MEMS运动传感器有助于提高手持设备的可靠性

1、    MEMS运动传感器有助于提高手持设备的可靠性        Harvey Weinberg 时间:2008年01月28日     字 体: 大 中 小        关键词:        ?图1：图中波形是检测拿起手机并送到耳边这个动作的加速计所测到的姿态运动。 由于现

2、代移动电话的键盘尺寸比较小，按错键是常见现象，可以采用晃动手持设备1秒半这样一个简单的动作来清除最后一次输入的键，用更长时间的晃动来清除最后一次输入的整个字符串。这个动作也是一个相当自然的响应，能够使算法更健壮(具有更好的鲁棒性)设计人员可以使用键盘标识来寻找“清除”动作。除非某人特别细心而仅在一个轴向晃动手持设备，一般晃动都会在三个轴向产生加速度，因此一个单轴或双轴加速计就非常这个应用。因为也需要高通滤波，所以性能需求还算适中。尽管在晃动时实际加速度有可能达到±10 g，但由于削波不会对晃动检测算法产生负面影响，因此±2g的范围就足够了。一个加速计可以用做一个输入来控制系

3、统光标或作为游戏的输入，可以通过前后左右倾倒手机来前后上下移动光标，这个功能已经集成到好几个独立的游戏(任天堂的Tilt和Tumble Kirby)和游戏控制器中(任天堂的Wii Remote)，而且还为跳跃动作集成了第三个轴加速计。与大多数手持设备的8位控制标准不同，一个加速计还可以实现变量(模拟量)控制，使光标速度随倾斜度变化。由于手持设备的初始方向可以是任何方向(例如使用者可能会躺着使用它)，一般都通过按键来使光标处于空位，启动游戏。由于每次启动游戏或光标控制时初始位置都被复位，所以并不需要精确的0g特性。这个应用的关键技术条件是测量范围至少要达到±1.2g，同时，为避免手机放

4、置在稳定的表面时光标抖动要求具有比较小的躁声水平(通过测量重力向量，一个加速计可以确定手持设备是处于垂直状态还是水平状态，将其显示器切换到肖像模式或风景模式，由于任何显示模式下加速计都处于工作状态，所以这个应用最重要的要求是具有非常低的功耗。带宽一般都小于1Hz(通过软件滤波)以避免显示器因随机振动而翻转。可以使用一个集成的全球定位系统(GPS)接收器或通过对基站的三角测量来确定手持设备的位置，但是由于显示器比较小，因此使用整个显示器来为使用者指示方向更为有利，通常使用电子罗盘来指示方向，但罗盘必须平行于地面才能将方向误差减小到最低，这个误差因距离地球磁赤道的距离大小而变化，例如，在波斯顿与地

5、面的平行度每差一度，方向就偏离3度，使用移动电话时，罗盘倾斜度会达到45度，这样就会导致很大的误差，可以用一个加速计来确定手持设备相对于地面的实际方向以对这个误差进行补偿，这个加速计的关键技术条件是具有比较高的0g点偏差、灵敏度及稳定性，要使方向误差处于合理范围，加速计的整体误差要小于50mg。在体育锻炼时，一个加速计可以很容易地统计步数，不过根据步数统计无法获得精确的行走距离，因为步长因人而异(大约相差±30%)，也取决于步行速度(一般大于±25%)。但是通过测量手机(装在口袋中或挂在皮带上)的加速度，就可以对行走距离给出一个非常好的估计。执行步数统计的公用算法精确度大于

6、95%，步行距离估计的精确度大于90%。用于步数计的加速计要求具有低功耗特性(因为加速计需要不间断工作)，测量范围至少要达到±2g.。加速计也可以用来保护手持设备的微驱动器，由于这些微驱动器几乎没有任何空气动力阻尼可以避免驱动头撞到磁介质上，因此对机械振动非常敏感。我们可以用一个加速计来检测手持设备是否掉落，在掉到地面以前向驱动器发出信号及时将驱动头停放在安全位置。这里，最明显的工作原理是测量三轴的向量和，如果向量和接近于0，那么手持设备一定是处于自由落体运动状态，这个方法仅在受到良好控制的下落运动(没有旋转)中可以获得满意的结果，实际上由于手持设备下落时的旋转会产生欺骗算法的向心力，所以这个方法并不理想。但是还有更多的方法可用来检测自由落体，其中一些方法仅需要一个两轴加速计。由于在微驱动器工作的任何时间都需要落体检测加速计处于工作状态，所以要求其消耗非常少的功率，根据所使用算法的不同，需要一个测量范围至少达到±1.5g的两轴或三轴加速计。采用加速计为移动电话增加运动检测可以使电话设计人员以比较