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应变式压力传感器

加速传感器在移动电话的应用(二)

发布日期:2022-08-21 点击率:47

  光标或游戏机控制

  加速度传感器可作为控制系统光标的输入或者游戏机的输入。左右倾斜或前后翻倒移动电话可左右或上下移动屏幕上的光标。这种功能是大家熟知的并且已被集成到几个独立的游戏机(例如任天堂公司的滚滚卡比游戏)和游戏控制器(例如微软公司的Freestyle Pro控制器)中。跳跃动作还引入了第3个轴(Z轴)。与大多数移动电话中采用的标准8位置控制不同,加速度传感器能提供可变的(模拟)控制。用户手机倾斜得越大,光标移动速度越快。由于采用倾斜作为一种模拟信号输入并且与电话键盘输入方式相结合,所以可用一只手完成复杂的输入组合。

  由于移动电话的初始位置可能位于任何方向(例如,用户可能处于平躺状态),因此游戏通常通过某一按键将光标位置设置在屏幕中间位置。从初始位置开始,移动电话可用X轴或Z轴(假定X轴沿电话的长度方向,Z轴沿电话的厚度方向)控制选择上下方向。因为每次启动游戏或光标控制时其初始位置都被复位,所以无需精确的0 g性能。

  动态显示配置

  通常,移动电话的显示采用人物模式。大多数计算机产生的文件(网页等)都采用景物模式。加速度传感器通过测量重力矢量能够确定手机是处于垂直方位还是水平方位(如果手机处于水平方位,还需要确定其水平的两个可能方位)。如果知道了手机的位置,就可以重新配置它的显示模式以便显示器总是保持正面朝着用户。


  在动态显示配置应用中,最重要的要求是低功耗,因为无论显示器是否打开加速度传感器总是处于开启状态。带宽通常设置为小于1 Hz(通过软件滤波)以便不会因随机振动而引起显示晃动。

  导航

   集成的全球定位系统(GPS)或基站的三角网能用来确定移动电话的位置。但是利用现有的这种小显示屏,对于用来完整显示用户前面的环境是非常有利的。正常情况下采用电子式指南针确定机首方位,但是指南针必须与地球表面保持平行以便机首方位误差最小。这种误差依赖于到地球的地磁赤道的距离变化。例如在北京,指南针与地球表面平行方向每偏离1度(°),会导致3°的机首方位误差。当用户使用移动电话时,指南针可能倾斜与水平方向成45°,从而会产生很大的机首方位误差。可使用加速度传感器能用来确定手机(和指南针)相对地球表面的实际方位以补偿这种误差。

  导航应用中加速度传感器的关键指标是高0g偏置以及高灵敏度准确度和稳定性。其总误差应小于50mg以便减小机首方位误差达到合理值。

  计步器

  在我们的健康意识日益提高的世界,实际上存在着采用各种灵巧器械的运动模式。为移动电话增加一片计步器——你几乎走到哪里都携带的一片精巧的便携式电子设备,是一种显而易见的应用。用户可以测量他们已经走了多远并且已消耗了多少卡路里能量。在当今市场上确实有几款这种功能的手机。

  虽然加速度传感器可以很容易地完成计算行走的步数,然而由于步长因人而异(大约相差±30%)并且检测结果也取决于人的行走速度(通常误差大于±25%),所以不能精确检测出在经过的距离内的行走步数。但是通过实际测量移动电话(在衣袋中或挂在腰带上)所经历的加速度可以对经过的距离做出非常好的估计。公共领域已有算法可保证步进计数器的精度优于95%,行走距离的精度优于90%(请见ADI公司关于该算法的应笔记AN-602)。

  计步器要求加速度传感器具有很低的功耗(因为加速度传感器实际上总是处于开启状态)和至少±2g的测量范围。


  磁盘驱动器保护

  因为移动电话集成了数百万象素的照相机、MP3播放器以及其它的密集数据存储功能,所以它们正在越来越多地转向微磁盘驱动器进行数据存储。如果没有可用的空气动力缓冲以防止磁头撞击磁性介质,这些微驱动器对机械撞击很敏感。因此可采用一只加速度传感器来检测手机是否跌落,如果跌落便产生一个驱动信号以便在手机撞击地面之前锁定其读写磁头停在一个安全位置。

  最明显的工作原理是通过测量三个轴向的加速度的矢量和来确定手机所处的状态。如果该矢量和接近于零,则该手机一定处于自由落体状态。这种方法只有在严格控制的下降过程中才能很好地工作——处于无旋转的状态。实际上这种方法并不能很好地工作,因为手机旋转产生的向心力会影响算法造。现已有多种其它比较复杂的自由落体检测算法。其中一些算法仅需要一只双轴加速度传感器即可完成。

  手机跌落检测要求加速度传感器的功耗非常低,因为其微驱动器总是处于开启状态。它需要测量范围至少为±1.5 g的两轴或三轴加速度传感器,具体取决于所用的算法。

  结束语

  使用一只加速度传感器为移动电话增加运动检测功能,从而允许移动电话设计工程师能以低成本集成许多有用的功能。现在可提供实现几种功能的参考设计以便促进将其整合到移动电话设计中。本文提到的仅是部分应用,目前市场上正在提供许多其它的应用,甚至更多的应用还蕴育在聪明的设计工程师的创造之中。

  

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