MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器有助于提高手持設(shè)備的可靠性

1、    MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器有助于提高手持設(shè)備的可靠性        Harvey Weinberg 時(shí)間:2008年01月28日     字 體: 大 中 小        關(guān)鍵詞:        ?圖1：圖中波形是檢測(cè)拿起手機(jī)并送到耳邊這個(gè)動(dòng)作的加速計(jì)所測(cè)到的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)。 由于現(xiàn)

2、代移動(dòng)電話的鍵盤(pán)尺寸比較小，按錯(cuò)鍵是常見(jiàn)現(xiàn)象，可以采用晃動(dòng)手持設(shè)備1秒半這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)作來(lái)清除最后一次輸入的鍵，用更長(zhǎng)時(shí)間的晃動(dòng)來(lái)清除最后一次輸入的整個(gè)字符串。這個(gè)動(dòng)作也是一個(gè)相當(dāng)自然的響應(yīng)，能夠使算法更健壯(具有更好的魯棒性)設(shè)計(jì)人員可以使用鍵盤(pán)標(biāo)識(shí)來(lái)尋找“清除”動(dòng)作。除非某人特別細(xì)心而僅在一個(gè)軸向晃動(dòng)手持設(shè)備，一般晃動(dòng)都會(huì)在三個(gè)軸向產(chǎn)生加速度，因此一個(gè)單軸或雙軸加速計(jì)就非常這個(gè)應(yīng)用。因?yàn)橐残枰咄V波，所以性能需求還算適中。盡管在晃動(dòng)時(shí)實(shí)際加速度有可能達(dá)到±10 g，但由于削波不會(huì)對(duì)晃動(dòng)檢測(cè)算法產(chǎn)生負(fù)面影響，因此±2g的范圍就足夠了。一個(gè)加速計(jì)可以用做一個(gè)輸入來(lái)控制系

3、統(tǒng)光標(biāo)或作為游戲的輸入，可以通過(guò)前后左右傾倒手機(jī)來(lái)前后上下移動(dòng)光標(biāo)，這個(gè)功能已經(jīng)集成到好幾個(gè)獨(dú)立的游戲(任天堂的Tilt和Tumble Kirby)和游戲控制器中(任天堂的Wii Remote)，而且還為跳躍動(dòng)作集成了第三個(gè)軸加速計(jì)。與大多數(shù)手持設(shè)備的8位控制標(biāo)準(zhǔn)不同，一個(gè)加速計(jì)還可以實(shí)現(xiàn)變量(模擬量)控制，使光標(biāo)速度隨傾斜度變化。由于手持設(shè)備的初始方向可以是任何方向(例如使用者可能會(huì)躺著使用它)，一般都通過(guò)按鍵來(lái)使光標(biāo)處于空位，啟動(dòng)游戲。由于每次啟動(dòng)游戲或光標(biāo)控制時(shí)初始位置都被復(fù)位，所以并不需要精確的0g特性。這個(gè)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)條件是測(cè)量范圍至少要達(dá)到±1.2g，同時(shí)，為避免手機(jī)放

4、置在穩(wěn)定的表面時(shí)光標(biāo)抖動(dòng)要求具有比較小的躁聲水平(通過(guò)測(cè)量重力向量，一個(gè)加速計(jì)可以確定手持設(shè)備是處于垂直狀態(tài)還是水平狀態(tài)，將其顯示器切換到肖像模式或風(fēng)景模式，由于任何顯示模式下加速計(jì)都處于工作狀態(tài)，所以這個(gè)應(yīng)用最重要的要求是具有非常低的功耗。帶寬一般都小于1Hz(通過(guò)軟件濾波)以避免顯示器因隨機(jī)振動(dòng)而翻轉(zhuǎn)?？梢允褂靡粋€(gè)集成的全球定位系統(tǒng)(GPS)接收器或通過(guò)對(duì)基站的三角測(cè)量來(lái)確定手持設(shè)備的位置，但是由于顯示器比較小，因此使用整個(gè)顯示器來(lái)為使用者指示方向更為有利，通常使用電子羅盤(pán)來(lái)指示方向，但羅盤(pán)必須平行于地面才能將方向誤差減小到最低，這個(gè)誤差因距離地球磁赤道的距離大小而變化，例如，在波斯頓與地

5、面的平行度每差一度，方向就偏離3度，使用移動(dòng)電話時(shí)，羅盤(pán)傾斜度會(huì)達(dá)到45度，這樣就會(huì)導(dǎo)致很大的誤差，可以用一個(gè)加速計(jì)來(lái)確定手持設(shè)備相對(duì)于地面的實(shí)際方向以對(duì)這個(gè)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，這個(gè)加速計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)條件是具有比較高的0g點(diǎn)偏差、靈敏度及穩(wěn)定性，要使方向誤差處于合理范圍，加速計(jì)的整體誤差要小于50mg。在體育鍛煉時(shí)，一個(gè)加速計(jì)可以很容易地統(tǒng)計(jì)步數(shù)，不過(guò)根據(jù)步數(shù)統(tǒng)計(jì)無(wú)法獲得精確的行走距離，因?yàn)椴介L(zhǎng)因人而異(大約相差±30%)，也取決于步行速度(一般大于±25%)。但是通過(guò)測(cè)量手機(jī)(裝在口袋中或掛在皮帶上)的加速度，就可以對(duì)行走距離給出一個(gè)非常好的估計(jì)。執(zhí)行步數(shù)統(tǒng)計(jì)的公用算法精確度大于

6、95%，步行距離估計(jì)的精確度大于90%。用于步數(shù)計(jì)的加速計(jì)要求具有低功耗特性(因?yàn)榧铀儆?jì)需要不間斷工作)，測(cè)量范圍至少要達(dá)到±2g.。加速計(jì)也可以用來(lái)保護(hù)手持設(shè)備的微驅(qū)動(dòng)器，由于這些微驅(qū)動(dòng)器幾乎沒(méi)有任何空氣動(dòng)力阻尼可以避免驅(qū)動(dòng)頭撞到磁介質(zhì)上，因此對(duì)機(jī)械振動(dòng)非常敏感。我們可以用一個(gè)加速計(jì)來(lái)檢測(cè)手持設(shè)備是否掉落，在掉到地面以前向驅(qū)動(dòng)器發(fā)出信號(hào)及時(shí)將驅(qū)動(dòng)頭停放在安全位置。這里，最明顯的工作原理是測(cè)量三軸的向量和，如果向量和接近于0，那么手持設(shè)備一定是處于自由落體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這個(gè)方法僅在受到良好控制的下落運(yùn)動(dòng)(沒(méi)有旋轉(zhuǎn))中可以獲得滿意的結(jié)果，實(shí)際上由于手持設(shè)備下落時(shí)的旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生欺騙算法的向心力，所以這個(gè)方法并不理想。但是還有更多的方法可用來(lái)檢測(cè)自由落體，其中一些方法僅需要一個(gè)兩軸加速計(jì)。由于在微驅(qū)動(dòng)器工作的任何時(shí)間都需要落體檢測(cè)加速計(jì)處于工作狀態(tài)，所以要求其消耗非常少的功率，根據(jù)所使用算法的不同，需要一個(gè)測(cè)量范圍至少達(dá)到±1.5g的兩軸或三軸加速計(jì)。采用加速計(jì)為移動(dòng)電話增加運(yùn)動(dòng)檢測(cè)可以使電話設(shè)計(jì)人員以比較