传感器融合：智能手机和平板电脑的发展动力
2011-09-28 10:34:26 来源：微迷 评论：0 点击：
使用3轴加速度计、3轴陀螺仪和3轴磁传感器实现的9轴传感器融合会增强智能手机和平板电脑的用户界面。IHS预测：需要9轴融合的运动传感器市场总产值将从2012的8.5亿美元上升到2015年的13亿美元。
作者：Jérémie Bouchaud
如今，伴随着MEMS传感器“融合”的诞生，像iPhone和iPad之类消费电子产品的运动感知能力将向下一代水平发展。一个更复杂的方法正被设计和使用，这会推动智能手机和平板电脑的发生根本性改变。
“MEMS传感器，主要是陀螺仪、加速度计和磁传感器，智能手机和平板电脑中正变得无处不在，”IHS首席分析师Jérémie Bouchaud说，“虽然这些传感器可提供用户界面、游戏和导航功能，并且已成为移动电子设备的必备功能，但是如果单采用某一种传感器，会在准确性和响应方面有欠缺。所以要将以上功能发展到一个新的水平，就必须提供智能手机和平板电脑一个‘融合信号’，该信号结合了三种运动传感器的输出数据。”
使用3轴加速度计、3轴陀螺仪和3轴磁传感器实现的9轴传感器融合会增强智能手机和平板电脑的用户界面。IHS预测：需要9轴融合的运动传感器市场总产值将从2012的8.5亿美元上升到2015年的13亿美元，如下图所示。
图1 9轴传感器融合市场总产值
更好的传感器为更好的产品
陀螺仪、加速度计和磁传感器各自提供一种类型的运动传感功能。然后每个传感器都有其自身的局限性。例如，随着时间的推移，陀螺仪有较大的漂移现象；磁传感器对电磁干扰敏感；加速度计对低速传感效果较好，不适合于高速。
当三个传感器信号融合到一起时，每个传感器功能就可以互相弥补。相比单独使用一种传感器，传感器融合切实增强了运动感知体验：更快、更流畅、更准确。
然而，组合三种传感器的真正受益的体现：需要将9轴融合方案包含在应用程序接口（API）中，为软件开发者所用。
“有了API的9轴传感器集成支持，应用软件开发人员会开发出引人注目的智能手机和平板电脑功能软件，例如身临其境的游戏、响应快并准确的增强现实应用，” Jérémie Bouchaud说，“9轴传感器融合也会应用于室内导航。”
这样的发展会促使苹果的iOS和谷歌的Android操作系统产生重要改进，因为无论从硬件还是软件角度看，目前这两种系统均不充分支持9轴融合。在iOS中，陀螺仪的输出信号与加速度计的信号组合以提供6轴融合。相比iPhone 3GS，虽然此方案增强了iPhone 4的运动传感功能，但是相比9轴融合还是显得不足。在Android手机和平板电脑中已经有了陀螺仪，但仅仅是陀螺仪的原始数据，没有和加速度计信号融合。因此Android商店中没有一个值得关注的应用程序使用了陀螺仪功能。
更明智的传感器融合架构
软件算法将被嵌入在传感器中或运行在平板电脑和智能手机的应用处理器中。新的概念——实现产品更加节能——也正在兴起。
IHS公司预测：2012年，一些手机将包含一个专用的微控制器，为简单的运动处理任务来运行传感器融合算法，当只有进行更加复杂的运算时，应用处理器才被唤醒执行任务，如室内导航。最后，传感器融合也可以运行在应用处理器中的专用内核上。
传感器供应商提供9轴传感器融合解决方案
两家领先的手机和平板电脑的陀螺仪供应商：意法半导体（ST）和InvenSense已经开发出9轴传感器融合引擎，使得OEM厂商可以快速实现手机和平板电脑的运动界面。InvenSense在9月宣布，其应用于智能手机和平板电脑的嵌入9轴传感融合的组合传感器现已大规模生产。ST在今年3月报道iNEMO 9轴传感器融合引擎，并宣布第一款使用其软件算法的手机会在2011年年底出现。