傳感器在智能手機中的應用及發展趨勢

齊立萍　王棟軒　王靜一

【摘 要】伴隨著技術的發展，如果手機僅僅作為一種通信工具，已經無法滿足當前的需求，人們希望能夠將手機變成功能強大的便攜式電子設備。手機被寄予的期望日益增高，人們一直在追求提高手機的智能化、人性化程度。這種情況下，傳感器得到了越來越普遍的應用。本文主要介紹了不同類型的傳感器在智能手機中的應用及其發展趨勢。

【關鍵詞】傳感器；智能手機；發展趨勢

中圖分類號： J905 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）03-0140-002

The application and development trend of sensors in smart phones

QI Li-ping WANG Dong-xuan WANG Jing-yi

（Bohai campus of Agricultural University of Hebei， Cangzhou Hebei 061100）

【Abstract】With the development of technology， if the mobile phone is merely a communication tool， it can't meet the current demand， and people want to turn it into a powerful portable electronic device. The expectation of mobile phones is increasing. People have been seeking to improve the intelligence and humanization of mobile phones. In this case， sensors are increasingly used. This paper mainly introduces the application and development trend of different types of sensors in smart phones.

【Key words】Sensor；Smart phone；Trends

0 引言

對于一些數碼愛好者而言，他們懂得智能手機的配置參數，如屏幕分辨率、處理器、運行內存等代表著什么意義。當前科技高速發展，人們致力于提高智能手機的配置，這種提高表現在方方面面，不再僅是拘泥于屏幕、CPU等關鍵參數的提高，而對與用戶的互動性要求更高，意味著要有很好的體驗感。如今，移動設備的應用軟件生態系統持續擴大，傳感器在這個過程中發揮的作用不可小覷。手機里各式傳感器的發展一日千里，在未來，傳感器的種類必將更為繁多，功能也會更為復雜，精確度也會大幅度提升。

1 傳感器的定義

國家標準GB7665─87對傳感器下的定義是：在規定的范圍內，能夠感受并測量出一系列的物理量，然后將測量的結果轉換成信號傳輸給控制系統的部件裝置，一般由敏感元件和轉換元件構成[1]。傳感器實際上是用于檢測的器件，能將檢測到的信息按某種規律轉換成電信號等形式進行傳輸，用于處理、控制、存儲等方面，達到自動檢測和自動控制的目的[2]。

2 幾種典型的傳感器

2.1 重力傳感器

重力傳感器在智能手機中非常常見。它的原理是壓電效應，可以測量出重力，并將該力正交分解，即可判斷左右方向[3]。

重力傳感器的優點是可以準確識別手機的受力情況，它主要用于切換手機橫屏和豎屏，在一些游戲程序中也有所應用。

2.2 陀螺儀

物體在旋轉過程中其旋轉軸的方向不會改變，除非受到外界的影響。陀螺儀就是根據這個原理——用旋轉物體的旋轉軸來保持方向，制造出來的[4]。要想讓陀螺儀迅速旋轉，首先要使其受力，獲得加速度。陀螺儀旋轉的平均速度為每分鐘幾十萬轉，故運行時間較長。陀螺儀獲取旋轉軸當前指向的方位后，就會將數據轉化為相應的信息傳輸給控制系統。陀螺儀內置一個陀螺，其旋轉軸因為陀螺原理一直與初始方向保持平行，這樣就可以經過計算與初始方向的偏差從而得到實際方向。陀螺儀作為傳感器，被設計成構造精細的芯片，芯片內含有直徑非常小的陀螺。

陀螺儀能測量轉動角速度，且是在設備偏轉、傾斜時進行測量，這是和加速度計（G-sensor）的差異之處。在移動設備上，加速度計（G-sensor）不能測量出轉動的動作，更不必提測量或完整構建出3D動作了。故加速度計（G-sensor）一般用于測量簡單的二維動作。而陀螺儀就可以較為準確的測量出轉動、偏轉的動作。按照陀螺儀的測量結果，能夠準確的判辨用戶的現實行動，從而對移動設備做出相應的操作。陀螺儀是在重力傳感器的基礎上構造出來的，這樣說的原因在于重力傳感器只能檢測兩個方位——左和右，而陀螺儀則能檢測任何方位。

