齊立萍　王棟軒　王靜一

【摘 要】伴隨著技術(shù)的發(fā)展，如果手機(jī)僅僅作為一種通信工具，已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前的需求，人們希望能夠?qū)⑹謾C(jī)變成功能強(qiáng)大的便攜式電子設(shè)備。手機(jī)被寄予的期望日益增高，人們一直在追求提高手機(jī)的智能化、人性化程度。這種情況下，傳感器得到了越來(lái)越普遍的應(yīng)用。本文主要介紹了不同類型的傳感器在智能手機(jī)中的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】傳感器；智能手機(jī)；發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)： J905 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）03-0140-002

The application and development trend of sensors in smart phones

QI Li-ping WANG Dong-xuan WANG Jing-yi

（Bohai campus of Agricultural University of Hebei， Cangzhou Hebei 061100）

【Abstract】With the development of technology， if the mobile phone is merely a communication tool， it can't meet the current demand， and people want to turn it into a powerful portable electronic device. The expectation of mobile phones is increasing. People have been seeking to improve the intelligence and humanization of mobile phones. In this case， sensors are increasingly used. This paper mainly introduces the application and development trend of different types of sensors in smart phones.

【Key words】Sensor；Smart phone；Trends

0 引言

對(duì)于一些數(shù)碼愛(ài)好者而言，他們懂得智能手機(jī)的配置參數(shù)，如屏幕分辨率、處理器、運(yùn)行內(nèi)存等代表著什么意義。當(dāng)前科技高速發(fā)展，人們致力于提高智能手機(jī)的配置，這種提高表現(xiàn)在方方面面，不再僅是拘泥于屏幕、CPU等關(guān)鍵參數(shù)的提高，而對(duì)與用戶的互動(dòng)性要求更高，意味著要有很好的體驗(yàn)感。如今，移動(dòng)設(shè)備的應(yīng)用軟件生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)擴(kuò)大，傳感器在這個(gè)過(guò)程中發(fā)揮的作用不可小覷。手機(jī)里各式傳感器的發(fā)展一日千里，在未來(lái)，傳感器的種類必將更為繁多，功能也會(huì)更為復(fù)雜，精確度也會(huì)大幅度提升。

1 傳感器的定義

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665─87對(duì)傳感器下的定義是：在規(guī)定的范圍內(nèi)，能夠感受并測(cè)量出一系列的物理量，然后將測(cè)量的結(jié)果轉(zhuǎn)換成信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)的部件裝置，一般由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件構(gòu)成[1]。傳感器實(shí)際上是用于檢測(cè)的器件，能將檢測(cè)到的信息按某種規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號(hào)等形式進(jìn)行傳輸，用于處理、控制、存儲(chǔ)等方面，達(dá)到自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的目的[2]。

2 幾種典型的傳感器

2.1 重力傳感器

重力傳感器在智能手機(jī)中非常常見(jiàn)。它的原理是壓電效應(yīng)，可以測(cè)量出重力，并將該力正交分解，即可判斷左右方向[3]。

重力傳感器的優(yōu)點(diǎn)是可以準(zhǔn)確識(shí)別手機(jī)的受力情況，它主要用于切換手機(jī)橫屏和豎屏，在一些游戲程序中也有所應(yīng)用。

2.2 陀螺儀

物體在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中其旋轉(zhuǎn)軸的方向不會(huì)改變，除非受到外界的影響。陀螺儀就是根據(jù)這個(gè)原理——用旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸來(lái)保持方向，制造出來(lái)的[4]。要想讓陀螺儀迅速旋轉(zhuǎn)，首先要使其受力，獲得加速度。陀螺儀旋轉(zhuǎn)的平均速度為每分鐘幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)，故運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)。陀螺儀獲取旋轉(zhuǎn)軸當(dāng)前指向的方位后，就會(huì)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的信息傳輸給控制系統(tǒng)。陀螺儀內(nèi)置一個(gè)陀螺，其旋轉(zhuǎn)軸因?yàn)橥勇菰硪恢迸c初始方向保持平行，這樣就可以經(jīng)過(guò)計(jì)算與初始方向的偏差從而得到實(shí)際方向。陀螺儀作為傳感器，被設(shè)計(jì)成構(gòu)造精細(xì)的芯片，芯片內(nèi)含有直徑非常小的陀螺。

