利用計算裝置對來(lái)自多個(gè)傳感器的數據進(jìn)行分類(lèi)、組合并得出結論的想法可以上溯到二十世紀五十年代，但實(shí)現起來(lái)難度很大。1960年左右，數學(xué)家開(kāi)發(fā)了一套算法，試圖借助機器根據多個(gè)傳感器的輸入得出某個(gè)結論，并通過(guò)篩選將噪聲或其它來(lái)源引入的無(wú)效數據濾除。不久之后，軍方?jīng)Q定采用這項技術(shù)，通過(guò)對多來(lái)源輸入進(jìn)行處理并與存儲的數據進(jìn)行比較，軍方得以更好地跟蹤和識別潛在的空中目標，甚至計算出確切位置。隨著(zhù)更先進(jìn)的計算機和傳感器的出現，該技術(shù)也在不斷進(jìn)步，但仍然存在一些過(guò)于復雜的問(wèn)題，需要付出很高的代價(jià)。

 

潛在應用

 

微處理器在剛剛問(wèn)世時(shí)曾被稱(chēng)為一種解決方案，傳感器融合也可以這樣考慮。如果你可以通過(guò)某種方式監控多個(gè)傳感器，實(shí)時(shí)分析數據，并能發(fā)出簡(jiǎn)單的指示命令或控制某個(gè)動(dòng)作，那么傳感器融合可以實(shí)現的應用將遠遠超出你的想想！下面只列出了一些簡(jiǎn)單的示例：

 

● 健康監測—包括健身運動(dòng)、病人監護以及研究

● 老人健康監測—健康監控，以減少人員負擔

● 汽車(chē)、交通運輸系統—監測和控制運輸效率及安全性

● 公共安全—相較于簡(jiǎn)單的消防和安全系統能更加準確地識別潛在的危險情況

● 娛樂(lè )—游戲，包括控制器和虛擬現實(shí)頭戴式耳機

● 天氣—智能天氣預報站，不僅能夠預測天氣條件變化，還可以控制系統以便為風(fēng)暴來(lái)臨做好準備（如關(guān)閉風(fēng)暴百葉窗，關(guān)閉閥門(mén)等）

● 暖通空調/空氣質(zhì)量監測—對室內溫度、濕度、空氣質(zhì)量、系統維護等進(jìn)行智能控制

 

盡管上述功能均已存在多年，但系統通過(guò)檢測多個(gè)傳感器并得出智能結論、甚至采取行動(dòng)的能力，卻是革命性的創(chuàng )新。

 

如同其它電子領(lǐng)域一樣，一些IC廠(chǎng)商也已經(jīng)著(zhù)手研究技術(shù)融合這一繁重任務(wù)。目前，可以通過(guò)現成的傳感器融合和傳感器中樞芯片或者其他途徑，有效地連接各種數字傳感器，而且無(wú)需自己去開(kāi)發(fā)算法。

 

這些IC廠(chǎng)商所采用的方法可能會(huì )有所不同，有些會(huì )修改現有的產(chǎn)品線(xiàn)，有些會(huì )為解決傳感器融合問(wèn)題開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品，但最終都要通過(guò)專(zhuān)門(mén)的控制芯片實(shí)現，比如MCU、傳感器中樞或傳感器融合處理器?，F在，這項技術(shù)已經(jīng)成功地應用在了智能手機、運動(dòng)監測器以及其它消費性產(chǎn)品上。

 

蘋(píng)果、三星等新一代智能手機甚至不需要外部連接，便能結合多個(gè)強大的傳感器，包括三軸磁力計、三軸加速度計和三軸陀螺儀。這種結合通常被稱(chēng)為9-DoF，即九自由度。

 

多數情況下，手機中的這些功能要“始終開(kāi)啟”。如果這些傳感數據全部由手機中央微控制器來(lái)處理，將會(huì )大大縮短電池壽命。相反，使用高效的專(zhuān)用微控制器芯片作為傳感器中樞來(lái)處理數據，便能大幅降低功耗。NXP的ARM M3系列MCU就是一個(gè)示例。EETimes報道稱(chēng)芯片分析公司Chipworks的調查結果顯示，蘋(píng)果的M7處理器采用了NXP的定制版M3芯片，來(lái)監控iPhone5S中的各個(gè)傳感器，包括陀螺儀、加速計和羅盤(pán)。而三星手機采用的是Atmel的8位AVR MCU。

