齊立萍 王棟軒 王靜一

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)渤海校區(qū)，河北 滄州 061100)

0　引言

對(duì)于一些數(shù)碼愛好者而言，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，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。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)軸來保持方向，制造出來的[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)造出來的，這樣說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)的位置來瞄準(zhǔn)靶心。通過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。開發(fā)者可以通過陀螺儀檢測(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的時(shí)間，兩個(gè)時(shí)間做差，就可以通過測(cè)量時(shí)間的方法來測(cè)量距離[7]。

距離傳感器主要應(yīng)用于兩點(diǎn)：一、通話過程中，距離傳感器檢測(cè)到用戶的面部接近聽筒，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。這兩款手機(jī)都增加了溫度和濕度傳感器，通過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)來關(guān)注周圍的境況。在未來，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。著名半導(dǎo)體廠商飛思卡爾公司總監(jiān)Ivan Kari-mi曾說過，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，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?！皩淼囊苿?dòng)設(shè)備中會(huì)涌現(xiàn)出更多的傳感器?；蛟S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，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

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)】

［1］杜麗君.論述傳感器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用及其發(fā)揮的作用[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2015(35)：916-916.

［2］王忠利.傳感器在汽車上的應(yīng)用[C].第三屆河南省汽車工程科技學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集.2006.

［3］李晉宏,李淑偉.基于Ventuz軟件的人機(jī)交互應(yīng)用研究[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用,2014(6)：74-75,78.

［4］勞永新.從旋轉(zhuǎn)中體會(huì)發(fā)明之道[J].發(fā)明與創(chuàng)新(綜合版 ),2009(3)：13-14.

［5］姚 遠(yuǎn).智 能 手 機(jī) 與 傳 感 器[J].新 電 腦,2011(10)：38-41.

［6］劉為.傳感器在智能手機(jī)中的應(yīng)用[J].職大學(xué)報(bào),2013(6)：76-78,100.

［7］孫晶.傳感器的原理與應(yīng)用研究[J].科技資訊,2011(21)：4-4.