陀螺儀最開始主要應用于航空航天等方面，隨著陀螺儀的微型化，使得陀螺儀能夠應用在一些移動設備上，這對提升用戶的體驗感至關重要。手機里有了陀螺儀傳感器后，就能任意固定住一個方向，不管手機向著什么方向挪動或歪斜，這個固定的方向是穩定不變的。比如在部分射擊類手游中，射擊的靶心是不會改變的，這樣就可以不斷改變手機的位置來瞄準靶心。通過分析判斷使用者的動作達到操控游戲的目的，會有很多創新空間。開發者可以通過陀螺儀檢測全方位（3D范圍內）動作的結果，實現對游戲的操作，比如，在游戲中，手機可以當作一個方向盤，使用者上下、左右地傾斜手機，屏幕上被操控的對象就可以做上下、左右的動作。由于陀螺儀能夠瞬間檢測到手機或平板旋轉角度的微小變化，且檢測結果十分精準，足夠滿足一些對分辨率和反應速度要求很高的應用，從而較好的提升用戶的體驗感。除此之外，陀螺儀還可以應用于動作感應的GUI，用戶稍微傾斜手機，就能對菜單進行選擇，極具人性化。 陀螺儀還有一個非常重要的作用是對拍照進行防抖操作。和相機的光學防抖很像，但陀螺儀的結構相對簡單，相當于電子防抖[5]。在移動設備拍照的時候，手在按下快門的瞬間避免不了抖動，陀螺儀通過檢測抖動的方向和距離，控制手機彌補與抖動方向相反的相同距離的位移，就可以消除這些抖動[6]。

2.3 距離傳感器

距離傳感器也是手機中不可或缺的傳感器，通常其集成位置靠近聽筒。距離傳感器首先會發射光脈沖，記下此時的時間；然后測量此光脈沖被物體反射回來的時間，兩個時間做差，就可以通過測量時間的方法來測量距離[7]。

距離傳感器主要應用于兩點：一、通話過程中，距離傳感器檢測到用戶的面部接近聽筒，就會使手機“黑屏”，防止用戶不小心觸碰屏幕，并且節約電量。 二、翻轉手機就可以自動掛斷。

3 傳感器的發展趨勢

3.1 多領域應用

近幾年里，手機巨頭三星在移動設備上增加的功能不勝枚舉，在Galaxy S4和S5兩款旗艦手機上也可以體現出來。這兩款手機都增加了溫度和濕度傳感器，通過S Health這個應用就可以知道當前的溫度和濕度，實現讓手機來關注周圍的境況。在未來，智能手機既能顯示空氣質量，還能實時監視污染源或過敏原，并將這些信息發布到互聯網上，提示用戶關注氣候的變化。不僅如此，將來的智能手機還可以追蹤用戶的心率和監測用戶的情緒狀態，比如，當你感到焦灼的時候，設備會自行播放輕松緩和的音樂。著名半導體廠商飛思卡爾公司總監Ivan Kari-mi曾說過，即使是一些價格便宜的傳感器，也可能實現這一切。在將來，你的設備會觀測你的情感，這就意味著，一個手機或平板會比你還了解你本身。

電信業巨頭AT&T;的老牌技術員Milosz表達了自己對傳感器將來發展的主旋律的推測。Milosz在AT&T;的實驗室中承擔模塊的是移動傳感系統和大數據分析。“將來的移動設備中會涌現出更多的傳感器。或許我們還會擁有3D立體攝像頭、雷達、聲納等，甚至還會有某種形式的傳感器可以用于醫療上。我們領會到手機傳感器微型化日新月異，我們可以實現的愿望會日漸增多。”

3.2 電子器件的融合

以后MEMS器件或許會把一些常用的手機傳感器與應用處理器集成在一起，成為一個 COM（Chip on MEMS），如此一來，不但縮減了面積，節約成本，提高系統的整合性，還有利于開發和應用。譬如加速度計、陀螺儀和重力傳感器就可以被集成在一起，用其中一個傳感器去彌補另外兩個傳感器的不足。因此，這三種傳感器并不是互相獨立的，而是彼此依靠。三者協作組合，更充分發揮各自的特性，給用戶帶來更好的體驗感。

當把傳感器集成在一起之后，需要有一個MCU去分析這些傳感器的數據，在未來的某一天，應該會將傳感器和MCU進行整合，這樣等同于將傳感器的功能和MCU的功能整合到了一起。

4 結語

目前在智能手機領域里，各類硬件不僅在性能方面堆疊，形形色色的功能堆疊也層見迭出。手機里的大多數新功能都有對應的傳感器在支撐，傳感器會有更廣闊的用武之地， 必將進一步改變我們的生活方式。

【參考文獻】

[1]杜麗君.論述傳感器在各個領域的應用及其發揮的作用[J].城市建設理論研究（電子版），2015（35）：916-916.

[2]王忠利.傳感器在汽車上的應用[C].第三屆河南省汽車工程科技學術研討會論文集.2006.

[3]李晉宏，李淑偉.基于Ventuz軟件的人機交互應用研究[J].計算機光盤軟件與應用，2014（6）：74-75，78.

[4]勞永新.從旋轉中體會發明之道[J].發明與創新（綜合版），2009（3）：13-14.

[5]姚遠.智能手機與傳感器[J].新電腦，2011（10）：38-41.

[6]劉為.傳感器在智能手機中的應用[J].職大學報，2013（6）：76-78，100.

[7]孫晶.傳感器的原理與應用研究[J].科技資訊，2011（21）：4-4.