物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器融合和遠(yuǎn)程情感計(jì)算（一）

　　讓我們看一個(gè)計(jì)步器的簡(jiǎn)單示例。傳統(tǒng)的計(jì)步器使用一個(gè)鐘擺，需要以垂直的角度佩戴在髖關(guān)節(jié)，以避免錯(cuò)誤讀數(shù)。當(dāng)用戶走動(dòng)時(shí)，計(jì)步器跟蹤鐘擺隨著髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)來(lái)回?cái)[動(dòng)，擺動(dòng)一回便計(jì)數(shù)一次，以此對(duì)每一步進(jìn)行計(jì)數(shù)。然而，由于步幅、攀登/步行角度的變化以及當(dāng)用戶駕駛汽車或進(jìn)行其他運(yùn)動(dòng)時(shí)的錯(cuò)誤計(jì)步，無(wú)效讀數(shù)很常見(jiàn)。

　　基于 MEMS 的慣性傳感器帶來(lái)了很大的改進(jìn)。第一代基于 MEMS 的計(jì)步器使用的加速計(jì)對(duì)人的加速度執(zhí)行 1 軸、2 軸或3 軸（3D）檢測(cè)，更準(zhǔn)確地測(cè)量步數(shù)。此外，老式機(jī)械計(jì)步器只根據(jù)擺動(dòng)次數(shù)記錄步數(shù)，而加速計(jì)則每秒多次測(cè)量一個(gè)人的運(yùn)動(dòng)。

　　但是，如果您不僅想計(jì)量步數(shù)，還想準(zhǔn)確地計(jì)算上下樓梯或上下山時(shí)燃燒的卡路里。下一代計(jì)步器添加了高度計(jì)，測(cè)量和計(jì)算人在行走時(shí)相對(duì)于某個(gè)固定參考點(diǎn)的高度變化。高度計(jì)技術(shù)用于檢測(cè)高度計(jì)或氣壓計(jì) （BAP） 應(yīng)用中的絕對(duì)氣壓。要獲得精確的壓力讀數(shù)還需要進(jìn)行溫度測(cè)量，因此通常會(huì)增加某種溫度補(bǔ)償電路以提高測(cè)量精度。

　　繼掛在慢跑者手臂上的早期便攜式音樂(lè)播放器獲得成功后，現(xiàn)在有許多設(shè)計(jì)佩戴在手臂上的獨(dú)立計(jì)步器和有計(jì)步器功能的手機(jī)（而不是掛在髖關(guān)節(jié)的皮帶上）。在這個(gè)使用案例中，手臂運(yùn)動(dòng)引入了寄生運(yùn)動(dòng)。陀螺儀可測(cè)量手臂的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。

　　將三種傳感器（加速計(jì)、高度計(jì)和陀螺儀）和 MCU 結(jié)合在一起來(lái)測(cè)量和處理讀數(shù)，就產(chǎn)生了高精度計(jì)步器。

4. 傳感器融合如何工作

　　最基本的傳感器融合示例是電子羅盤，它結(jié)合了 3D 磁力計(jì)和 3D 加速計(jì)來(lái)提供羅盤功能。更復(fù)雜的傳感器融合技術(shù)增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)，充分利用 3D 加速計(jì)、3D 陀螺儀和 3D 磁力計(jì)（，測(cè)量相對(duì)于給定器件空間方向的特定方向上的磁場(chǎng)組成），并將它們?nèi)诤显谝黄?。每種傳感器都有獨(dú)特的功能，但也有其局限性：

　　? 加速計(jì)：x 軸、y 軸和 z 軸線性運(yùn)動(dòng)感測(cè)，但對(duì)振動(dòng)比較敏感

　　? 陀螺儀：俯仰、翻滾和方位角感測(cè)，但有零位漂移

　　? 磁力計(jì)：x 軸、y 軸和 z 軸磁場(chǎng)感測(cè)，但對(duì)磁干擾比較敏感

　　傳感器融合將所有這些技術(shù)結(jié)合在一起，接收來(lái)自多個(gè)傳感器的同時(shí)輸入，并對(duì)輸入進(jìn)行處理，產(chǎn)生一個(gè)綜合了各個(gè)部件輸出的最終輸出值（即，傳感器融合使用特殊算法和濾波技術(shù)，消除了各個(gè)獨(dú)立傳感器的不足之處－類似于上述人體的功能）。

　　傳感器融合提供了一套完整的功能，可使我們的生活更簡(jiǎn)單，并支持可以利用這些功能的各種服務(wù)。

　　傳感器行業(yè)目前面臨的問(wèn)題之一是各個(gè)操作系統(tǒng) （OS） 缺乏標(biāo)準(zhǔn)化。目前，大多數(shù)OS驅(qū)動(dòng)程序需要最基本的傳感器數(shù)據(jù)，這使傳感器無(wú)法發(fā)揮其所有功能。

　　傳感器融合是 Microsoft戰(zhàn)略的一部分，因此 Windows 8 OS 都支持傳感器，使用傳感器級(jí)驅(qū)動(dòng)程序，這些驅(qū)動(dòng)符合其與微軟的生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴共同制定的標(biāo)準(zhǔn) （Human Interface Device specification 2011）。Windows Runtime 編程模塊允許輕量級(jí)執(zhí)行調(diào)用，使傳感器能夠在硬件級(jí)進(jìn)行處理。

　　傳感器融合通常是指將 3D 加速計(jì)、3D 陀螺儀和 3D 磁力計(jì)結(jié)合在一起，這種配置被稱為 9 軸系統(tǒng)，為用戶提供 9 個(gè)自由度 （9-DoF）。2012 年，飛思卡爾推出了面向 Windows 8 的 12 軸 Xtrinsic 傳感器平臺(tái)，提供了 12-DoF 傳感器融合解決方案，該解決方案包括氣壓傳感器、溫度傳感器和環(huán)境光感測(cè)功能。