一部分手机软件利用摄像头测心率也是这个原理。

实际上,根据实验,对于健康人来说,单纯的心率数据与处方心电图并没有太多出入,2 ~ 3 Bpm 基本可以认为是检测误差。

(尽管原理相同,但对于没有获得医疗器械认证的设备,所得结果仅供参考,请勿当作诊断依据)

关于血氧

血氧其实也是健康检测中很重要的一环,血氧饱和度可以用来评估睡眠中你的呼吸质量,检测睡眠呼吸暂停;在运动中还可以评估你的运动状态,调整运动强度,提高运动效率。只不过实现起来对传感器和算法要求较高,在近两三年才下放到智能化可穿戴式设备中。

血氧检测分为入侵式检测和非入侵式检测,先来说说入侵式的。

如果医生认为你有呼吸衰竭、代谢紊乱、酸碱失衡等情况时,会对你进行血气分析。

血气分析会使用血气分析仪,得到氧气与二氧化碳在血浆中产生的分压,从而评估你的状态。

你还记不记得这是一种入侵式的检测?血气分析需要取动脉血进行分析,跟取静脉血比起来可不是疼一点半点,而且也没法进行长期的检测,所以需要一种非入侵式检测的检测方式。[2]

一点生物学小知识:人体内的氧气主要由红细胞负责运输,在其中,血红蛋白负责与氧气结合。

血红蛋白主要有两种形式:结合了氧分子的氧合血红蛋白 和 未与氧分子结合的脱氧血红蛋白。

只要得到氧合血红蛋白在血红蛋白中的总数,既可求得毛细血管中的血氧饱和度。

那么如何才能测得氧合血红蛋白呢?每种物质都有着自己的物理和化学性质,蛋白质也不例外。

来学习一个全新的概念:摩尔吸光系数

摩尔吸光度(系数)是衡量化学物种吸收特定波长光强度的度量单位。此为物质的固有性质。

于是,便可以利用这两种血红蛋白吸光率的不同,来区分两种血红蛋白的数量。

观察图表易得,在 650nm 波长的情况下,也就是红光下,脱氧血红蛋白比氧合血红蛋白吸收了更多的红光;在 880nm 波长的情况下,也就红外光下,氧合血红蛋白比脱氧血红蛋白吸收了更多的红外光。

所以,只要分别在不同的波段下分别测得光线的吸收率,便可以推算出两种血红蛋白的含量。[3]

当然这是很简化的模型,具体的操作中设计了更多更复杂的校准与预测算法来获得更准确的结果。一些更高端的传感器甚至会引入几种不同颜色的 LED 来提高检测精度。

这种利用分光法的检测方式在应用中分为两种:透射式和反射式。

透射式是从皮肤的一侧穿透到另一侧,比如医院的血氧夹。从手指一侧发出光线,再从另一测接收穿过人体剩余的光线。

反射式则是今天的可穿戴设备主要的解决方案,光线传感器与发射 LED 在同侧,靠接收人体反射回来的光线来进行测算。

相对于透射式方案,反射式方案精度稍低,不过对于日常生活而言够用了。

所以,IR LED 的引入,不单单是为了提升精度,也是为了引入血氧等功能。

借助没有红外滤光片的相机,你可以拍到 IR LED 发出的红外光。

小米手环 5 NFC 版首次引入了 IR LED 用于 PPG,在发布会前有人解包的固件中就包含了血氧检测的内容。也就是说小米团队可能在小米手环 5 NFC 就打算发布血氧检测的功能。但是后来由于算法不成熟或者其他原因,这项功能最终没有得以面世。(牙膏不能一次挤完(大雾)

后来在咱的实验中,不管是夜间还是日间,都没有拍到红外 LED 在工作时的样子,所以小米手环 5 NFC 的红外 LED 可能最终并没有实际用于 PPG 过程中。(也可能是咱的检测方法有误。图中左侧为小米手环 5)

我们看回小米手环 6:

小米手环 6 NFC 版应该采用了三组 LED 用于进行血氧饱和度的检测:绿光、红光、红外光。在摄像头下可以拍到红光与红外光 LED 交替闪烁的样子。

所以...小米手环 5 NFC 的 IR LED...或许可能已经被开发团队遗忘了吧...(咱是不是发现了什么不得了的事情)

体验

说了一大堆传感器升级,终于能来看看外观了。

先来看看这个有点争议的屏幕,跟许多其他人的图片上不一样,其实肉眼观赏上左右是对称的(看起来不对称主要是因为反光),但是上下并不对称。不过除非你用背景全亮的表盘的话平时其实没什么感觉。

跟小米手环 5 对比下,同样的体积下*分辨率和 PPI 都有提升,看东西爽了很多。

*严格来讲,小米手环 6 大了 $0.37 cm^3$

在侧光的情况下你可以看到实际显示面积的区别。

原先一页显示不下的内容现在一页能显示全了!并且随着处理器与内存的升级,动画的给人感觉的流畅程度顺滑了许多。

不得不说,显示面积的提升带来的爽快感还是很令人愉悦的。

因为咱手边没有血氧仪,所以就采用窒息P...限制呼吸速度的方法大概测一下血氧的变化趋势。(将打孔的食品级塑料袋套在口鼻上进行呼吸,允许部分新鲜空气进入,但会提升二氧化碳的浓度。危险动作请勿模仿)

