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简述运动传感器在未来蜂窝手持设备范畴的关键作用

简述运动传感器在未来蜂窝手持设备领域的关键作用-以微机电系统(MEMS)集成电路(IC)形式实现的运动传感器正在蜂窝手持设备的未来发挥关键作用,这些MEMS加速计使移动电话更便于使用,而且还能够提高手持设备的可靠性。由于采用MEMS可以提高灵敏度、减少功耗和封装尺寸,因此在新的电话设计中正在更迅速地采用MEMS加速计,并得到由软件实现的新颖功能的支持。

以微机电体系(MEMS)集成电路IC)方式完成的运动传感器正在蜂窝手持设备的未来发挥要害作用,这些MEMS加快计使移动电话更便于运用,并且还能够进步手持设备的牢靠性。因为选用MEMS能够进步灵敏度、削减功耗和封装尺度,因而在新的电话规划中正在更迅速地选用MEMS加快计,并得到由软件完成的新颖功用的支撑。

姿势辨认是一个描绘怎么选用运动方式给手持设备添加指令的术语,例如拿起正在振铃的电话和铲除按错键这样的动作。姿势辨认能够简化电话/人之间的接口,但一般所能存储的姿势限于5到6个姿势(按典型存储容量考虑)。最好的姿势辨认体系选用象“拿起”一个电话(而不是按下“发送”键)这样简直不需求学习或存储的天然运动。选用加快计,就能够感觉到振铃后手持设备的移动,加快计测到拿起电话送到耳边这个动作,然后由一个微处理器来担任解说(图1)。

MEMS运动传感器

图1:图中波形是检测拿起手机并送到耳边这个动作的加快计所测到的姿势运动。

虽然这种类型的运动十分简略(加快后很快又减速到零,方位改变处于15到100cm之间),但这个在振铃时发生的动作简直必定代表着拿起电话这样一个意义。这个概念是牢靠姿势辨认的要害因素之一:选用上下文来了解动作代表的意义。满足这种类型动作丈量的传感器需求一个丈量规模为±2g的三轴加快计,加快计输出经过高通滤波(或许经过软件完成)以扫除歪斜发生的加快度,所以0g下的准确度或安稳性并不重要,适宜的带宽在1~50Hz之间,最好具有比较低的躁声(小于350µg/(Hz)0.5)以将积分差错减小到最低。

因为现代移动电话的键盘尺度比较小,按错键是常见现象,能够选用晃动手持设备1秒半这样一个简略的动作来铲除最终一次输入的键,用更长时刻的晃动来铲除最终一次输入的整个字符串。这个动作也是一个适当天然的呼应,能够使算法更强健(具有更好的鲁棒性)规划人员能够运用键盘标识来寻觅“铲除”动作。除非或人特别仔细而仅在一个轴向晃动手持设备,一般晃动都会在三个轴向发生加快度,因而一个单轴或双轴加快计就十分这个运用。因为也需求高通滤波,所以性能需求还算适中。虽然在晃动时实践加快度有或许到达±10 g,但因为削波不会对晃动检测算法发生负面影响,因而±2g的规模就足够了。

感知移动电话的环境也目标振铃操控这样添加运用便利性的程序功用有协助。例如,当一个手机放在不期望运用振荡形式的桌面上时,只需求振铃器作业即可。在会议室或用户不期望打扰的场所,能够经过将手机面朝下放置来挑选静音形式,封闭振铃器或振荡形式。每一种形式都能够手艺设定(运用键盘操控),可是有这样一部能够主动操控的手时机更便利。详细而言,能够选用一个加快计来确认电话的方向及是否放置在桌面上,这样手机能够主动挑选适宜的振铃形式。

手持设备的方向能够用一个三轴加快计来丈量。桌面是安稳的,并且一般都平行于地上,在X、Y、Z三个轴向,其间一个轴向上放置在桌面的手持设备的加快度接近于-1g,而其它两个轴向接近于0 g(鲁棒的检测算法答应在-1g或0g点存在必定的丈量差错,所以因为温度而引起的任何0 g差错都不对算法构成搅扰)。当放置在坚实的外表上时加快度简直测不到任何振荡,假如没有测到振荡,某个轴向的加快度接近于1g而其它两个轴向接近于0g,则能够确认手持设备处于面朝下的状况。图2中给出了手持设备置于桌面和口袋中时ADXL330 MEMS加快计所丈量到的波形。

这个运用需求一个丈量规模大于±1.2g的三轴加快计,要求具有杰出的0g特性,特别是在丈量手持设备的肯定歪斜度时需求具有杰出的0 g点温度安稳性(1mg/°C应该是足够了),一起为了便于区别手持设备放置在桌面和口袋中的不同状况需求具有比较低的躁声(《 350 µg/(Hz)0.5)。

