傳感器組合如何為移動(dòng)設(shè)備提供更加智能的通知

Ernst Haselsteiner

摘要：智能手機(jī)有許多能夠探測(cè)到設(shè)備周?chē)h(huán)境的傳感器。這些傳感器主要包括接近傳感器、環(huán)境光傳感器、加速計(jì)和麥克風(fēng)。按照現(xiàn)在的部署方式，每個(gè)傳感器都負(fù)責(zé)一個(gè)主要的功能，不兼具其它功能。智能手機(jī)運(yùn)行的一個(gè)方面，比如來(lái)電、短信和郵件及提醒通知，目前都是通過(guò)傳感器輸入的離散使用。不過(guò)，通知可以變得更“智能”，即根據(jù)環(huán)境進(jìn)行最適合的調(diào)整。文章概括了實(shí)現(xiàn)智能通知的硬件和軟件的框架。利用智能手機(jī)現(xiàn)有的以及額外增加的感知能力，通過(guò)對(duì)設(shè)備基本設(shè)計(jì)做出一些小改動(dòng)以提供更好的用戶體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：傳感器組合；手機(jī)；智能通知

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2016.2.020Ernst Haselsteiner，博士，在嵌入式系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)領(lǐng)域擁有15年經(jīng)驗(yàn)。每個(gè)人都在聚精會(huì)神地忙工作.寂靜忽然被一陣吵鬧的流行音樂(lè)打破，某個(gè)同事的手機(jī)在房間里響起，而他正好在外面吸煙休息。手機(jī)放在桌面上，由于振動(dòng)一直移向桌子邊沿，另外一個(gè)同事不得不起身把它放到一個(gè)安全的地方。

從表面上看，智能手機(jī)這樣的表現(xiàn)確實(shí)不夠智能。畢竟，智能手機(jī)通常很容易察覺(jué)到它們和外部環(huán)境之間的關(guān)系。

事實(shí)上，智能手機(jī)還需要一些額外的部件，并與多種傳感器輸出結(jié)合，從而使移動(dòng)設(shè)備可以自動(dòng)完成適當(dāng)?shù)耐ㄖ１疚母怕缘孛枋隽艘粋€(gè)硬件和軟件的架構(gòu)，可以使移動(dòng)設(shè)備保持原有功能的同時(shí)具備這種智能通知功能。

智能手機(jī)有各種各樣的傳感器

每款智能手機(jī)都已經(jīng)包含很多傳感器。有些還可以直接支持智能通知：

當(dāng)手機(jī)舉到使用者耳邊的時(shí)候，顯示屏中內(nèi)嵌的接近傳感器就會(huì)探測(cè)到這一變化，從而使手機(jī)關(guān)閉顯示屏以及觸屏。

環(huán)境光傳感器使系統(tǒng)可以根據(jù)環(huán)境光的強(qiáng)度自行調(diào)節(jié)顯示屏的亮度。高級(jí)的環(huán)境光傳感器，比如艾邁斯半導(dǎo)體的TMD3782x系列產(chǎn)品可將數(shù)字顏色傳感和接近傳感結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的顯示屏管理。

加速計(jì)可感知屏幕的方向，這樣顯示屏的內(nèi)容可適當(dāng)旋轉(zhuǎn)以適應(yīng)手機(jī)方向或手勢(shì)變化。

麥克風(fēng)可以感知環(huán)境噪音大小。

按照現(xiàn)在的配置，每個(gè)傳感器通常只負(fù)責(zé)一個(gè)主要的功能，而不兼具其它功能。而加速計(jì)是個(gè)例外，它通常會(huì)被用于游戲應(yīng)用中以支持玩家的用戶界面。

對(duì)于環(huán)境的部分感知

如今智能手機(jī)中的傳感器有一部分已經(jīng)可以用來(lái)支持智能的通知，如來(lái)電、短信和郵件。例如，智能手機(jī)中的環(huán)境光傳感器和加速計(jì)可以探測(cè)到智能手機(jī)正處在靜止且明亮的環(huán)境中（如太陽(yáng)光或人造光）。這就意味著手機(jī)不在用戶身上（因?yàn)槿绻诳诖铮h(huán)境光傳感器就不會(huì)檢測(cè)到有很強(qiáng)的光）。這時(shí)手機(jī)可自動(dòng)關(guān)閉振動(dòng)功能.

進(jìn)一步，只需要多幾個(gè)組件，用戶通知將變得更為智能。例如，如果手機(jī)是正面朝下放在桌上，那么環(huán)境光傳感器就無(wú)法正常工作。為了使智能手機(jī)可以看到兩個(gè)方向，需要兩個(gè)環(huán)境光傳感器，一個(gè)在正面，一個(gè)在背面.這樣無(wú)論如何放置都可以獲得環(huán)境光信息。

同樣的原理也適用于接近探測(cè)：手機(jī)的背面需要第二個(gè)接近傳感器。艾邁斯半導(dǎo)體TMD277xx系列中的模塊將接近和環(huán)境光感知功能結(jié)合在一起，所以只需要在手機(jī)背面添加一個(gè)額外的設(shè)備。如果使用顏色傳感器/接近傳感器模塊，該設(shè)備就可以測(cè)量環(huán)境光的色溫，從而區(qū)分人造光（表明手機(jī)在室內(nèi)）和太陽(yáng)光（表明手機(jī)在室外）。

