傳感器融合已成熟

文章出處：新聞資訊責任編輯：开云体育网页登录發表時間：2024-11-21 16:41:23

隨著時間的推移，傳(chuan) 感器已經從(cong) 簡單的模擬和機械結構演變為(wei) 基於(yu) 芯片的數字設備，這些設備連接到機器以監控機器的健康狀況以及環境條件。同樣，傳(chuan) 感器融合——多種類型的傳(chuan) 感器協同工作來解決(jue) 問題——結合了許多其他技術的線索，創造了一些非常新穎和令人興(xing) 奮的東(dong) 西。

使用計算設備整理來自多個(ge) 傳(chuan) 感器的數據並結合信息得出結論的想法至少自 20 世紀 50 年代以來就已存在。但這是異常困難的。 1960 年左右，幾位數學家開發了一套算法，試圖讓機器根據多個(ge) 傳(chuan) 感器的輸入得出結論。這些過濾器還從(cong) 噪聲或其他來源中刪除了無意義(yi) 的數據。當然，不久之後軍(jun) 方就決(jue) 定這項技術將在他們(men) 的應用中有用。能夠處理來自多個(ge) 來源的輸入並將其與(yu) 存儲(chu) 的數據進行比較將使軍(jun) 方能夠更好地跟蹤和識別潛在的空中目標，甚至計算結果的確定性。有了更好的計算機和傳(chuan) 感器，技術在進步，但仍有複雜且昂貴的問題需要解決(jue) 。

潛在應用

當微處理器首次問世時，人們(men) 將其描述為(wei) 尋找問題的解決(jue) 方案。同樣的情況也適用於(yu) 傳(chuan) 感器融合。如果您有能力和智能來監控多個(ge) 傳(chuan) 感器、實時分析數據並提供簡單的方向或控製動作，那麽(me) 迄今為(wei) 止未曾想到的應用程序幾乎是無限的。以下示例僅(jin) 涉及表麵：

• 健康監測——包括健康運動、患者監測和研究

• 監測老年人——健康監測，減輕人員負擔

• 汽車、運輸係統 - 監控和控製效率和安全功能

• 公共安全——比簡單的消防和安全係統更準確地識別潛在的危險狀況

• 娛樂(le) - 遊戲，包括控製器和虛擬現實耳機

• 天氣——智能天氣預報站，不僅(jin) 可以警告天氣變化，還可以控製係統為(wei) 暴風雨做好準備（例如，關(guan) 閉風暴百葉窗、關(guan) 閉閥門等）

• HVAC/空氣質量——室溫、濕度、空氣質量、係統維護等智能控製。

雖然所有這些類型的功能已經以某種形式存在了很多年，但係統觀察多個(ge) 傳(chuan) 感器並得出智能結論，甚至發起行動的能力是革命性的。

技術融合幸運的是，正如他們(men) 在其他電子領域所做的那樣，許多 IC 製造商已經承擔了這項繁重的任務。借助現成的傳(chuan) 感器融合和傳(chuan) 感器集線器芯片，現在可以有效地連接到各種數字傳(chuan) 感器以及其他路徑。創建自己的算法的負擔已經消除。

盡管術語確實略有不同，但許多 IC 製造商要麽(me) 調整了現有的產(chan) 品線，要麽(me) 創建了全新的產(chan) 品來解決(jue) 傳(chuan) 感器融合任務。該處理由專(zhuan) 用控製器芯片完成，該芯片可以被識別為(wei) MCU、傳(chuan) 感器集線器或傳(chuan) 感器融合處理器。我們(men) 已經看到這項技術應用於(yu) 消費市場的智能手機、活動監視器和其他設備。

蘋果、三星等公司的最新一代智能手機具有強大且多樣化的傳(chuan) 感功能，甚至不需要外部接口。其中包括三軸磁力計、三軸加速度計和三軸陀螺儀(yi) 。這種組合能力通常稱為(wei) 9-DoF，即九個(ge) 自由度。

大多數情況下，這些功能在手機中“始終開啟”。如果這些傳(chuan) 感器的數據處理由手機的中央微控製器管理，電池壽命將大大縮短。相反，高效的專(zhuan) 用 MCU 芯片作為(wei) 傳(chuan) 感器集線器處理數據，僅(jin) 使用一小部分功耗。 NXP ARM M3 係列 MCU 就是一個(ge) 例子。據 EETimes 報道，產(chan) 品拆解專(zhuan) 家 Chipworks 表示，蘋果使用了定製版的 NXP 芯片來監控 iphoness 5S 中的傳(chuan) 感器。 “M7 控製各種離散傳(chuan) 感器的功能，包括陀螺儀(yi) 、加速計和指南針。”三星使用 Atmel 的 Core 8 位 AVR MCU 微控製器承擔了同樣的任務。