陀螺儀能測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，且是在設(shè)備偏轉(zhuǎn)、傾斜時(shí)進(jìn)行測(cè)量，這是和加速度計(jì)（G-sensor）的差異之處。在移動(dòng)設(shè)備上，加速度計(jì)（G-sensor）不能測(cè)量出轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)作，更不必提測(cè)量或完整構(gòu)建出3D動(dòng)作了。故加速度計(jì)（G-sensor）一般用于測(cè)量簡(jiǎn)單的二維動(dòng)作。而陀螺儀就可以較為準(zhǔn)確的測(cè)量出轉(zhuǎn)動(dòng)、偏轉(zhuǎn)的動(dòng)作。按照陀螺儀的測(cè)量結(jié)果，能夠準(zhǔn)確的判辨用戶的現(xiàn)實(shí)行動(dòng)，從而對(duì)移動(dòng)設(shè)備做出相應(yīng)的操作。陀螺儀是在重力傳感器的基礎(chǔ)上構(gòu)造出來(lái)的，這樣說(shuō)的原因在于重力傳感器只能檢測(cè)兩個(gè)方位——左和右，而陀螺儀則能檢測(cè)任何方位。

陀螺儀最開(kāi)始主要應(yīng)用于航空航天等方面，隨著陀螺儀的微型化，使得陀螺儀能夠應(yīng)用在一些移動(dòng)設(shè)備上，這對(duì)提升用戶的體驗(yàn)感至關(guān)重要。手機(jī)里有了陀螺儀傳感器后，就能任意固定住一個(gè)方向，不管手機(jī)向著什么方向挪動(dòng)或歪斜，這個(gè)固定的方向是穩(wěn)定不變的。比如在部分射擊類手游中，射擊的靶心是不會(huì)改變的，這樣就可以不斷改變手機(jī)的位置來(lái)瞄準(zhǔn)靶心。通過(guò)分析判斷使用者的動(dòng)作達(dá)到操控游戲的目的，會(huì)有很多創(chuàng)新空間。開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)陀螺儀檢測(cè)全方位（3D范圍內(nèi)）動(dòng)作的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)游戲的操作，比如，在游戲中，手機(jī)可以當(dāng)作一個(gè)方向盤，使用者上下、左右地傾斜手機(jī)，屏幕上被操控的對(duì)象就可以做上下、左右的動(dòng)作。由于陀螺儀能夠瞬間檢測(cè)到手機(jī)或平板旋轉(zhuǎn)角度的微小變化，且檢測(cè)結(jié)果十分精準(zhǔn)，足夠滿足一些對(duì)分辨率和反應(yīng)速度要求很高的應(yīng)用，從而較好的提升用戶的體驗(yàn)感。除此之外，陀螺儀還可以應(yīng)用于動(dòng)作感應(yīng)的GUI，用戶稍微傾斜手機(jī)，就能對(duì)菜單進(jìn)行選擇，極具人性化。 陀螺儀還有一個(gè)非常重要的作用是對(duì)拍照進(jìn)行防抖操作。和相機(jī)的光學(xué)防抖很像，但陀螺儀的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，相當(dāng)于電子防抖[5]。在移動(dòng)設(shè)備拍照的時(shí)候，手在按下快門的瞬間避免不了抖動(dòng)，陀螺儀通過(guò)檢測(cè)抖動(dòng)的方向和距離，控制手機(jī)彌補(bǔ)與抖動(dòng)方向相反的相同距離的位移，就可以消除這些抖動(dòng)[6]。

2.3 距離傳感器

距離傳感器也是手機(jī)中不可或缺的傳感器，通常其集成位置靠近聽(tīng)筒。距離傳感器首先會(huì)發(fā)射光脈沖，記下此時(shí)的時(shí)間；然后測(cè)量此光脈沖被物體反射回來(lái)的時(shí)間，兩個(gè)時(shí)間做差，就可以通過(guò)測(cè)量時(shí)間的方法來(lái)測(cè)量距離[7]。

