更智能的傳感器節(jié)省空間和功耗

消費(fèi)者很快就會(huì)水土不服到今天的智能手機(jī)和平板電腦的最先進(jìn)的功能?，F(xiàn)代生活是上下文和位置的瞬時(shí)傳感越來(lái)越依賴，并反過(guò)來(lái)用戶放置在不同的領(lǐng)域，例如工業(yè)過(guò)程和衛(wèi)生保健中使用的智能設(shè)備的呼聲越來(lái)越高。硬件和軟件的巧妙設(shè)計(jì)，必須確保所需的速度和精度，同時(shí)滿足對(duì)系統(tǒng)的體積和功耗嚴(yán)格約束。連接傳感器先進(jìn)的功能，例如運(yùn)動(dòng)跟蹤和位置感知提供了關(guān)鍵的新特性和消費(fèi)設(shè)備的應(yīng)用，并有助于使新的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，如新興身打扮現(xiàn)場(chǎng)。先進(jìn)的檢測(cè)還提高放在設(shè)備的期望，如工業(yè)自動(dòng)化，醫(yī)療患者監(jiān)護(hù)和物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的應(yīng)用，用戶需求的智能特性和自主的，上下文敏感的行為。

微小的MEMS傳感器，如加速計(jì)，陀螺儀和磁強(qiáng)計(jì)代表了關(guān)鍵技術(shù)的運(yùn)動(dòng)跟蹤和位置意識(shí)便攜式設(shè)備的消費(fèi)價(jià)格點(diǎn)。獲得更高的精度和更好的性能終端用戶需求是由在組合使用這些傳感器，因?yàn)槊總€(gè)單獨(dú)的傳感器類型是受限制的供應(yīng)。加速計(jì)，例如，可以提供基本取向和傾斜檢測(cè)，并可以跟蹤節(jié)距和滾如果該裝置是不動(dòng)的。通過(guò)加入一個(gè)陀螺儀，更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，例如音調(diào)并且當(dāng)裝置正在移動(dòng)輥，或高速旋轉(zhuǎn)，可以準(zhǔn)確地測(cè)量。另一方面，磁力計(jì)可以用來(lái)通過(guò)監(jiān)測(cè)相對(duì)于磁北的運(yùn)動(dòng)以校正加速度旋轉(zhuǎn)誤差，但具有有限的帶寬，并且容易受到外部的電磁干擾。傳感器融合將多個(gè)傳感器的輸出的系統(tǒng)中，以準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)復(fù)雜或快速運(yùn)動(dòng)為目的，如姿態(tài)控制或身體運(yùn)動(dòng)捕獲用于游戲或研究目的。根據(jù)不同的應(yīng)用，可以在主處理器或外部傳感器集線器最好進(jìn)行傳感器融合，或在傳感器本身。因素，例如功耗，尺寸的限制，電池壽命和處理資源對(duì)決定最重要的影響。

單片機(jī)作為傳感器集線器傳感器融合算法可以充當(dāng)傳感器集線器微控制器上運(yùn)行。愛(ài)特梅爾已經(jīng)與傳感器的合作伙伴，如Kionix公司和MEMSIC公司合作開(kāi)發(fā)的傳感器融合解決方案，它的微控制器，如SAM D20ARM?Cortex?-M0 +微控制器，或SAM G53配備了ARM的Cortex-M4內(nèi)核。這簡(jiǎn)化了集成傳感器，如Kionix公司KXCJ9或美新半導(dǎo)體MXC62320 MEMS加速度計(jì)的。這些微控制器支持夢(mèng)游愛(ài)特梅爾事件系統(tǒng)，作為一個(gè)傳感器集線器行事時(shí)這使節(jié)能。夢(mèng)游允許所有的功能和時(shí)鐘停止，而外設(shè)保持喚醒系統(tǒng)的部分異步的能力。該事件系統(tǒng)可以讓外設(shè)響應(yīng)事件，如接收傳感器信號(hào)，無(wú)需處理器干預(yù)，這有助于使微控制器的睡眠最好使用mode.Cut電源應(yīng)對(duì)電力消耗是工程師開(kāi)發(fā)動(dòng)作感應(yīng)系統(tǒng)日益重要。今天的普遍基于運(yùn)動(dòng)的應(yīng)用，特別是在可穿戴式設(shè)備，如智能手表或眼鏡，需要始終保持接通的感應(yīng)，盡管額外要求這可以將電池放置。在移動(dòng)操作系統(tǒng)的最新發(fā)展提供了一個(gè)例證。

