傳感器系統(tǒng)的增加便利性和增加意識(shí)的用途介紹

傳感器 - 特別是MEMS設(shè)備 - 通過(guò)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(guò)去15年中獲得了關(guān)注。傳感器現(xiàn)在用于汽車，以監(jiān)測(cè)溫度，氣體，電壓/電流，扭矩，制動(dòng)器磨損和輪胎壓力。以及ABS和安全氣囊等救生設(shè)備僅舉兩例。展望未來(lái)，隨著更先進(jìn)的控制設(shè)計(jì)到汽車中，許多新功能將來(lái)自增強(qiáng)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(yǔ)音和手勢(shì)來(lái)控制活動(dòng)和功能，消除手動(dòng)動(dòng)作的干擾，如轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕和按鈕或必要性司機(jī)把他或她的眼睛放在路上。通過(guò)手的揮動(dòng)，腳的運(yùn)動(dòng)或眼瞼的監(jiān)測(cè)來(lái)檢測(cè)駕駛員的困倦，傳感器的使用正在進(jìn)入專注于提高安全性的應(yīng)用中。

在家用汽車之外，傳感器正在進(jìn)入現(xiàn)實(shí)生活中。雖然我們已經(jīng)習(xí)慣了傳感器作為視頻游戲的一部分，但他們正在尋找進(jìn)入足球運(yùn)動(dòng)員，冰球運(yùn)動(dòng)員和賽車手的頭盔，以減少或預(yù)防腦損傷。

本文將重點(diǎn)介紹傳感器系統(tǒng)的兩種快速增長(zhǎng)的用途：通過(guò)增加便利性（在汽車領(lǐng)域）和增加意識(shí)（在軍事和接觸運(yùn)動(dòng)中）提供安全性。

3D手勢(shì)感應(yīng)

現(xiàn)代最近表示，它將很快將3D手勢(shì)控制融入其車輛中，使駕駛員只需揮動(dòng)手即可操作音響系統(tǒng)，空調(diào)設(shè)置和顯示器。作為汽車公司的附加好處，3D手勢(shì)控制不僅可以提供產(chǎn)品差異化，還應(yīng)該有一個(gè)非常短的學(xué)習(xí)曲線，因?yàn)榇蠖鄶?shù)消費(fèi)者使用運(yùn)動(dòng)傳感器和手勢(shì)控制來(lái)模仿他們已經(jīng)玩過(guò)的視頻游戲中的身體動(dòng)作。

使用最先進(jìn)的駕駛員眼動(dòng)追蹤和3D手勢(shì)識(shí)別，HCD-14 Genesis“概念車”可以識(shí)別駕駛員命令，避免與手動(dòng)控制相關(guān)的干擾。通過(guò)眼動(dòng)追蹤選擇特定功能后，可以使用拇指控制或手勢(shì)識(shí)別來(lái)選擇導(dǎo)航，信息娛樂(lè)，音頻，HVAC甚至智能手機(jī)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(shí)將他或她的眼睛安全地保持在儀表板上方，使用擋風(fēng)玻璃抬頭顯示器（HUD）以最小化駕駛分心。

有關(guān)3D傳感技術(shù)如何工作的一個(gè)例子可以在Panasonic D-Imager（圖1）中找到，它針對(duì)手勢(shì)控制應(yīng)用。該技術(shù)的實(shí)際攝像機(jī)輸出如圖2所示.D-Imager根據(jù)飛行時(shí)間測(cè)量原理進(jìn)行操作。內(nèi)置紅外LED發(fā)出的光從目標(biāo)反射回來(lái)，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(yīng)技術(shù)。 （由Panasonic提供。）

圖2：使用Panasonic D-Imager的相機(jī)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(xùn)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?jī)A斜以及閉眼。該系統(tǒng)使用基于雷達(dá)的能力來(lái)檢測(cè)車輛路徑中的物體，并接管制動(dòng)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(guò)更精確的舒適度測(cè)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(cè)量物體的溫度，而無(wú)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(lái)確定物體溫度。該設(shè)備可用于舒適指數(shù)測(cè)量以及電機(jī)外殼溫度。