 

通過(guò)強大的板級傳感技術(shù)，應用程序可以利用手機中的9-DoF功能來(lái)監測健康和運動(dòng)情況，或者結合GPS和外部數據來(lái)為用戶(hù)提供更多信息?，F在，還可以通過(guò)藍牙通信為那些多功能傳感器添加外部數據，并且幾乎不受限。芯片制造商的目標是讓工程師可以設計出能夠提供實(shí)時(shí)傳感數據的系統，這類(lèi)系統不僅可以提供所需的上下文相關(guān)信息，而且功耗低，電池壽命也長(cháng)。除了智能手機，高度優(yōu)化的解決方案也能夠滿(mǎn)足平板電腦、超級本、物聯(lián)網(wǎng)設備、游戲機、醫療保健、環(huán)境監測和穿戴式電腦等各類(lèi)應用需求。

 

現在市面上已經(jīng)推出了可以幫助工程師輕松體驗這項傳感技術(shù)的開(kāi)發(fā)板，比如Atmel公司的ATAVRSBIN2。Atmel將融合傳感器集成在了很多產(chǎn)品中，并稱(chēng)之為“完整傳感器生態(tài)系統”。Atmel意識到同時(shí)分析和融合多種傳感器數據并非一項獨立的任務(wù)。為了解決這一復雜的問(wèn)題，該公司與多家知名傳感器制造商和傳感器融合專(zhuān)家合作，希望能提供一個(gè)完整的、易于實(shí)現的傳感器中樞。

 

目前的趨勢是將三個(gè)或更多的MEMS傳感器與MCU封裝在一起，比如STMicroelectronics的LIS331EB，它在3×3×1mm的封裝中集成了一個(gè)高精度三軸數字加速度計與一個(gè)微控制器。此微控制器采用超低功耗ARM Cortex-M0，并具有64K字節的閃存、128K字節RAM、嵌入式定時(shí)器、2個(gè)I²C（主/從）和一個(gè)SPI（主/從）。LIS331EB也可以處理外部傳感器數據，包括陀螺儀、磁力計和壓力傳感器等共九個(gè)外部傳感器。STMicroelectronics的iNEMO引擎傳感器融合軟件套件采用了一套自適應預測和濾波算法來(lái)處理（或融合）多個(gè)傳感器的復雜信息。LIS331EB則用作傳感器中樞，通過(guò)iNEMO引擎軟件將所有輸入融合在一起。

 

Freescale也推出了一個(gè)將微控制器和傳感器封裝在一起的產(chǎn)品系列。他們的FXLC95000 Xtrinsic運動(dòng)傳感平臺集成了一個(gè)MEMS加速度計和一個(gè)32位ColdFire微控制器。類(lèi)似于上述STMicroelectronics器件，FXLC95000可以同時(shí)管理內部和外部傳感器數據。Freescale是第一家提供集成傳感中樞微控制器的公司，這類(lèi)微控制器還可根據具體應用程序和算法進(jìn)行設置。此系列器件可管理多達16個(gè)傳感器輸入，能夠將校準、補償和傳感功能從應用處理器中分離出來(lái)，但需要搭配使用Freescale自帶或第三方的驅動(dòng)程序。

 

 

帶加速度計的Freescale Xtrinsic FXLC9500 32位MCU傳感器融合中樞，提供了一個(gè)可擴展的自主、高精度多傳感器中樞解決方案，能夠在開(kāi)放式架構下提供本地計算和傳感器管理功能

 

Bosch、Fairchild、Honeywell、Microchip以及TI等廠(chǎng)商也在此領(lǐng)域頗有建樹(shù)。

來(lái)源：貿澤電子設計圈，作者： Morrie Goldman

 

 

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