高灵敏度传感器实现动作识别,满足消费电子市场需求

2008-04-09 15:07:52来源: 电子技术应用

  飞思卡尔半导体在微机电系统(MEMS)传感器设备设计制造领域具有全球领先的地位,通过推出高灵敏度的XYZ三轴加速计,满足当今智能移动设备领域日益增长的移动感应需求。从MP3播放器到PDA,再到超小的笔记本电脑,如今的消费者正在越来越多地通过其使用的便携式电子设备的种类以及对这些设备的定制方式来彰显自己的个性。便携式设备的设计人员也在不断寻找新途径,以便在不增加设备尺寸的情况下,让产品具有更大的显示屏和更多的新功能。设计人员还试图结合移动感应技术以保护易碎的电子组件安全,生产出更加稳定可靠的便携式设备。对于那些需要在小型封装中获得快速响应速度、低功耗、低电压的运行和休眠模式的用户来说,飞思卡尔的MMA7360L、 MMA7340L和 MMA7330L三轴加速计是理想的移动感应解决方案。其外形如图1 所示。


  图1 MMA73X0L系列的外形

  虽然MEMS传统上与汽车应用相关,但是随着微型传感器变得敏感度越来越高并且价格便宜,该系统也开始在消费市场中占据一席之地。人们对移动便携产品的需要,以及越来越多的制造商对MEMS传感器提供强大功能和性能支持,使MEMS传感器正在广泛集成到日益多样化的系列应用中。根据Bourne Research的研究成果,预计消费电子市场对MEMS传感器的需求将从2005年的3.55亿美元增长到2010年的8亿美元。

  飞思卡尔的MEMS传感器设备旨在实现1.5g/6g (对于MMA7360L)、3g/12g(对于MMA7340L)和4g/16g(对于MMA7330L)的可选敏感度。对检测多个便携式应用的降落、倾斜、移动、放置、震动和摇摆来说,选择不同强度的多轴敏感度功能至关重要。MMA73x0L模拟输出传感器安装在体积只有3x5x1毫米的基板格阵列(LGA)封装内,比方形扁平无引脚(QFN)封装的体积小71%,非常适合占地空间小的便携式应用。这些体积小小巧、性能稳定的惯性传感器的推出,使设计人员在开发更为智能的移动识别功能时拥有更大灵活性,并且满足了下一代消费类电子产品的功能和更小体积组件要求。

  1、低重力三轴加速计应用

  对移动和倾斜的微小变化的敏感性使MMA73x0L传感器非常适合用作移动和3D游戏产品的用户界面。多轴敏感性的提高及全运动范围特性使移动和游戏用户能对滚动、飞行、驾驶及执行其它快速响应时的非常细微的移动做出极其准确的响应。

  利用飞思卡尔MMA73x0L传感器的技术,能在笔记本电脑、PDA和MP3播放器不慎掉到地上时,更好地保护磁盘驱动器。当所有三个轴都处于零重力状态时,零重力检测功能就提供一个逻辑中断信号。三轴加速计的先进移动感应功能可以检测到设备的跌落时间,并采取相应措施,防止敏感电子组件遭到损坏。MMA73x0L传感器还能提供笔记本电脑的防盗应用支持技术。笔记本电脑安全系统内的加速计可用于检测异常移动,并发出警报声。

  2MMA7360LMMA7340L MMA7330L 的性能参数

  ·小尺寸基板栅格阵列(LGA),3x5x1毫米封装

  ·零重力检测实现自由下落保护

  ·XYZ:一台设备具有三轴敏感性

  ·客户可以选择的重力范围:

  oMMA7360L:1.5g/6g

  oMMA7340L:3g/12g

  oMMA7330L:4g/16g

  ·400 微安的低电流消耗

  ·3 微安的休眠模式,延长了电池使用寿命

  ·2.2 V – 3.6 V的低运行电压

  ·自我检测功能

  ·1 ms的快速供电响应时间

  ·0.5 ms的支持响应时间

  ·高敏感度和低噪音实现了更高的清晰度和更大的准确率

  3MEM加速计实现动作识别功能

  加速计的动作识别功能被广泛应用。我们日常生活中的走、跑、跳、使用手机、音乐播放器或摄像机等许多动作,都有其独特的动作模式。机器和设备(如工业电机、病人监控器和大型设备)自身内部也有独特的动作模式。使用加速计,我们可以检测这些独特的动作信号,而不再限于使用杠杆、按钮、开关、操纵杆,以及其它需要特定动作的手动控制机制。加速计可以作为新的用户接口,提供自由的动作,如图2所示。

  

  

  图2加速计能够内置到手机中,实现动作识别

  3.1 MEMs的动作识别原理

  飞思卡尔提供的加速计是电容性传感器,采用了MEMs(Micro-Electro-Mechanical Systems)技术。MEMs由微型的电机结构组成,采用“微加工”工艺制造,例如体微加工,有选择地蚀刻硅晶圆的几个部分。另外也可能采用表面微加工,在硅晶圆表面建立薄膜结构。飞思卡尔在加速计产品中采用了这两类结构。Z轴技术可以视为一个活动的电容,沿着它接收加速度的方向移动。X轴向技术包括一个可移动物体和双重固定横梁。每对感应单元横梁包括两个背对背的电容器。由于有了加速度,中间物体就会移动,改变横梁之间的距离,进而改变它们之间的电容。

  3.2 动作识别设计

  在设计识别系统时,必须注意几个问题。

  首先,设计必须降低将无意动作误解为有意动作的可能性。如果确定X、Y、Z轴向的测量信号在某段时间内位于一定数值范围内,就可以认为检测到了特定动作。例如,当每个轴有10个连续的测量值位于特定的数值范围内时,动作识别系统检测到的动作就被视为有意动作。这样就可以检测到控制机制的快速动作,同时减少发生检测错误的可能性。

  其次,检测到的动作信号取决于设备安装位置和动作类型。安装加速计的最佳位置应当是既能检测到所需动作,而错误动作或变化又比较少的位置。

  第三,必须了解将要检测的每个动作的加速度范围。飞思卡尔的新型低重力加速度加速计,提供重力加速度选择,帮助设计人员更加简单地选择加速度范围。重力加速度选择是一种传感灵敏度选择,两个逻辑输入可由微控制器驱动,以动态地改变传感灵敏度和重力加速度范围。重力加速度选择提供了不同动作所需的灵敏度范围,从而简化动作识别系统的设计。如图3所示。

  

  

  

  图3 重力加速度选择,使一种设备能为很多不同动作

  提供4种不同传感灵敏度,从而简化设计。

  某些动作检测只是加速度在-1g到 +1g之间的倾斜测量。然而,有一些小的手部动作,例如鼠标移动,至少需要2g的加速度。而更大的动作,例如一个人在讲话时挥动手臂,可能需要3g或更高的加速度,当人作出任何一个突发动作时,例如晃动拳头,会导致加速度迅速变化,可能需要4g甚至更高的加速度。识别系统应该能够适应所有这些动作的需求,能够识别多种动作的差别。凭借重力加速度选择功能,加速计可以实现这一点。

  加速计实现了动作识别功能。这将为现有应用提供新功能,或增强其现有功能。加速计具备了测量倾斜、动作、位置 、摇晃、震动和自由下落的功能,可以识别各种动作。设计人员可以设计出定制的软件解决方案,让用户灵活地使用动作进行控制,而无需重新配置硬件功能。对于用户来说,动作识别功能将提供更加易用、互动功能更强、可靠性更高的消费产品。通过使用加速计,让动作成为一个新的用户接口,不再局限于使用机械控制方式。

 

关键字:动作识别  动作信号  惯性传感器  逻辑输入  消费电子  传感器设备  识别功能  动作模

编辑:ssb 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/MEMS/2008/0409/article_13.html
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