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传感器与检测技术电子与信息工程学院班级：电信**-*姓名：李*学号：12********手机传感器及其应用一手机型号与传感器1．手机型号：小米手机42．传感器类型：重力感应器，光线感应器，距离感应器，霍尔感应器，陀螺仪，气压计，电子罗盘。二传感器介绍1．重力感应器简介：重力传感器采用弹性敏感元件制成悬臂式位移器，与采用弹性敏感元件制成的储能弹簧来驱动电触点，完成从重力变化到电信号的转换。目前绝大多数中高端智能手机和平板电脑内置了重力传感器。重力传感器在手机横竖的时候屏幕会自动转，在玩游戏可以代替上下左右，比如说玩赛车游戏，可以不通过按键，将手机平放，左右摇摆就可以代替模拟机游戏的方向左右移动了。工作原理：重力传感器是根据压电效应的原理来工作的。所谓的压电效应就是“对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外，还将改变晶体的极化状态，在晶体内部建立电场，这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应”。重力传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压，只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。2．光线感应器简介：光线感应器也叫做亮度感应器，英文名称为Light-Sensor，很多平板电脑和手机都配备了该感应器。一般位于手持设备屏幕上方，它能根据手持设备目前所处的光线亮度，自动调节手持设备屏幕亮度，给使用者带来最佳的视觉效果。工作原理：光线感应器是由两个组件即投光器及受光器所组成，利用投光器将光线由透镜将之聚焦，经传输而至受光器之透镜，再至接收感应器，接收感应器将收到之光线讯号转变成电信号，此电信讯号更可进一步作各种不同的开关及控制动作，其基本原理即对投光器受光器间之光线做遮蔽之动作所获得的信号加以运用以完成各种自动化控制。3．距离感应器简介：距离传感器又称位移传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型和结构型两种。常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。这种传感器发展迅速，应用日益广泛。工作原理：手机使用的距离传感器是利用测时间来实现距离测量的一种传感器红外脉冲传感器通过发射特别短的光脉冲，并测量此光脉冲从发射到被物体反射回来的时间，通过测时间来计算与物体之间的距离。红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射特定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到障碍物时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后，通过数字传感器接口返回到手机主机，手机即可利用红外的返回信号来识别周围环境的变化。4．霍尔感应器简介：霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。工作原理：磁场中有一个霍尔半导体片，恒定电流I从A到B通过该片。在洛仑兹力的作用下，I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在CD方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁场强度。5．陀螺仪简介：陀螺仪是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置。利用其他原理制成的角运动检测装置起同样功能的也称陀螺仪。工作原理：高速旋转的物体的旋转轴，对于改变其方向的外力作用有趋向于垂直方向的倾向。而且，旋转物体在横向倾斜时，重力会向增加倾斜的方向作用，而轴则向垂直方向运动，就产生了摇头的运动（岁差运动）。当陀螺经纬仪的陀螺旋转轴以水平轴旋转时，由于地球的旋转而受到铅直方向旋转力，陀螺的旋转体向水平面内的子午线方向产生岁差运动。当轴平行于子午线而静止时可加以应用。6．气压计简介：气压计是根据托里拆利(EvangelistaTorricelli,1608~1647)的实验原理而制成，用以测量大气压强的仪器。工作原理：无液气压计是气压计的一种,最常见的是金属盒气压计。它的主要部分是一种波纹状表面的真空金属盒。为了不使金属盒被大气压所压扁，用弹性钢片向外拉着它。大气压增加，盒盖凹进去一些；大气压减小，弹性钢片就把盒盖拉起来一些。盒盖的变化通过传动机构传给指针，使指针偏转。从指针下面刻度盘上的读数，可知道当时大气压的值。它使用方便，便于携带，但测量结果不够准确。7．电子罗盘简介：电子罗盘，又称数字罗盘，在现代技术条件中电子罗盘作为导航仪器或姿态传感器已被广泛应用。电子罗盘与传统指针式和平衡架结构罗盘相比能耗低、体积小、重量轻、精度高、可微型化，其输出信号通过处理可以实现数码显示，不仅可以用来指向，其数字信号可直接送到自动舵，控制船舶的操纵。目前，广为使用的是三轴捷联磁阻式数字磁罗盘，这种罗盘具有抗摇动和抗振性、航向精度较高、对干扰场有电子补偿、可以集成到控制回路中进行数据链接等优点，因而广泛应用于航空、航天、机器人、航海、车辆自主导航等领域。