谷歌已經(jīng)顯著在修訂的Android 4.4版本的傳感器處理功能，允許更多地使用實(shí)時(shí)定位和環(huán)境感知而對(duì)電池施加過(guò)度的消耗。像步檢測(cè)和計(jì)數(shù)功能，計(jì)步器要求在后臺(tái)運(yùn)行，和API進(jìn)行了修訂，以提高傳感器管理，防止誤觸發(fā)的喚醒主應(yīng)用處理器。 Android版4.4展示了如何處理傳感器的責(zé)任可以轉(zhuǎn)移到傳感器集線器，甚至是傳感器本身。傳感器融合計(jì)算加速計(jì)和陀螺儀的輸出需要，而主應(yīng)用處理器睡眠中斷的發(fā)生。此外，配料模式使傳感器轂緩沖融合結(jié)果和發(fā)送這些僅當(dāng)應(yīng)用處理器已被喚醒由顯著傳感器事件。意法半導(dǎo)體已經(jīng)采取了這種配料概念的階段，進(jìn)一步的STM32F411微控制器，它是基于ARM的Cortex-M0內(nèi)核。微控制器實(shí)現(xiàn)了自己的批次采集方式（BAM），作為傳感器轂通過(guò)直接存儲(chǔ)傳感器數(shù)據(jù)到片上SRAM，而其自身的CPU核心睡使用時(shí)節(jié)省能源。核心簡(jiǎn)要醒來(lái)以返回到節(jié)電模式之前，處理該存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。

額外的節(jié)能功能，如Flash STOP模式，零等待執(zhí)行和電壓調(diào)節(jié)使其對(duì)應(yīng)用，如工業(yè)控制，醫(yī)療監(jiān)測(cè)，樓宇自動(dòng)化和可穿戴技術(shù)使用本設(shè)備的吸引力，除了智能手機(jī)和平板電腦。節(jié)省電路板空間傳感器模塊，如像飛思卡爾FXOS8700CQR1，它結(jié)合了3軸加速度計(jì)和3軸磁力計(jì)提供了方便節(jié)省空間的解決方案，集成了兩個(gè)運(yùn)動(dòng)傳感器功能的6軸模塊。該FXOS8700CQR1具有內(nèi)置的數(shù)字信號(hào)處理，支持嵌入式可編程事件的功能，如自由落體檢測(cè)，脈沖/ TAP檢測(cè)，方向檢測(cè)和磁感應(yīng)來(lái)幫助應(yīng)用程序，如室內(nèi)導(dǎo)航，用戶界面控制，或者沖擊和振動(dòng)監(jiān)測(cè)工業(yè)設(shè)備。圖1示出了該裝置的主塊和DSP功能。補(bǔ)充MEMS傳感器飛思卡爾的產(chǎn)品組合，傳感器融合庫(kù)的Kinetis微控制器提供了先進(jìn)的功能，用于計(jì)算設(shè)備的方向，直線加速，并在連接到傳感器模塊單片機(jī)磁場(chǎng)干擾。

圖1：嵌在FXOS8700CQR1的DSP磁性和加速度傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行基本的處理。 InvenSense的已經(jīng)實(shí)施了數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器（DMP）的單元沿著3軸陀螺儀和三軸加速度計(jì)在其MPU-6500?運(yùn)動(dòng)跟蹤裝置，如圖2的DMP能夠以低運(yùn)行運(yùn)動(dòng)處理算法延遲，并提供了許多功能，包括手勢(shì)識(shí)別采用可編程中斷，低功率屏幕旋轉(zhuǎn)算法，可以計(jì)算屏幕取向，而不從主處理器的干預(yù)，并且能夠保持步驟數(shù)量，同時(shí)主處理器休眠的計(jì)步器。

圖2：MPU-6500集成了第一代InvenSense的DMP，其能夠從一個(gè)傳感器集線器卸載傳感器融合處理的。未來(lái)發(fā)展方向DMP集成在InvenSense的MPU-6500預(yù)示著新一代的傳感器能夠與沒(méi)有連接傳感器集線器進(jìn)行更廣泛的傳感器融合的到來(lái)。傳感器模塊在執(zhí)行傳感器融合處理可以幫助減少系統(tǒng)功耗，減少反應(yīng)時(shí)間并簡(jiǎn)化應(yīng)用設(shè)計(jì)。材料成本和電路板空間比爾也可以保存。無(wú)論InvenSense公司和意法半導(dǎo)體宣布，符合Android 4.4系統(tǒng)的要求，6軸慣性模塊，配有內(nèi)置的卸載應(yīng)用處理器和傳感器集成運(yùn)動(dòng)處理。結(jié)論隨著在廣泛的應(yīng)用范圍和市場(chǎng)上下文敏感的特性不斷增長(zhǎng)的需求，接近傳感器連接在密切注視和新技術(shù)來(lái)了正在興起的幫助，以節(jié)省電源和元件數(shù)量。最新的移動(dòng)操作系統(tǒng)說(shuō)明如何“永遠(yuǎn)在線”的檢測(cè)可以在最小的額外功耗來(lái)實(shí)現(xiàn)。