密集傳感器的設(shè)計
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用戶從這些超級計算應(yīng)用系統(tǒng)中獲得的經(jīng)驗為他們了提供必要的洞察能力，使未來嵌入控制系統(tǒng)能夠在實時情況下完成更加復(fù)雜的檢測與決策工作。隨著微處理器與傳感器價格的不斷下滑，自動系統(tǒng)與半自動系統(tǒng)都可以包含更多的智能，根據(jù)對自身內(nèi)部狀況以及當(dāng)時外部環(huán)境的更好了解，作出更優(yōu)化的決策。為一個設(shè)計增加傳感器，并將所有這些傳感器的數(shù)據(jù)作智能關(guān)聯(lián)處理，這些都會帶來更多的設(shè)計時間成本與復(fù)雜性，但各個設(shè)計團(tuán)隊仍在日益接受這種成本，因為權(quán)衡的結(jié)果可以是一個差異化的系統(tǒng)，它能更有效地提供更多功能，而價格則與前代設(shè)計不相上下。
嵌入設(shè)計中使用傳感器并不新鮮。不同的是設(shè)計中正在集成越來越多的傳感器和處理器，從高端的自動化系統(tǒng)，到批量生產(chǎn)的消費(fèi)產(chǎn)品。隨著傳感器與處理器的不斷降價，替代機(jī)械控制結(jié)構(gòu)的門檻也在持續(xù)變化。如何對處理作分割，實現(xiàn)相同系統(tǒng)中多個傳感器的關(guān)聯(lián)，這一任務(wù)遠(yuǎn)超出了機(jī)械替代的范疇，以至于供應(yīng)商經(jīng)常會把自己的方案看作專有的信息，因為傳感器與處理算法正確組合的選擇可以實現(xiàn)更低的物料成本、更高的能效，以及更佳的系統(tǒng)性能。
DARPA（美國國防高級研究項目署）城市挑戰(zhàn)賽以及無人車輛挑戰(zhàn)賽都強(qiáng)有力地證明，裝有大量傳感器的全自動車輛可以在各自的環(huán)境內(nèi)實現(xiàn)探測、解析、預(yù)測、交互和移動（參考文獻(xiàn) 1）。挑戰(zhàn)賽表明，自動車輛僅僅依靠各種板載傳感器與定位系統(tǒng)，就可以完全靠自身作駕駛及導(dǎo)航，無需遙控或人類駕駛者（參考文獻(xiàn) 2）。不過，在這些挑戰(zhàn)賽中，其管理員要給自動車輛裝入一個目標(biāo)的 GPS（全球定位系統(tǒng)）位置清單，指示他們要去的地點。它們自己不會決定去哪里，或到達(dá)那些點的次序；他們只知道要從當(dāng)前位置到達(dá)清單中的各個點。
DARPA 城市挑戰(zhàn)賽于 2007 年 11 月 3 日舉辦，它要求自動車輛在城市交通路況下，與其它有人駕駛和無人駕駛車輛一起行駛，以證明它們可以安全地完成復(fù)雜機(jī)動，如并道、超車、停車，以及穿過路口。六個小組成功地完成了 DRAPA 城市挑戰(zhàn)預(yù)賽。獲獎車輛來自 Tartan 賽車隊，它除了慣性 GPS/IMU（慣性測量單元）傳感器以外，還使用了七只激光雷達(dá)（光探測與測距）、雷達(dá)（射頻探測與測距）和視覺傳感器（參考文獻(xiàn) 3）。傳感器的選擇支持用于算法規(guī)劃的數(shù)據(jù)融合，以及通過傳感器的交疊實現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余與關(guān)聯(lián)。