工作原理：三维电子罗盘由三维磁阻传感器、双轴倾角传感器和MCU构成。三维磁阻传感器用来测量地球磁场，倾角传感器是在磁力仪非水平状态时进行补偿；MCU处理磁力仪和倾角传感器的信号以及数据输出和软铁、硬铁补偿。该磁力仪是采用三个互相垂直的磁阻传感器，每个轴向上的传感器检测在该方向上的地磁场强度。向前的方向称为x方向的传感器检测地磁场在x方向的矢量值；向左或Y方向的传感器检测地磁场在Y方向的矢量值；向下或Z方向的传感器检测地磁场在Z方向的矢量值。每个方向的传感器的灵敏度都已根据在该方向上地磁场的分矢量调整到最佳点，并具有非常低的横轴灵敏度。传感器产生的模拟输出信号进行放大后送入MCU进行处理。磁场测量范围为±2Gauss。通过采用12位A/D转换器，磁力仪能够分辨出小于1mGauss的磁场变化量，我们便可通过该高分辨力来准确测量出200-300mGauss的X和Y方向的磁场强度，不论是在赤道上的向上变化还是在南北极的更低值位置。三开发手机软件1．软件要解决的问题聚会时离不开数字终端，一个人时更是如此。不少人发现，如今地铁、公交车里的上班族，几乎个个都作“低头看屏幕”状，有的看手机，有的掏出平板电脑或笔记本电脑上网、玩游戏、看视频，每个人都想通过盯住屏幕的方式，把零碎的时间填满。这部分人群被称为“低头族”，“低头族”以年轻人为主。低头族主要出现在城市的地铁上、公交车上，甚至大街小巷上。低着头是一种共同的特征，他们的视线和智能手机，相互交感直至难分难解。长期低头玩手机，容易使颈椎关节发生错位，还可能患上腕管综合征、腱鞘炎等。不仅如此，低头族长期沉迷玩手机，除了影响视力外，还很容易引发白内障。如果你的头总是前倾盯着手机屏幕，会缩短脖子的肌肉，增加脸颊部位受到的地心引力，导致下颌松垂，还会导致脸颊下垂等。然而最直接的危害就是容易引发颈椎病，长时间低头玩手机、平板电脑等容易造成颈肩部肌肉僵硬、痉挛，时间久了，就可能会导致颈椎曲度变直、颈椎间盘突出等，也可能出现探脖等体征，现在颈椎病的治疗大都采用药物治疗与物理治疗结合的方式，药物常采用修正颈腰康胶囊这类专用药物，纯中药具有舒经通络、活血化瘀、消肿止痛的功效，物理治疗则为推拿、按摩、牵引、针灸等，而只有严重的脊髓型颈椎病以及经过保守治疗反复发作的患者才需要手术治疗。2．软件的工作方式简述利用到的传感器：重力传感器，陀螺仪，距离传感器。低着头是低头族的一种共同的特征，头部向前，面部朝下。据专家介绍，在我们低头时，前屈极限(下巴碰到胸骨的状态)只能是45°。如果前屈幅度达到30°时，就可以影响到颈椎。因为一般我们使用手机时面部都是正对着手机屏幕，所以手机的方向及与水平面的夹角就可以反映我们的头部的位置及颈椎的弯曲角度。软件可以利用手机上的传感器，来检测使用者拿握手机的方向及与水平面的夹角，还可以利用传感器来检测使用者使用手机时的动作，使软件能更好的分辨出使用者使用手机的当前状态。软件检测使用者拿握手机的方向及与水平面的夹角，可以利用重力传感器及陀螺仪来进行检测，重力传感器可以检测当前手机的方向，是正面向上还是正面向下，就可以判断使用者是否在观看手机，这样可以在使用者使用时才检测角度变化，防止过度费电及误报。陀螺仪可以检测当前手机与水平面的夹角，如果检测到手机与水平面的夹角小于某一个软件设定值，软件就可以提醒使用者当前的使用姿势不正确，使用者应及时改正使用的姿势，减小头部的前驱程度及颈椎的弯曲角度。陀螺仪还可以来检测手机的动作，通过陀螺仪检测的角度变化利用算法来实现检测动作，通过动作判断使用者是正在使用手机，还是手机放在了桌子上面，这样可以减小软件的误报，提升使用者的体验。3．软件存在的问题及解决存在的问题：①怎样判断使用者是在使用手机还是只是拿在手里；②怎样确定手机和水平面夹角与使用者头部前驱及颈椎弯曲角度的关系；③怎样通过手机动作来确定使用者正在使用手机；问题的解决思路：通过陀螺仪检测的角度变化利用算法来实现检测动作，并利用距离传感器来检测手机前面是否有障碍物，如果有障碍物就可以认为使用者正在使用手机，就可以对使用者的不正确姿势进行提醒；确定手机和水平面夹角与使用者头部前驱及颈椎弯曲角度的关系需要做大量的实验及观察测量，利用数学统计的方法来找出一个综合的数据，利用算法通过传感器检测到的数据来判断使用者使用手机的姿势，即使用者头部前驱及颈椎弯曲角度，使用姿势不正确时要进行提醒；手机的动作需要利用陀螺仪的角度变化来确定，而陀螺仪角度的变化反映手机动作变化，判断手机是翻转动作，还是从桌面拿起来，还是从口袋里拿出来，这些都需要通过陀螺仪检测角度的变化，利用程序的算法来计算出手机的各种动作来，这样判断使用者是否在使用手机还是在做别的事情。软件本身应该包含有多个可供使用者设置的参数及传感器的灵敏度调节，使软件可以更好的适应不同的使用人群。四软件开发总结软件的开发是利用手机当中所带的传感器来检测手机的状态数据，利用程序算法对传感器检测到的手机转台数据进行综合分析得出手机的方向及与水平面的夹角，并判断使用者使用手机的姿势是否正确给与提示。软件设计的开始就是为了减少使用手机给使用者带来的身体伤害，增加人和人的面对面的交流，增进人与人之间的感情，减少对手机的依赖，让手机回归正确的角色。软件的设计想法只是软件的开始，设计想法的本身还有很多漏洞，以及很多问题没有考虑到，软件开发也有很多困难，这里仅仅提出一个利用手机中的传感器来检测低头姿势的想法，希望减少手机对使用者的伤害。