憑借如此強大的機載傳(chuan) 感技術，應用程序不斷湧現，它們(men) 利用 9-DoF 手機硬件來提供健康和活動監控，或者與(yu) GPS 和外部數據配合運行，為(wei) 用戶提供更多信息。現在，將來自通過藍牙通信的外部設備的數據添加到已經多樣化的傳(chuan) 感器輸入中，功能似乎是無限的。芯片製造商的目標是讓工程師能夠設計出提供實時傳(chuan) 感器數據的係統，這些數據可用於(yu) 以最小的功耗和最長的電池壽命提供所需的情境感知。除了智能手機之外，高度優(you) 化的解決(jue) 方案還可以解決(jue) 平板電腦、超級本、物聯網設備、遊戲、醫療保健、環境監測和可穿戴計算等應用。

開發板可讓設計工程師輕鬆涉足這項技術。 Atmel 的 ATAVRSBIN2 就是這樣的一個(ge) 例子。 Atmel 已將傳(chuan) 感器與(yu) 各種產(chan) 品融合，他們(men) 稱之為(wei) “完整的傳(chuan) 感器生態係統”。 Atmel 發現，同時分析和融合來自不同傳(chuan) 感器和傳(chuan) 感器類型的數據並不是它可以單獨處理的任務。為(wei) 了克服這些複雜性，該公司與(yu) 許多領先的傳(chuan) 感器製造商和傳(chuan) 感器融合專(zhuan) 家合作，提供完整、易於(yu) 實施的傳(chuan) 感器集線器解決(jue) 方案。

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當前的趨勢是將 MCU 與(yu) 三個(ge) 或更多 MEMS 傳(chuan) 感器結合在一個(ge) 封裝中。 STMicroElectronics 的 LIS331EB 就是一個(ge) 例子，它將高精度三軸數字加速度計與(yu) 微控製器集成在一個(ge) 3 x 3 x 1 mm 封裝中。該微控製器是超低功耗 ARM Cortex-M0，具有 64 KB 閃存、128 KB RAM、嵌入式定時器、2 個(ge) I²C（主/從(cong) ）和 SPI（主/從(cong) ）。 LIS331EB 還可以在內(nei) 部處理外部傳(chuan) 感器（總共九個(ge) ）感測的數據，例如陀螺儀(yi) 、磁力計和壓力傳(chuan) 感器。作為(wei) 傳(chuan) 感器中樞，它將所有輸入與(yu) iNEMO 引擎軟件融合在一起。意法半導體(ti) 的 iNEMO 發動機傳(chuan) 感器融合軟件套件應用一組自適應預測和過濾算法來理解（或融合）來自多個(ge) 傳(chuan) 感器的複雜信息。

飛思卡爾還提供將 MCU 和傳(chuan) 感器集成在單個(ge) 封裝中的設備產(chan) 品線。他們(men) 的 FXLC95000 Xtrinsic 運動傳(chuan) 感平台集成了 MEMS 加速計和 32 位 ColdFire MCU。與(yu) STMicroElectronics 設備類似，FXLC95000 可以同時管理來自內(nei) 部和外部傳(chuan) 感器的數據。飛思卡爾是第一家推出嵌入傳(chuan) 感中樞的 MCU 的公司，該 MCU 還可以針對客戶特定的應用和算法進行編程。單個(ge) 設備可以管理多達 16 個(ge) 傳(chuan) 感器輸入，從(cong) 而可以從(cong) 應用處理器上卸載校準、補償(chang) 和傳(chuan) 感器功能。它可以與(yu) 飛思卡爾或第三方驅動程序配合使用。

融合與雲的結合

雖然相當多的功能可以在本地實現，但與(yu) 雲(yun) 的交互才是樂(le) 趣真正開始的地方。遠程傳(chuan) 感器數據可以由傳(chuan) 感器融合設備處理並發送到雲(yun) 端進行記錄、進一步分析，甚至命令采取行動。

例如，在遠程位置運行的無人值守的泵總是存在一定的故障風險。幾年前，可能已經安裝了遠程傳(chuan) 感器來識別它是否正在運行或什至出現故障。現在，還可以監控同一台泵的振動、廢氣化學、軸承噪音及其周圍的外部條件。預定程序可以使傳(chuan) 感器融合控製器關(guan) 閉泵，甚至循環運行，直到技術人員到達。係統還會(hui) 提前知道是否需要更換整個(ge) 泵或僅(jin) 更換一個(ge) 組件。在這裏，傳(chuan) 感器融合解決(jue) 方案可以消除停機時間以及昂貴的緊急服務呼叫，甚至可以收集數據來分析泵的超時工作情況。同樣的總體(ti) 思路也適用於(yu) 監控飛行中的飛機發動機，大樓電梯，或者任何機械。

雲(yun) 的另一個(ge) 應用是傳(chuan) 感器融合在現場進行，而不是在現場。借助可用的開源傳(chuan) 感器融合軟件，可以將單個(ge) 傳(chuan) 感器數據傳(chuan) 輸到服務器進行處理。