传感器在智能手机时代的应用现状及趋势

传感器在智能手机时代的应用现状及趋势班级：11电信1班姓名：何旭学号：0801110117传感器在智能手机时代的应用现状及趋势引言手机近10年来占领了人类越来越多的生活领域，随着技术的发展，手机所能提供给我们的功能越来越强大。从硬件角度来说，手机中传感器技术的大量应用对于手机功能的爆发式成长功不可没。需要指出的是，传感器在手机中的应用并非智能机时代的新鲜事物，从手机诞生之日起，它就是一个将声音信号和无线电信号相互转化的传感设备，在功能机时代手机最重要的配置：摄像头，也算是一个传感设备。到了智能机时代，为了适应软件应用的需求，越来越多的传感器被镶嵌在手机当中，手机开始“越来越好玩”。传感器在智能手机中的应用现状触摸屏这是最容易被忽略的一个传感器，手机触屏是手机中最重要的传感器，也是手机从功能机到智能机发展迈出的第一步。触摸屏包括电阻屏和电容屏，他们的工作原理是不同的，电阻屏是压力感应的操作方式，任何物体只要在屏幕表面造成弯曲，都能感应出来。电容屏工作原理则不同，当用户触摸电容屏时，用户手指的人体电场和工作面形成一个耦合电容，因为工作面上接有高频信号，于是手指吸收走一个很小的电流，并且电流分别从屏的四个角上的电极中流出，且理论上流经四个电极的电流与手指头到四角的距离成比例，控制器通过对四个电流比例的精密计算，得出位置。所以电容屏是人体触摸操作，不需要按压。触摸屏的应用经历了了一个相对较长的过程，最终开出临门一脚的是现在独领风骚的苹果手机，iphone强硬地改变了键盘加触屏的模式，把人类和手机的交互完全放在了屏幕上，只留下了一个home键。另一方面苹果固执地使用了更加昂贵的电容屏，尽管它的毛病可能要比电阻屏更多，但历史证明了再多毛病也是可以被容忍的，只要你够漂亮。重力感应器工作原理：重力传感器是根据压电效应的原理来实现的。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为电压输出。简单来说是测量内部一片重物（重物和压电片是一体的）重力正交两个方向的分力大小，来判定水平方向。通过对力敏感的传感器，感受手机在变换姿势时，重心的变化，使手机光标变化位置从而实现选择等功能。应用案例：手机横竖屏幕切换、翻转静音、平衡球及各种射击和赛车游戏等。从重力感应器开始，手机开发者们有了想象力和更大的野心，手机开始不再是为通讯而生，而是要越来越酷。我们可以回想一下第一次看到手机可以横竖屏切换的时候那种震撼。虽然现在我们对此见怪不怪，但这确实是一个很有想象力的东西。加速度传感器工作原理：加速度传感器是一种能够测量加速力的传感设备，加速力就是物体在加速过程中作用在物体上的力，好比地球引力也就是重力。加速力可以是一个常量比如g，也可以是一个变量。因此应用范围比重力感应器更大。但是一般手机在被提到的加速度感应器实际上就是重力感应器。应用案例：微信摇一摇、Bump、甩动切歌，赛车，滑雪等运动类游戏的控制、计步器等。微信摇一摇应当是基于加速度传感器实现的，因为仅翻转手机的话没有响应，说明获取的是加速度信号。在一些游戏中完全实现了脱离按键和触控的操作，仅仅旋转和移动手机就可以实现操控，这里运用的也是加速度传感器。此外，还可以用作计步器，获取移动速度和时间，可以得到距离，从而测算出人的热量消耗，手机进一步具有了健身功能。从Bump、微信摇一摇和跑步运动应用等的成功可以看出加速度传感器的开发潜力巨大，未来这类应用可能会更多。电子罗盘工作原理：也叫数字指南针，是利用地磁场来定位南北极的一种传感器。应用案例：各种地图和导航软件。距离传感器工作原理：距离传感器是利用时间来实现测量距离的原理，以检测物体的距离的一种传感器。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，通过测量时间来计算与物体之间的距离。