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空气压力传感器的智能手机:转向导航和健身追踪

日期: 2016-09-22
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今天的智能电话利用加速度计,陀螺仪和其他各种传感器在其设计宽阵列。相对未知的是气压传感器,用来测量空气压力。这些传感器目前正在融入优质级的智能手机,而且还成为主流手机或身打扮比较常见的如健身追踪器和物联网(IOT)应用互联网。

为什么要测量空气压力?

气压传感器测量空气压力,因而可以,发挥气象预报关键作用 - 低压表明不佳,阴雨天气的可能性更大。此外,空气压力由高度变化的影响,这意味着,这样的传感器可以提供关于垂直正视高度准确的信息。

让我们来看看一些最显著应用程序和气压传感器在消费电子设备执行的角色。

室内导航

室内导航是这种技术,其中,空气压力数据被解释,以确定在建筑物中的用户的当前的地面水平更有趣的应用中的一个 - 这是通过商场或地下停车场寻找一个人的方法是有用的。

基于GPS的系统一般不内部大型现代建筑物,这往往阻挡卫星信号的功能。以使在这样的屏蔽环境中导航,高度检测与压力传感器可以与来自加速计步数计数数据建立三维基质组合的帮助下,否则通常称为3D导航。

室内定位是准确地识别呼叫者的位置时,他们呼叫紧急服务是必不可少的。在美国,联邦通信委员会(联邦通信委员会)最近更新了他们的E911规则,强制要求911呼叫者在室内的位置被自动传送到应急响应。据预计,所有的智能手机将需要的一个大建筑物内准确地查明一个呼叫者的位置的目的的压力传感器。

这种趋势的一个例子是博世传感器与NextNav在精确的地面检测解决方案的开发合作。NextNav已表明它通过它的广域大都会标系统(MBS)网络的范围内的实施博世传感器的BMP280压力传感器提供精确的高度信息的能力。以提高给定大城市地区数据的准确性,传感器读数被用来补偿变化的天气条件和本地小气候的影响。图1示出了具有智能的测量,在市场上有售,其中博世压力传感器技术集成。该图演示了博世传感器如何提供了匹配的高精确度的参考设备的数据。
 



1 博世传感器作为气压参考设备跟踪精确
(来源:NextNav)
  
GPS增强

即使是在室外环境中,GPS技术有其局限性。它的准确度等级可以通过障碍物如树木或附近的摩天大楼,由恶劣的天气条件或数量不足可用卫星可以大大受到影响。从空气压力传感器测量添加智能手机能够对这些高度点,从数据库中已知来源海拔地势比较,然后将此数据来弥补GPS定位的误差。

而GPS可以进行一定的高度测量本身,它只是最佳的信号传输条件,其中一个在室外晴空下指根据完整可靠。在其他情况下,坐标可能十米更熄灭图2显示了一个人走下山,并出了四层停车场的屋顶的高度测量-对GPS的误差读数相比气压传感器是显而易见的。
       

    



图2 GPS与气压传感器高度原始信号测量
(来源:博世传感器)
健身和热量跟踪

空气压力传感器也有助于提高健身追踪器的准确度,特别是在计算热量的应用。通常情况下,消耗热量是通过从与用户专用数据的加速度计组合的步数的数据,例如他们的年龄,体重和身高来计算。取决于设备,心脏速率数据或GPS的记录速度,距离和高度内的传感器也可包括在计算中。

虽然加速度计可以当一个人爬楼梯告诉,它不能够确定这个人是否会上涨或下跌。通过建立垂直行进方向,压力传感器能够使热量跟踪软件正确地计算由用户消耗的能量。还有的根本没有作弊的办法!该压力传感器是足够敏感来告诉用户是否已采取了电梯代替楼梯。

户外,高程数据有助于提高热量的跟踪精度,例如,当使用者行走了一座小山。GPS数据或从数据库检索高程数据都可以使用,但它们是相对不准确的-例如,数据库以能够准确地表示高度变化而穿越桥(奋斗图3)。
 


                       

* USGS:美国地质调查局
图3的桥梁高程数据不准确(来源:见张某等人,中七,2012)

图3是用于精确的距离跟踪的例子。同时过桥的气压保持稳定。相较于海拔谷歌的服务与USGS(美国美国地质调查局)的压力传感器检测到行人过桥。因此现实热量消耗可以计算出来。  

以及提供垂直位置数据,空气压力传感器可以与加速度计被用于改善运动分类的准确性。例如,加速计可以提供当用户移动自己的手机,而玩游戏,或当他们拨打电话不准确的信息。空气压力数据可用于验证和改善加速度计读数。

测试已经一再表明的组合,空气压力传感器,加速度计提高卡路里的跟踪十的订单的准确性,百分之十五(来源:能源支出估计与智能人体感应
 天气预报

由于空气压力是在天气预报的一个关键因素,空气压力传感器发挥本申请中具有重要作用。随着iPhone和各种Android设备,一些天气的应用程序,如黑暗的天空,天气信号与阳光空气提供压力传感器,已经开始使用人群来源的气压读数,以提高其预测的准确性。

当然,提供准确的天气预报,智能电话需要能够在用户的当前高度的所测量的空气的压力读数的效果计算在内。这是通过从与手机本身的传感器读数的本地天气站比较气压数据或从数据库比较这些读数的地图数据进行的。

高度本地化的天气信息,这种形式也是各种各样的智能家居物联网和应用前景的创新。
无人机:高空探测

 

了解无人驾驶飞机的高度有助于提高他们的着陆试点。一空气压力传感器可位于雄蜂和另一个用户的遥控器上。这两个传感器读数之间的差异给出了无人机的高度。此外,可用于在飞行稳定雄蜂的这一信息。

 

尽管有成本的影响,预计空气压力传感器将很快在无人驾驶飞机达到或100欧元的价码以上零售常见。

 

使这一切成为可能的传感器

 

虽然某些应用目前仍处于开发阶段,空气压力传感器已经被集成到许多智能电话和类似设备。例如,博世传感器的BMP280是一款专为移动应用而设计的大气压力传感器。它坐落在一个紧凑的封装,拥有功耗低,因此非常适用于电池供电的设备。该BMP280采用压阻式压力传感器技术,实现高精度,同时提供良好的线性度,长期稳定性和高EMC鲁棒性。

 

空气压力传感器也可以是多测量传感器的集成部分。例如,博世传感器的BME680结合为气体,气压,湿度和温度测量高线性度和精度的传感器到单个封装中的3×3平方毫米一个足迹。
概要

 

空气压力传感器发挥智能手机,健身追踪器,智能手表等可穿戴设备宝贵的作用 - 在新的物联网世界。它们的用途不限于移动应用程序的天气,因为他们还提供精确的高度测量,改造室内导航,卡路里计数和许多其他应用。与两个单独的和集成的部件现在市场上可用的,空气压力传感器将具有在消费产品越来越存在在不久的将来。

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