通用智能感測集線器Sensorhub介紹

最新 01-24

智能感測集線器，也稱之為Sensor hub，是一種基於低功耗MCU和輕量級RTOS操作系統之上的軟硬體結合的解決方案，其主要功能是連接並處理來自各種感測器設備的數據。

1.通用智能傳器集線器概要

??智能感測集線器，也稱之為Sensor hub，是一種基於低功耗MCU和輕量級RTOS操作系統之上的軟硬體結合的解決方案，其主要功能是連接並處理來自各種感測器設備的數據。誕生之初的目的主要是為了解決在移動設備端的功耗問題。現在隨著業務的不斷增加，其功能和性能都在不斷迭代更新。

??在嵌入式移動設備中，比如智能手機，智能穿戴，家用醫療設備和其他一些智能硬體設備，所用到的物理感測器一般都是MEMS感測器即微機電系統（Microelectro Mechanical System）感測器。經過幾十年的發展，已經成為了世界矚目的重要科技之一，同時也涉及到了電子，機械，物理學等多學科的領域。和傳統的感測器相比，MEMS感測器體積更小，重量輕，成本低，功耗低，可靠性高，易於集成開發等優勢。目前，MEMS感測器主要有加速度計(Accelerometer)，磁力計(Magnetometer)，陀螺儀(Gyroscope)，光感計(Ambient light sensor)，接近光(Proximity)，氣壓計(Barometer/pressure)，濕度計(Humidometer)等等，按類型可以分為環境類感測器，運動類感測器，健康類感測器。

1.1.1 加速度感測器

??加速計（Accelerometer）也叫重力感測器，是可以感知任意方向上的加速度（重力加速度則只是地表垂直方向加速度），加速計通過測量組件在某個軸向的受力情況來得到結果，表現形式為軸向的加速度大小和方向（X，Y，Z）。其原理是根據感測器內部的振動結構，由於外界加速度會影響到內部結構的振動特性，來測量到物體的加速度。加速度計的用途很多，只要跟智能硬體（比如手機）運動相關的幾乎都與加速度計有關（計步、手機的姿態測量、相關的遊戲等等）。

1.1.2 陀螺儀感測器

??陀螺儀，在感測器內部有個三軸的陀螺。陀螺儀的工作原理是通過測量三維坐標系內陀螺轉子的垂直軸與設備之間的夾角，然後來計算角速度，從而可以由夾角和角速度來判別物體在三維空間的運動狀態。陀螺儀的用途也非常多，比如數碼照相防抖，以及配合加速度計（有的還有磁感測器或者GPS等）形成的融合感測器來完成更高級的功能（如慣性導航）。

1.1.3 磁力計感測器

??磁力計（Magnetic）也叫地磁計、磁感器，可用於測試磁場強度和方向，磁力計的原理跟指南針原理類似，可以測量出當前設備與東南西北四個方向上的夾角。

1.1.4 環境光感感測器

??環境光感測器可以感知周圍光線強度。例如，在手機、筆記本、平板電腦等移動應用中，可以根據外界的亮度來實現自動調節背光亮度等，從而降低產品的功耗。

1.1.5 接近光感測器

??接近光感測器用於檢測紅外信號，其主要檢測的是外部的紅外線LED的信號。這個LED向外發出紅外線，當有物體接近感測器的上方時，進入紅外線的發射區域，有些紅外線會被發射回感測器。現在還有基於激光的接近光感測器，比如ToF sensor等，可以測距範圍在2-4米左右。

1.1.6 氣壓計感測器

??氣壓計主要是由一個真空盒式氣壓感測器，靠氣壓導致真空盒形變，上下兩塊電容板距離改變，電容改變來測量大氣壓值。

1.1.7 濕度計感測器

??主要原理是把空氣中的溫濕度通過一定檢測裝置，測量到溫濕度後，按一定的規律變換成電信號或其他所需形式的信息輸出，從而來檢測出當時的溫度值。

1.1.8 紫外線感測器

??紫外線感測器（UV）是利用光敏元件將紫外線信號轉換為電信號的感測器。

1.1.9 PM2.5感測器

??PM2.5激光感測器是一款通用細微顆粒物濃度感測器，採用激光散射原理。即令激光照射在空氣中的懸浮顆粒物上產生散射，同時在某一特定角度用探測器接收散射光，產生的光電流經放大後，得到電信號與顆粒物的對應曲線，經過一系列演算法得出單位體積內不同粒徑的顆粒物質量。從而獲得空氣中單位體積內PM2.5的質量數據。PM2.5感測器主要用於嵌入各種細微顆粒物濃度相關的儀器儀錶、環境改善設備，如空氣凈化器。

??根據不同的終端設備和業務場景需求，當前的感測器硬體框架主要可以分為三種，MCU內置型，MCU外置型和MCU獨立型。硬體組件主要有低功耗MCU，比如ARM7，ARM9和cortex M系列為主，外設主要是MEMS感測器，如加速度，陀螺儀等等。

1.2.1 MCU內置型

目前主要是在智能手機中存在這樣的硬體方案，SOC上運行安卓或者IOS，MCU上運行輕量級的RTOS。