在限制呼吸速度的 2 分钟后,血氧开始逐渐下降,心率也开始逐渐提升。在最后坚持不住的情况下,血氧浓度下降到了约 90%,心率接近 95 BPM。在恢复正常呼吸约 2 分钟后,血氧和心率基本恢复正常。

得益于血氧检测的加入,小米手环 6 也可以在你睡觉的时候帮你检测睡眠呼吸质量了。

不过这个功能目前看起来还比较初级,只会给你打一个分数而没有其他提示,不过毕竟是 Beta 嘛...

有点奇怪的是,为了测睡眠呼吸质量在睡眠期间明明是有进行持续血氧检测的,而 App 里面的血氧数据图表却不会显示出来,或许只是目前的软件 Bug 吧。

对咱而言门禁卡和闪付功能其实用不上,但是 NFC 版有小爱同学,拿来控制家电比较方便,所以就直接 NFC 版了。没有实体返回键后全面屏手势其实没啥学习难度,用过手机的话可以直接无缝衔接。唯一有点不好的就是:在首页左右滑动进入快捷功能时没法快速返回主页了,要多滑动一下,有点不爽。

充电头五代和六代看起来没啥区别,经咱测试可以通用。这里要吐槽一下:

这个磁吸充电头磁力太强了,而线材本身没设计自恢复保险丝,平时插在分线器上,磁吸充电头经常自己吸到什么金属物体上,然后直接零点午安大电牛,烧到接口都发烫,直到被咱发现之后拔下来才停止。因为电流本身不大(线材也细),所以安全风险比较小,但是有保险总归还是比没有好。

大概也是因为屏幕显示面积的提升,这代小米手环在充电的时候会像 Apple Watch 一样躺在那里显示时间(不是常亮),周围一个圈显示充电进度,充电还是很快的,一个小时左右就充满了。

这代小米手滑和上代电池容量相同,不过因为加入了大量的新功能所以续航也有所下降,「鸡血模式」下 24 小时掉电 19%,不过两周三充也是完全可以接受的。每天冲澡前充上电,冲澡结束回来就充满了,基本不用电量焦虑。

小米手环 6 的腕带感觉比上一代更硬了一些,从测量结果来看的话大概厚了 0.1mm,可能是因为黑色版用了一些抗菌材质的原因吧(只有黑色有)。

然后腕带扣的倒角变成金色的了,据说是只有 NFC 版才有,咱没有购买普通版进行对比。

尾巴

体验过这么多设备之后,对咱而言,咱发现自己对于「接收通知」这件事情反而没多在乎,大部分时间手机都在肉眼可见范围内,扫一眼就知道有没有必要看了。而能做到长期的,贴身的健康检测反而是比较在意的功能,小米手环刚好做到了这一点。

在现在,Apple Watch 仍然是智能手表里功能最完善的,得益于苹果生态和丰富的传感器与性能强大的处理器,可以提供优质的体验。借助 AutoSleep 这样的软件,也可以得到一份详细的睡眠报告。而为此,你也要接受较大的体积、三天两充这类的事情。

小米手环则用了轻便的思路:很小、很轻,即使是长期佩戴也毫无负担。尽管没那么多花里胡哨的功能,但是该有的都有,还挺好用。不管是经常运动的、关注健康的还是「看点儿」焦虑的**,都能找到适合自己的用法。

想必看到这里,你大概也知道自己到底是需要手环还是手表了。

还记不得开头曾经有一句:「不是终点,更是起点」?

有人说小米手环 6 是小米手环的「毕业作」,咱觉得不然。

小米手环距离完美其实还有很远:ECG 传感器、自动亮度调节、更长的续航、更流畅的界面、更完美的屏幕等等。

可能由于目前的技术原因以及成本原因不可能在一两代里取得大的突破,但仍然有着许多可以做的更好的地方。只要小米愿意继续更新迭代,随着技术的发展问题总会有办法解决。

跳级毕业,大可不必。

**:咱有个同学隔几分钟就看一次时间,不看他就异常焦虑

参考

[1]: https://www.heartrhythmjournal.com/article/S1547-5271(20)30089-8/fulltext

[2]: https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX30102.pdf

[3]: https://www.maximintegrated.com/cn/design/technical-documents/app-notes/6/6845.html

标签: 小米 小米手环 血氧 可穿戴设备


已有 3 条评论
  1. 又学到新的知识了!
    得益于手环的低功耗,它更适合进行持续的监测应用。在下拜读完博主的帖子,也想抛弃Android Wear手表,换小米手环了。

  2. Abao Abao

    看无线电转到了这里,现在还有人专心写Blog的太少了,这文章绝对有诱惑力,可以跟小米收费了,哈哈哈

  3. 沫欢 沫欢

    大一就懂这么多真的好强啊,想问下博客网站是自己写的嘛,没有服务器怎么对外开放呢

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