機(jī)器人是一類有大量傳感器、正在發(fā)展中的自動系統(tǒng)。例如，Boston Dynamics 公司有多種機(jī)器人，如遙控的 BigDog，它可以依據(jù)自己的傳感器和板載控制系統(tǒng)，穿越艱難地形（包括冰面），并在遇到困難時回撤。BigDog 的運(yùn)動傳感器包括：聯(lián)結(jié)位置、聯(lián)結(jié)力、接地觸點、接地負(fù)載、一個激光陀螺儀，以及一個立體視覺系統(tǒng)。其它傳感器主要針對系統(tǒng)內(nèi)部的健康狀況，監(jiān)控液壓、油溫、引擎溫度、每秒轉(zhuǎn)速以及電池充電等。供應(yīng)商 iRobot 亦提供多種型號的機(jī)器人，包括消費(fèi)級的吸塵機(jī)器人，如 Roomba。Roomba 使用了多個 IR（紅外）傳感器，直接（或通過機(jī)械翼）檢測所處環(huán)境（參考文獻(xiàn) 4）。
半自動系統(tǒng)是密集傳感器設(shè)計的一個發(fā)展領(lǐng)域。高端是電傳飛控飛機(jī)與汽車，而在低端，消費(fèi)家電正在出現(xiàn)顯著增長，如洗衣機(jī)。半自動系統(tǒng)會從人類操作者獲得高級指示，但要負(fù)責(zé)管理所需監(jiān)控系統(tǒng)的低層操作細(xì)節(jié)。在足夠?qū)挿旱慕忉屜拢鄶?shù)嵌入系統(tǒng)都可歸到這個類別，這些系統(tǒng)的設(shè)計者也許能從其它傳感器設(shè)計或數(shù)據(jù)豐富的設(shè)計中獲取知識（見附文《超級計算》）。
復(fù)雜的遙控系統(tǒng)（如 BigDog）必須對其環(huán)境與狀況作出即時的自動響應(yīng)，部分原因是一個遙控接口不足以提供充足的數(shù)據(jù)帶寬和反饋接口，操作者無法用多個調(diào)整命令使系統(tǒng)正常運(yùn)行。當(dāng)設(shè)計團(tuán)隊選擇實現(xiàn)一種半自動子系統(tǒng)時，應(yīng)使其比多數(shù)操作者手動完成相同任務(wù)要更快、更好。
飛機(jī)使用的半自動電傳飛控系統(tǒng)用電氣接口代替了飛行員與飛機(jī)之間的物理控制?？刂葡到y(tǒng)接收飛行員的命令，然后根據(jù)傳感器的讀數(shù)，決定致動器的最佳行動，在每個控制點做出最理想的動作。這種情況下，最聰明的控制系統(tǒng)要使飛行員的注意力集中在飛機(jī)的高級控制上，而由飛控系統(tǒng)去管理每個子系統(tǒng)的底層控制；這種方案使飛行員能騰出有價值的認(rèn)知周期，關(guān)注周圍那些飛控系統(tǒng)無法補(bǔ)償?shù)膯栴}。
汽車也正在日益采用這種高、低層劃分的控制，它處于駕駛員與車載控制子系統(tǒng)之間，使它們更安全和更高效（參考文獻(xiàn) 5）。汽車內(nèi)自動子系統(tǒng)的例子包括剎車防抱死系統(tǒng)、電子穩(wěn)定控制、牽引控制、偏航控制，以及碰撞緩解系統(tǒng)，如智能約束系統(tǒng)和氣囊。在不同環(huán)境下，駕駛員可能并不能感受到這些控制系統(tǒng)。
汽車引擎管理系統(tǒng)展示了一種有密集傳感器的半自動嵌入子系統(tǒng)（圖 1）。除了監(jiān)控駕駛員的踏板接口，系統(tǒng)還會跟蹤很多其它內(nèi)部數(shù)據(jù)點，如溫度、壓力，以及系統(tǒng)內(nèi)空氣、燃料與廢氣的化學(xué)組成，并與其它傳感器進(jìn)一步聯(lián)合測量點火、敲缸，以及曲軸位置，從而優(yōu)化引擎的輸出功率、燃油效率、排放性能，以及駕駛體驗，甚至適應(yīng)替代燃料。
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