傳感器系統(tǒng)的增加便利性和增加意識的用途介紹

傳感器 - 特別是MEMS設備 - 通過展示提高車輛效率，減少排放和提高乘客安全水平的能力，在過去15年中獲得了關注。傳感器現(xiàn)在用于汽車，以監(jiān)測溫度，氣體，電壓/電流，扭矩，制動器磨損和輪胎壓力。以及ABS和安全氣囊等救生設備僅舉兩例。展望未來，隨著更先進的控制設計到汽車中，許多新功能將來自增強的傳感器功能。例如，在汽車內(nèi)部，最新一波基于傳感器的安全系統(tǒng)采用語音和手勢來控制活動和功能，消除手動動作的干擾，如轉(zhuǎn)動旋鈕和按鈕或必要性司機把他或她的眼睛放在路上。通過手的揮動，腳的運動或眼瞼的監(jiān)測來檢測駕駛員的困倦，傳感器的使用正在進入專注于提高安全性的應用中。

在家用汽車之外，傳感器正在進入現(xiàn)實生活中。雖然我們已經(jīng)習慣了傳感器作為視頻游戲的一部分，但他們正在尋找進入足球運動員，冰球運動員和賽車手的頭盔，以減少或預防腦損傷。

本文將重點介紹傳感器系統(tǒng)的兩種快速增長的用途：通過增加便利性（在汽車領域）和增加意識（在軍事和接觸運動中）提供安全性。

3D手勢感應

現(xiàn)代最近表示，它將很快將3D手勢控制融入其車輛中，使駕駛員只需揮動手即可操作音響系統(tǒng)，空調(diào)設置和顯示器。作為汽車公司的附加好處，3D手勢控制不僅可以提供產(chǎn)品差異化，還應該有一個非常短的學習曲線，因為大多數(shù)消費者使用運動傳感器和手勢控制來模仿他們已經(jīng)玩過的視頻游戲中的身體動作。

使用最先進的駕駛員眼動追蹤和3D手勢識別，HCD-14 Genesis“概念車”可以識別駕駛員命令，避免與手動控制相關的干擾。通過眼動追蹤選擇特定功能后，可以使用拇指控制或手勢識別來選擇導航，信息娛樂，音頻，HVAC甚至智能手機連接功能。這種直觀的界面為駕駛員提供了完全的控制，同時將他或她的眼睛安全地保持在儀表板上方，使用擋風玻璃抬頭顯示器（HUD）以最小化駕駛分心。

有關3D傳感技術如何工作的一個例子可以在Panasonic D-Imager（圖1）中找到，它針對手勢控制應用。該技術的實際攝像機輸出如圖2所示.D-Imager根據(jù)飛行時間測量原理進行操作。內(nèi)置紅外LED發(fā)出的光從目標反射回來，然后由CCD元件接收。圖像大小水平160像素，垂直120像素，視野水平60度，垂直44度。

圖1：松下D-Imager感應技術。 （由Panasonic提供。）

圖2：使用Panasonic D-Imager的相機輸出。 （由Panasonic提供）

Panasonic在Digi-Key網(wǎng)站上的D-Imager上提供產(chǎn)品培訓模塊。

雷克薩斯豪華轎車現(xiàn)在配備了紅外攝像頭，可以映射駕駛員的臉部以找到分心或疲勞的跡象。傳感器拾取頭部傾斜以及閉眼。該系統(tǒng)使用基于雷達的能力來檢測車輛路徑中的物體，并接管制動系統(tǒng)和安全帶，以便使駕駛員能夠發(fā)生碰撞。

在這種汽車環(huán)境中，傳感器還通過更精確的舒適度測量間接提供安全性。以德州儀器（TI）的TMP006和TMP006B紅外熱電堆傳感器為例（圖3）。溫度傳感器測量物體的溫度，而無需直接接觸。傳感器使用熱電堆吸收紅外能量，并利用熱電堆電壓的變化來確定物體溫度。該設備可用于舒適指數(shù)測量以及電機外殼溫度。