应用案例：打电话时手机靠近脸部，屏幕熄灭，离开时背景灯点亮并解锁屏幕，一方面节省电量，另一方面防止误触发。距离传感器很大程度上让手机变得聪明起来，很人性化，的应用场景还不是很多，目前只有控制打电话时屏幕亮灭的功能。但并不意味着不会有更大的用途，只是尚未充分开发，因此有很多可能性。三轴陀螺仪工作原理：是一种用来传感与维持方向的装置，基于角动量守恒的理论设计出来的。陀螺仪主要是由一个位于轴心且可旋转的轮子构成。陀螺仪一旦开始旋转，由于轮子的角动量，陀螺仪有抗拒方向改变的趋向。陀螺仪有单轴陀螺仪和三轴陀螺仪，单轴的只能测量一个方向的量，也就是一个系统需要三个陀螺仪。而三轴陀螺仪可同时测定6个方向的位置，移动轨迹，加速。所以一个三轴陀螺仪就能替代三个单轴陀螺仪。三轴陀螺仪多用于航海、航天等导航、定位系统，能够精确地确定运动物体的方位。如今也多用于智能手机当中，比如最早采用该技的苹果iPhone4。其实iPhone4采用的“三轴陀螺仪”，也叫微机械陀螺仪也可称作MEMS陀螺仪。芯片内部含有一块微型磁性体，可以在手机进行旋转运动时产生的科里奥力作用下向X,Y,Z三个方向发生位移，利用这个原理便可以测出手机的运动方向。而芯片核心中的另外一部分则可以讲有关的传感器数据转换为iPhone4可以识别的数字格式，所以，当该系统运行时，无论你将iPhone4上移或者甩动，里面的芯片接受指令就会向iPhone4的CPU传输数据，使得iPhone4能够做出正确的回应。应用案例：一些大型射击游戏中，如现代战争3，拍照防抖动功能等。陀螺仪是一个目前来说也比较先进的传感器，目前中高端手机里用的比较多。光线感应器工作原理：光电感应器是有两个组件即投光器和受光器组成，利用投光器将光线由透镜将之聚焦，经传输而置受光器之透镜，再至接收感应器，感应器将收到的光线信号变为电气信号，这个电气信号可以进一步作为不同的开关及控制动作。应用案例：自动调整屏幕亮度光线感应器目前的应用范围也比较狭窄，目前多用于调节屏幕亮度达到省电的目的。未来可能运用于手机的传感器随着手机的功能将越来越丰富，现有的传感器可能已经难以满足功能开发的需求。因此，未来可能会有以下这些传感器进入手机硬件大名单。温度传感器：可能用于测量环境温度等功能的实现，这里面还可能实现一个很酷的功能，基于对人体热量的感知，手机可以变身成一个体感游戏设备，目前的体感游戏设备实际上就是用这样的原理捕捉者的姿态；湿度传感器：实现健康环保类的应用当中，用于检测空气质量；指纹识别传感器：已经应用于iphone、三星等高端手机当中，目前主要是实现加密解锁功能，未来可能会有更多的应用；紫外线传感器：多用于女性的手机，实现防晒等功能；图像识别传感器：面部识别功能，用于解锁解密等；面部追踪，用于拍摄时的对焦追踪，名片识别应用于高端商务手机，只要对着名片拍照就可以获得名片上的信息并储存，扫一扫，识别到二维码。应当说智能手机的意义无非两点，一是强大的数据处理能力，二就是卓越的人机交互体验，数据处理能力也是因为人机交互的便利才有意义的。这就是为什么最早的计算机只是科研领域的工具和极客的玩具，一直到苹果二代电脑出现，计算机才走进了普通消费者的生活，最早的计算机实际上呈现给人们的只有程序、代码而已。手机也是一样的，一个多少核的CPU，不给它触摸屏，就不会有人需要买。而人机交互上，其实第一关就在传感器，对于传感器，我们从硬件上加强它的性能，使其更精确，另一方面发散思维去拓展有限的传感器上更多的用途，让它更好地为我们服务。然后，手机这个东西会越来越酷，越来越好玩。目前来说，我觉得作为学过传感器专业的学生，可能我们买手机的时候可以不仅仅关注CPU、像素这些参数，其实我们也可以留心一下传感器。看看我们正在使用的和购买的这些电子设备上装备了什么方面的传感装置，我觉得这也算是学以致用可以让知识和应用相互促进，加深我们对知识的理解。