位于手指尖端的傳感器不僅觸及感受器，還是一體化壓力傳感器，形狀傳感器，溫度傳感器和液體粘度傳感器。它們同時將機(jī)械和熱信息轉(zhuǎn)換為發(fā)送到我們大腦的電信號，通過模式識別程序提供反饋信息。隨著集成在單個傳感器模塊上的多個電子傳感器的性能和可用性的提高以及組合輸出的能力，設(shè)計人員正在創(chuàng)建系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在較小規(guī)模但與我們的手指和大腦不同，可以對各種各樣的環(huán)境條件。在本文中，我們將介紹這些設(shè)備可實(shí)現(xiàn)的新型集成多功能傳感器模塊和智能傳感器應(yīng)用。

智能導(dǎo)航系統(tǒng)

首先，考慮電子導(dǎo)航系統(tǒng)。我們正在迅速習(xí)慣于擁有隨需應(yīng)變的便攜式電子產(chǎn)品，可以告訴我們我們的位置。當(dāng)駕車前往新的或不熟悉的地方時，大多數(shù)司機(jī)現(xiàn)在將依靠GPS導(dǎo)航系統(tǒng)或手機(jī)應(yīng)用程序?qū)⑺麄儙У剿麄兿肴サ牡胤健?/p>

這些系統(tǒng)運(yùn)行良好，但我們這些使用它們的人經(jīng)常知道還有改進(jìn)的余地。有時導(dǎo)航系統(tǒng)似乎對我們所處的分層高速公路的哪個級別感到困惑，或者當(dāng)系統(tǒng)無法在任何時間長度內(nèi)獲得GPS信號時系統(tǒng)失去位置，例如，當(dāng)通過隧道時。

通過同時使用多個傳感器的輸入來獲得準(zhǔn)確的位置信息而無需外部信號，可以克服這些問題。不是依靠單一類型的傳感器，比如加速度計，來自多個傳感器或來自單個多功能傳感器模塊的輸入可以通過算法組合以產(chǎn)生可靠的位置數(shù)據(jù)。

對于消費(fèi)者導(dǎo)航系統(tǒng)，第一個要求是以合理的成本提供所需的傳感能力。幸運(yùn)的是，今天的設(shè)計師有許多廉價的傳感器，在設(shè)計這樣的系統(tǒng)時可以從中選擇。例如，目前有許多具有成本效益的加速度計。 （有關(guān)更多信息，請參閱TechZone文章“加速度計的進(jìn)展拓寬用戶選擇”。）

將加速度計的輸出與磁力計的輸出相結(jié)合，形成了一個所謂的數(shù)字羅盤，可提供更準(zhǔn)確的地理位置數(shù)據(jù)。 STMicroelectronics的LSM303DLM傳感器模塊集成了這些傳感器的趨勢示例.5 x 5 x 1 mm模塊結(jié)合了三軸加速度計和三軸磁力計，它們采用專門的微機(jī)械加工（MEMS）工藝制造，具有獨(dú)立的CMOS芯片，提供模塊和主機(jī)系統(tǒng)之間的接口（圖1）。這種設(shè)計方法提供了一個專用接口電路，經(jīng)過修整以更好地匹配傳感元件特性。

圖1：LSM303DLM模塊將三軸加速度計和三軸磁力計與單獨(dú)的CMOS芯片相結(jié)合，提供模塊與主機(jī)系統(tǒng)之間的接口（禮貌）意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）

傳感器的滿量程線性加速度范圍為±2，±4和±8 g，磁場范圍為±1.3，±1.9，±2.5，±4.0，±4.7，±5.6和±8.1高斯，任何一個都可由用戶選擇。加速度計和磁感應(yīng)功能可以單獨(dú)啟用或進(jìn)入省電模式。范圍和傳感器選擇的靈活性意味著當(dāng)芯片不用于導(dǎo)航時，芯片可用于在手持設(shè)備中實(shí)現(xiàn)其他功能。 （為簡化應(yīng)用開發(fā)，STMicro還提供評估板，部件號為STEVAL-MKI113V1。）

采用塑料，柵格陣列（LGA）封裝，保證在-40°至-40°的溫度范圍內(nèi)工作該傳感器溫度為85°C，具有I2C串行總線接口，支持標(biāo)準(zhǔn)（100 kHz）和快速（400 kHz）模式。

擁有I2C串行總線非常重要，因?yàn)樗梢院喕谕幌到y(tǒng)中集成多個傳感器的過程。例如，為了進(jìn)一步提高位置確定的準(zhǔn)確性，LSM303DLM傳感器模塊可以與STMicro的L3GD20模塊，低功耗，三軸，角速率傳感器或陀螺儀（圖2）結(jié)合使用。