圖3：芯片級(jí)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(shí)

參與爆炸事件的士兵往往不知道他們可能會(huì)受到?jīng)_擊并經(jīng)常繼續(xù)他們的任務(wù)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(dāng)?shù)尼t(yī)療護(hù)理。例如，稱為HEADS的多樣化技術(shù)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(shí)，測(cè)量加速度并下載結(jié)果用于研究撞擊時(shí)發(fā)生的情況。

HEADS傳感器設(shè)計(jì)用于僅記錄超過(guò)預(yù)定閾值的數(shù)據(jù) - 例如路邊炸彈可能發(fā)生的情況。達(dá)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(guò)USB設(shè)備或摘要數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線連接輕松下載。這是一種非常有價(jià)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(jì)算機(jī)，識(shí)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(yīng)軍用頭盔也已經(jīng)改裝用于運(yùn)動(dòng)用途，特別是由于缺乏準(zhǔn)確的腦震蕩診斷，這在未確診時(shí)特別危險(xiǎn)，通常情況下是足球和冰球等接觸性運(yùn)動(dòng)。在關(guān)于頭部創(chuàng)傷對(duì)接觸性運(yùn)動(dòng)的影響的眾多研究之一中，儀表化頭盔包含來(lái)自ADI公司的六個(gè)單軸微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）加速度計(jì)，以及數(shù)據(jù)采集電子設(shè)備，128 KB存儲(chǔ)器，能夠存儲(chǔ)高達(dá)100次撞擊和RF收發(fā)器。

這些實(shí)驗(yàn)使加拿大安大略省渥太華啟動(dòng)的Shockbox通過(guò)頭盔傳感器開發(fā)，該頭盔傳感器設(shè)計(jì)用于檢測(cè)頭部受傷并在需要醫(yī)療時(shí)發(fā)送警報(bào)。這款靈活的橡膠設(shè)備可與Android，iOS和Blackberry智能手機(jī)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(zhǎng)曲棍球，滑雪，滑雪板，山地自行車和其他極限運(yùn)動(dòng)等接觸性運(yùn)動(dòng)。

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(guò)藍(lán)牙向移動(dòng)設(shè)備發(fā)送彩色編碼的警報(bào);對(duì)于超過(guò)50 G的命中，將發(fā)送橙色警報(bào)，并為超過(guò)90 G的命中發(fā)送紅色警報(bào)。免費(fèi)應(yīng)用程序解釋Shockbox數(shù)據(jù)。

用于運(yùn)動(dòng)廣告健康設(shè)備的流行加速度計(jì)是ADI公司的ADXL335三軸加速度計(jì)（圖4）。 ADXL335是一款小巧，薄型，低功耗，完整的三軸加速度計(jì)，具有信號(hào)調(diào)理電壓輸出。該產(chǎn)品可測(cè)量加速度，最小滿量程范圍為±3 g，可測(cè)量?jī)A斜傳感應(yīng)用中的靜態(tài)重力加速度，以及運(yùn)動(dòng)，沖擊或振動(dòng)引起的動(dòng)態(tài)加速度。用戶選擇加速度計(jì)的帶寬以適應(yīng)應(yīng)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(jí)封裝（LFCSP_LQ）。

圖4：用于運(yùn)動(dòng)和健康設(shè)備的ADI公司ADXL335。 （由Analog Devices提供。）

總結(jié)

傳感器技術(shù)在汽車行業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位，同時(shí)也推動(dòng)了Nintendo Wii和Apple iPhone的成功。利用組合傳感器，傳感器融合技術(shù)和新MEMS設(shè)備的到來(lái)，汽車領(lǐng)域內(nèi)外的未來(lái)傳感器開發(fā)工作越來(lái)越多地集中在安全相關(guān)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(chǎng)或烤架上時(shí)，請(qǐng)考慮（1）傳感器技術(shù)正在生成新的，以前不可用的數(shù)據(jù)和（2）數(shù)據(jù)不會(huì)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。