距離傳感器主要應(yīng)用于兩點(diǎn)：一、通話過(guò)程中，距離傳感器檢測(cè)到用戶的面部接近聽(tīng)筒，就會(huì)使手機(jī)“黑屏”，防止用戶不小心觸碰屏幕，并且節(jié)約電量。 二、翻轉(zhuǎn)手機(jī)就可以自動(dòng)掛斷。

3 傳感器的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 多領(lǐng)域應(yīng)用

近幾年里，手機(jī)巨頭三星在移動(dòng)設(shè)備上增加的功能不勝枚舉，在Galaxy S4和S5兩款旗艦手機(jī)上也可以體現(xiàn)出來(lái)。這兩款手機(jī)都增加了溫度和濕度傳感器，通過(guò)S Health這個(gè)應(yīng)用就可以知道當(dāng)前的溫度和濕度，實(shí)現(xiàn)讓手機(jī)來(lái)關(guān)注周圍的境況。在未來(lái)，智能手機(jī)既能顯示空氣質(zhì)量，還能實(shí)時(shí)監(jiān)視污染源或過(guò)敏原，并將這些信息發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上，提示用戶關(guān)注氣候的變化。不僅如此，將來(lái)的智能手機(jī)還可以追蹤用戶的心率和監(jiān)測(cè)用戶的情緒狀態(tài)，比如，當(dāng)你感到焦灼的時(shí)候，設(shè)備會(huì)自行播放輕松緩和的音樂(lè)。著名半導(dǎo)體廠商飛思卡爾公司總監(jiān)Ivan Kari-mi曾說(shuō)過(guò)，即使是一些價(jià)格便宜的傳感器，也可能實(shí)現(xiàn)這一切。在將來(lái)，你的設(shè)備會(huì)觀測(cè)你的情感，這就意味著，一個(gè)手機(jī)或平板會(huì)比你還了解你本身。

電信業(yè)巨頭AT&T;的老牌技術(shù)員Milosz表達(dá)了自己對(duì)傳感器將來(lái)發(fā)展的主旋律的推測(cè)。Milosz在AT&T;的實(shí)驗(yàn)室中承擔(dān)模塊的是移動(dòng)傳感系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)分析。“將來(lái)的移動(dòng)設(shè)備中會(huì)涌現(xiàn)出更多的傳感器。或許我們還會(huì)擁有3D立體攝像頭、雷達(dá)、聲納等，甚至還會(huì)有某種形式的傳感器可以用于醫(yī)療上。我們領(lǐng)會(huì)到手機(jī)傳感器微型化日新月異，我們可以實(shí)現(xiàn)的愿望會(huì)日漸增多?！?/p>

3.2 電子器件的融合

以后MEMS器件或許會(huì)把一些常用的手機(jī)傳感器與應(yīng)用處理器集成在一起，成為一個(gè) COM（Chip on MEMS），如此一來(lái)，不但縮減了面積，節(jié)約成本，提高系統(tǒng)的整合性，還有利于開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。譬如加速度計(jì)、陀螺儀和重力傳感器就可以被集成在一起，用其中一個(gè)傳感器去彌補(bǔ)另外兩個(gè)傳感器的不足。因此，這三種傳感器并不是互相獨(dú)立的，而是彼此依靠。三者協(xié)作組合，更充分發(fā)揮各自的特性，給用戶帶來(lái)更好的體驗(yàn)感。

當(dāng)把傳感器集成在一起之后，需要有一個(gè)MCU去分析這些傳感器的數(shù)據(jù)，在未來(lái)的某一天，應(yīng)該會(huì)將傳感器和MCU進(jìn)行整合，這樣等同于將傳感器的功能和MCU的功能整合到了一起。

4 結(jié)語(yǔ)

目前在智能手機(jī)領(lǐng)域里，各類硬件不僅在性能方面堆疊，形形色色的功能堆疊也層見(jiàn)迭出。手機(jī)里的大多數(shù)新功能都有對(duì)應(yīng)的傳感器在支撐，傳感器會(huì)有更廣闊的用武之地， 必將進(jìn)一步改變我們的生活方式。

【參考文獻(xiàn)】

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