圖2：與LSM303DLM一樣，L3GD20三軸角速率傳感器包括MEMS傳感元件和單獨(dú)的接口IC（由STMicroelectronics提供）。

與LSM303DLM一樣，陀螺儀模塊包括一個MEMS傳感元件和一個獨(dú)立的接口IC，可以為主機(jī)系統(tǒng)提供測量的角速率。 4 x 4 x 1 mm L3GD20具有用戶可選的±250，±500和±2，000 dps滿量程范圍，也可采用塑料LGA封裝，工作溫度范圍為-40°至85°C。 （也可提供名為STEVAL-MKI119V1的評估板。）

可能添加到混合物中的不太明顯的傳感器是Bosch Sensortec的BMP085氣壓傳感器。在這種情況下，壓力傳感器將用于測量短時間內(nèi)的壓力的相對變化以指示高度的變化，從而將手持設(shè)備完全定位在三維空間中。

專為先進(jìn)移動應(yīng)用而設(shè)計，5 x 5 x 1 mm BMP085（圖3）的絕對精度為2.5百帕斯卡（hPa），噪音水平低至0.03 hPa，相當(dāng)于海拔變化0.25米它基于壓阻式MEMS技術(shù)，具有EMC穩(wěn)健性，高精度，線性和長期穩(wěn)定性。該傳感器采用8引腳陶瓷無引線芯片載體（LCC）封裝，與其他傳感器一樣，具有I2C總線和評估板（BMP085-SHUTL），便于集成到移動系統(tǒng)中。

圖3：BMP085氣壓傳感器可用于提供高度信息。

結(jié)合其他傳感器的數(shù)據(jù)，它允許手持設(shè)備的設(shè)計人員在三維空間中提供完整的位置信息（由Bosch Sensortec提供）。

任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用

所有上述傳感器都具有共同的特性 - 低成本，低功耗，堅(jiān)固耐用，合理的精度和小尺寸 - 非常適合移動消費(fèi)類應(yīng)用。但是，有些應(yīng)用需要傳感器具有更高的性能和可靠性。例如，第一響應(yīng)者和消防員必須準(zhǔn)確地知道他們在一個結(jié)構(gòu)中的位置，以避免危險，并與他們團(tuán)隊(duì)的其他成員進(jìn)行溝通和協(xié)調(diào)。

對于此類任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用，目前有傳感器系統(tǒng)可提供完全集成的多傳感器數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)精確定位。例如，ADI公司的ADIS16407 iSensor器件（圖4）是一個完整的10自由度慣性系統(tǒng)，包括一個三軸陀螺儀，一個三軸加速度計，一個三軸磁力計和壓力傳感器。 。與之前的傳感器一樣，ADIS16407的每個傳感器系統(tǒng)都將MEMS技術(shù)與信號調(diào)理相結(jié)合，以優(yōu)化動態(tài)性能。

圖4：ADIS16407 iSensor設(shè)備是一個完整的十自由度慣性系統(tǒng)，包括三軸陀螺儀，三軸加速度計，三軸磁力計和壓力傳感器（由Analog Devices提供） ）。

在工廠中，傳感器針對靈敏度，偏置，對齊和線性加速度（陀螺儀偏置）進(jìn)行校準(zhǔn)。因此，每個傳感器都有自己的動態(tài)補(bǔ)償公式，可提供高精度的傳感器測量。此外，這大大減少了將傳感器集成到整個系統(tǒng)中所需的時間。緊密的正交對齊簡化了導(dǎo)航系統(tǒng)中的慣性框架對齊。 SPI和寄存器結(jié)構(gòu)為數(shù)據(jù)收集和配置控制提供了簡單的接口。

系統(tǒng)采用大約23×23×23 mm的模塊封裝，并具有標(biāo)準(zhǔn)連接器接口。還提供評估板（ADIS16407/PCBZ）。雖然模塊的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于前面提到的傳感器的成本，并且其尺寸不允許將其與其他設(shè)備一樣整合到智能手機(jī)大小的便攜式設(shè)備中，但它提供了開箱即用的功能。他們無法比擬的表現(xiàn)。同樣，STMicroelectronics的iNEMO V2（評估套件STEVAL-MKI062V2） - ST慣性模塊的第二個版本（圖5） - 將加速度計，陀螺儀和磁力計與壓力和溫度傳感器相結(jié)合。該系統(tǒng)提供線性，角度和磁性運(yùn)動的三軸感應(yīng)，輔以溫度和氣壓計/高度讀數(shù)，代表10自由度平臺。

ST的iNEMO 2集成了五個ST傳感器。基于ARM的32位MCU和兩個穩(wěn)壓器完善了封裝（由STMicroelectronics提供）。

新型高性能多傳感器模塊可提供數(shù)據(jù)，可用于跟蹤位置或在移動電話，游戲控制，遙控器，黑匣子記錄器和增強(qiáng)型GPS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高級動作感應(yīng)應(yīng)用。其他應(yīng)用包括工業(yè)系統(tǒng)，機(jī)器人，汽車和航空航天測量，以及提供精確的室內(nèi)定位，這是未來基于位置的服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)之一。