圖3：芯片級封裝的紅外熱電堆傳感器。 （由德州儀器公司提供。）

腦震蕩意識

參與爆炸事件的士兵往往不知道他們可能會受到?jīng)_擊并經(jīng)常繼續(xù)他們的任務而不是尋求醫(yī)療。一些制造商已經(jīng)提出了基于傳感器的系統(tǒng)，以更好地確保受到爆炸傷害的士兵得到適當?shù)尼t(yī)療護理。例如，稱為HEADS的多樣化技術系統(tǒng)（DTS）產(chǎn)品包括士兵頭盔內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄器和傳感器。這些裝置保持休眠狀態(tài)，直到頭盔受到打擊。那時，測量加速度并下載結(jié)果用于研究撞擊時發(fā)生的情況。

HEADS傳感器設計用于僅記錄超過預定閾值的數(shù)據(jù) - 例如路邊炸彈可能發(fā)生的情況。達到該閾值后，觸發(fā)傳感器上的可視LED顯示，警告士兵可能有頭部受傷。傳感器內(nèi)的數(shù)據(jù)可通過USB設備或摘要數(shù)據(jù)通過無線連接輕松下載。這是一種非常有價值的數(shù)據(jù)下載解決方案。天線可以輕松掃描前方操作基地中的所有可用HEADS傳感器，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機，識別可能參與爆炸或爆炸的任何士兵，觸發(fā)傳感器。

沖擊感應軍用頭盔也已經(jīng)改裝用于運動用途，特別是由于缺乏準確的腦震蕩診斷，這在未確診時特別危險，通常情況下是足球和冰球等接觸性運動。在關于頭部創(chuàng)傷對接觸性運動的影響的眾多研究之一中，儀表化頭盔包含來自ADI公司的六個單軸微機電系統(tǒng)（MEMS）加速度計，以及數(shù)據(jù)采集電子設備，128 KB存儲器，能夠存儲高達100次撞擊和RF收發(fā)器。

這些實驗使加拿大安大略省渥太華啟動的Shockbox通過頭盔傳感器開發(fā)，該頭盔傳感器設計用于檢測頭部受傷并在需要醫(yī)療時發(fā)送警報。這款靈活的橡膠設備可與Android，iOS和Blackberry智能手機配合使用，可安裝在任何頭盔內(nèi)部，并在外部填充物之間留出空間;除了足球，它還可以用于曲棍球，長曲棍球，滑雪，滑雪板，山地自行車和其他極限運動等接觸性運動。

以下是它的工作原理：如果播放器受到太大的打擊，傳感器將通過藍牙向移動設備發(fā)送彩色編碼的警報;對于超過50 G的命中，將發(fā)送橙色警報，并為超過90 G的命中發(fā)送紅色警報。免費應用程序解釋Shockbox數(shù)據(jù)。

用于運動廣告健康設備的流行加速度計是ADI公司的ADXL335三軸加速度計（圖4）。 ADXL335是一款小巧，薄型，低功耗，完整的三軸加速度計，具有信號調(diào)理電壓輸出。該產(chǎn)品可測量加速度，最小滿量程范圍為±3 g，可測量傾斜傳感應用中的靜態(tài)重力加速度，以及運動，沖擊或振動引起的動態(tài)加速度。用戶選擇加速度計的帶寬以適應應用，x軸和y軸的范圍為0.5至1，600 Hz，z軸的范圍為0.5至550 Hz。 ADXL335采用小型，薄型，4×4×1.45 mm，16引腳塑料引腳架構(gòu)芯片級封裝（LFCSP_LQ）。

圖4：用于運動和健康設備的ADI公司ADXL335。 （由Analog Devices提供。）

總結(jié)

傳感器技術在汽車行業(yè)占據(jù)主導地位，同時也推動了Nintendo Wii和Apple iPhone的成功。利用組合傳感器，傳感器融合技術和新MEMS設備的到來，汽車領域內(nèi)外的未來傳感器開發(fā)工作越來越多地集中在安全相關系統(tǒng)上。

因此，下次你爬上你的車或你的兒子（或女兒）跑到戰(zhàn)場或烤架上時，請考慮（1）傳感器技術正在生成新的，以前不可用的數(shù)據(jù)和（2）數(shù)據(jù)不會只改善和微調(diào)各種生活經(jīng)歷，但也可能證明是拯救生命。