在检测拿起动作或经过晃动来铲除按键过错的运用中,加快计仅在特定事情(振铃或按键)发生时才供电,虽然期望具有低功耗特性,但并不是必需的,不过在振铃形式下,大部分时刻里加快计都需求供电,所以作业在低功耗状况就十分要害。模仿器材公司(Analog Devices)的ADXL330加快计所耗费的电流只要200µA(电源电压为2V),所以不会过度地下降电池的寿数。

一个加快计能够用做一个输入来操控体系光标或作为游戏的输入,能够经过前后左右倾倒手机来前后上下移动光标,这个功用现已集成到好几个独立的游戏(任天堂的TIlt和Tumble Kirby)和游戏操控器中(任天堂的Wii Remote),并且还为跳动动作集成了第三个轴加快计。与大多数手持设备的8位操控规范不同,一个加快计还能够完成变量(模仿量)操控,使光标速度随歪斜度改变。因为手持设备的初始方向能够是任何方向(例如运用者或许会躺着运用它),一般都经过按键来使光标处于空位,发动游戏。因为每次发动游戏或光标操控时初始方位都被复位,所以并不需求准确的0g特性。

这个运用的要害技术条件是丈量规模至少要到达±1.2g,一起,为防止手机放置在安稳的外表时光标颤动要求具有比较小的躁声水平(《500µg/(Hz)0.5),带宽最好在0~50Hz之间(过小的带宽会使游戏变得缓慢)。因为游戏并没有接连的操作,所以虽然十分低的功耗是有利的,但并非必要。

经过丈量重力向量,一个加快计能够确认手持设备是处于笔直状况仍是水平状况,将其显现器切换到肖像形式或景色形式,因为任何显现形式下加快计都处于作业状况,所以这个运用最重要的要求是具有十分低的功耗。带宽一般都小于1Hz(经过软件滤波)以防止显现器因随机振荡而翻转。

能够运用一个集成的全球定位体系(GPS)接收器或经过对基站的三角丈量来确认手持设备的方位,可是因为显现器比较小,因而运用整个显现器来为运用者指示方向更为有利,一般运用电子罗盘来指示方向,但罗盘有必要平行于地上才能将方向差错减小到最低,这个差错因间隔地球磁赤道的间隔巨细而改变,例如,在波斯顿与地上的平行度每差一度,方向就违背3度,运用移动电话时,罗盘歪斜度会到达45度,这样就会导致很大的差错,能够用一个加快计来确认手持设备相对于地上的实践方向以对这个差错进行补偿,这个加快计的要害技术条件是具有比较高的0g点差错、灵敏度及安稳性,要使方向差错处于合理规模,加快计的全体差错要小于50mg。

在体育锻炼时,一个加快计能够很容易地计算步数,不过依据步数计算无法取得准确的行走间隔,因为步长因人而异(大约相差±30%),也取决于步行速度(一般大于±25%)。可是经过丈量手机(装在口袋中或挂在皮带上)的加快度,就能够对行走间隔给出一个十分好的估量。履行步数计算的共用算法准确度大于95%,步行间隔估量的准确度大于90%。用于步数计的加快计要求具有低功耗特性(因为加快计需求不间断作业),丈量规模至少要到达±2g。

加快计也能够用来维护手持设备的微驱动器,因为这些微驱动器简直没有任何空气动力阻尼能够防止驱动头撞到磁介质上,因而对机械振荡十分灵敏。咱们能够用一个加快计来检测手持设备是否坠落,在掉到地上曾经向驱动器宣布信号及时将驱动头停放在安全方位。

这儿,最显着的作业原理是丈量三轴的向量和,假如向量和接近于0,那么手持设备必定是处于自由落体运动状况,这个办法仅在遭到杰出操控的下落运动(没有旋转)中能够取得满足的成果,实践上因为手持设备下落时的旋转会发生诈骗算法的向心力,所以这个办法并不抱负。可是还有更多的办法可用来检测自由落体,其间一些办法仅需求一个两轴加快计。

因为在微驱动器作业的任何时刻都需求落体检测加快计处于作业状况,所以要求其耗费十分少的功率,依据所运用算法的不同,需求一个丈量规模至少到达±1.5g的两轴或三轴加快计。

选用加快计为移动电话添加运动检测能够使电话规划人员以比较低的本钱为移动电话集成许多有用的功用。为便于将这些功用集成到规划中,能够供给其间几个功用的参阅规划,限于篇幅,这儿仅介绍了部分运用,从市场上能够取得更多功用。

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