智能通知也需要獲得環(huán)境噪音水平的信息。這就需要麥克風(fēng)中的傳感輸入結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理，從而確定設(shè)備附近的噪聲大小。將麥克風(fēng)輸出信號(hào)的振幅轉(zhuǎn)化為噪音音量需要在特定的傳感器接口中進(jìn)行，這樣可以避免使用設(shè)備主應(yīng)用處理器的計(jì)算能力。

智能通知系統(tǒng)需要的最后一個(gè)硬件是環(huán)境溫度傳感器。使用PT100這樣的溫度敏感的電阻器（在電路板的位置要遠(yuǎn)離發(fā)熱元件以減輕手機(jī)本身對(duì)測(cè)量的影響，同時(shí)要經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理后）可使移動(dòng)設(shè)備能偵測(cè)周?chē)h(huán)境的溫度。測(cè)量結(jié)果是否絕對(duì)準(zhǔn)確并不重要：它的功能主要在于確定手機(jī)是否處于靠近用戶身體的位置。

現(xiàn)在當(dāng)智能手機(jī)需要通知用戶某個(gè)信息時(shí)，通過(guò)分析所有這些傳感器的信息，手機(jī)可以對(duì)其所處的環(huán)境有一個(gè)綜合的判斷（如圖1）。換句話，不同的傳感器得到有關(guān)環(huán)境的不同信息，將這些信息綜合在一起，通過(guò)一個(gè)算法可以更準(zhǔn)確地判斷手機(jī)所處的環(huán)境。

如何綜合不同的傳感器數(shù)據(jù)得出有用的信息

回到文章開(kāi)頭提到的情景，當(dāng)音量傳感器感知到設(shè)備處在一個(gè)安靜的環(huán)境中時(shí)，智能算法就可以降低響鈴?fù)ㄖ囊袅俊４送猓婧捅趁娼咏鼈鞲衅鞯慕Y(jié)合可以感知手機(jī)是否平放在桌面上或其他平坦的表面上，由此可推斷手機(jī)在不在用戶身上。如果不在用戶身上時(shí)就可關(guān)閉振動(dòng)提醒功能。

正如本例所展示的，綜合不同傳感器的輸入可以使設(shè)備準(zhǔn)確感知外部環(huán)境，并且根據(jù)外部環(huán)境智能地調(diào)整通知方式。

通過(guò)延伸這一運(yùn)作原則，綜合各種傳感器輸入的組合，我們可以定義一些典型的場(chǎng)景，并為每種典型的場(chǎng)景設(shè)置合適的通知方式。例如：在“用戶口袋里”時(shí)，手機(jī)立即振動(dòng)；“在包里，在走動(dòng)中”時(shí)，手機(jī)會(huì)立即使用高音量的提示音；“在安靜房間里的桌面上”手機(jī)會(huì)減少提示音的音量。

圖2的流程圖是一個(gè)決策樹(shù)形圖，可以利用傳感器組合識(shí)別七個(gè)不同的場(chǎng)景。加速計(jì)的一系列測(cè)量可以用于判定移動(dòng)設(shè)備是否處于動(dòng)態(tài)狀態(tài)中。溫度傳感器可以判斷設(shè)備是否靠近用戶的身體。環(huán)境光傳感器可以識(shí)別室內(nèi)和戶外環(huán)境（≥2，000 lux表明設(shè)備處于戶外），或者判定設(shè)備是否在昏暗的環(huán)境下，比如包里或者口袋里。

用戶配置和自學(xué)能力

智能手機(jī)的功能可由用戶按照樹(shù)形算法進(jìn)行配置。事實(shí)上，這不是一件容易的事，因此可能很少有用戶會(huì)修改預(yù)設(shè)的決策樹(shù)。

但是自學(xué)算法往往可以提升用戶的體驗(yàn).預(yù)設(shè)的算法包含了簡(jiǎn)單的決策樹(shù)和預(yù)先定義的通知選擇。但是這些規(guī)則可以根據(jù)用戶的輸入和行為自動(dòng)進(jìn)行修改。

比如，如果用戶傾向于在特定情境下將手機(jī)調(diào)成振動(dòng)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)將這一情境下的通知方式設(shè)置成振動(dòng)。這樣做后，隨著時(shí)間流逝，用戶會(huì)覺(jué)得智能設(shè)備在預(yù)測(cè)并且理解她的行為。當(dāng)然，這樣的改變必須要小心謹(jǐn)慎地實(shí)行，以避免由小概率隨機(jī)事件引起的理解偏差。

結(jié)論

智能手機(jī)已經(jīng)配備了一系列可以探測(cè)到設(shè)備周?chē)h(huán)境的傳感器。但是它們?nèi)匀灰怨铝⒌姆绞竭\(yùn)行。通過(guò)綜合傳感器的測(cè)量信息，手機(jī)可以感知到完整的場(chǎng)景，而單一的傳感器則無(wú)法實(shí)現(xiàn)。通過(guò)結(jié)合軟件實(shí)現(xiàn)的決策流，手機(jī)中的傳感器組合可以模仿人類(lèi)的行為，使用多重傳感器輸入實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊環(huán)境的智能反應(yīng)。

這將為用戶帶來(lái)更自然、舒適、愉悅的使用感受，而與用戶身處同樣生活和工作環(huán)境的人們也將獲得同樣的體驗(yàn)。