現(xiàn)在,智能手機(jī)的設(shè)計中正廣泛使用加速度計、陀螺儀等各種傳感器,而用來測量空氣壓力的氣壓傳感器則沒有那么多人知曉。目前,這種傳感器不僅被集成到智能手機(jī)中,而且在許多可穿戴設(shè)備中也變得越來越流行。
蘋果早期的手機(jī)上集成了加速度計、陀螺儀等各種傳感器,但直到iPhone 6上才增加氣壓傳感器。為何要增加這種傳感器?氣壓傳感器能檢測高度的變化,從而在大型shopping mall等GPS覆蓋不到的情況下提供準(zhǔn)確的高度信息。新的iPhone 7上繼續(xù)沿用了氣壓傳感器,有了它以后,智能手機(jī)便可改進(jìn)室內(nèi)導(dǎo)航和健身跟蹤等等新功能。
氣壓傳感器可測量大氣壓力,因而可用于進(jìn)行天氣預(yù)報。此外,氣壓受高度變化影響,因此這種傳感器可提供高度信息。那么,氣壓傳感器有哪些代表性的應(yīng)用,它在消費(fèi)電子設(shè)備中又能實現(xiàn)怎樣的妙用呢?
氣壓傳感器的典型應(yīng)用
天氣預(yù)報 氣壓數(shù)據(jù)和天氣情況直接相關(guān),因此氣壓傳感器可用來進(jìn)行天氣預(yù)報。隨著壓力傳感器在智能手機(jī)中逐漸普及,天氣app便可以利用來自人群的氣壓數(shù)據(jù)來提高天氣預(yù)報的準(zhǔn)確性。
當(dāng)然,要想使天氣預(yù)報準(zhǔn)確,智能手機(jī)需要考慮到用戶當(dāng)前的高度,因為這會對測量到的氣壓值產(chǎn)生影響。這可以借鑒當(dāng)?shù)貧庀笳镜臍鈮簲?shù)據(jù)或數(shù)據(jù)庫的地圖數(shù)據(jù)得到。
室內(nèi)導(dǎo)航及室外GPS數(shù)據(jù)修正 室內(nèi)導(dǎo)航是氣壓傳感器的一個典型應(yīng)用。在這種應(yīng)用中,我們可以利用空氣壓力數(shù)據(jù),確定用戶當(dāng)前位于建筑物中的哪個樓層,進(jìn)而查明某個人在商場或地下停車場的行進(jìn)路線。
在shopping mall等大型封閉場所中,由于GPS信號受到阻擋,我們無法通過GPS系統(tǒng)來導(dǎo)航。為了在這種受屏蔽的環(huán)境中實現(xiàn)導(dǎo)航,我們可以結(jié)合氣壓傳感器(高度)和加速度計(計步)的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)室內(nèi)導(dǎo)航。
此外,即使是在室外環(huán)境中,GPS技術(shù)也有局限性。GPS導(dǎo)航可能受到樹木、大樓、惡劣天氣情況或收星數(shù)不足的影響。通過添加氣壓傳感器,智能手機(jī)能夠?qū)y量到的高度數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)做比較,來補(bǔ)償GPS的定位誤差。
健身跟蹤 氣壓傳感器也有助于提高健身追蹤器的精度,特別是在計算熱量的應(yīng)用中。通常情況下,卡路里消耗不僅取決于加速度計得到的計步數(shù)據(jù),還取決于個人的生理數(shù)據(jù)(如年齡、體重和身高等)。取決于設(shè)備內(nèi)部的傳感器,心率數(shù)據(jù)或GPS記錄的速度、距離和高度也可包括在計算中。
我們知道,跑步、爬樓梯、爬山等運(yùn)動所消耗的熱量各不相同。雖然加速度計可以判斷出人在爬坡,但它不能確定這個人是在上坡還是下坡。通過壓力傳感器引入高度運(yùn)動數(shù)據(jù),再使用相應(yīng)算法,我們便能精確計算出用戶所消耗的能量。
無人機(jī)高空檢測 我們知道,無人機(jī)飛得越高,落地時的沖擊越大。通過在無人機(jī)和遙控器上分別安裝一個氣壓傳感器,通過它們之間的氣壓差我們便可知道無人機(jī)飛行的高度。此外,這也有助于無人機(jī)穩(wěn)定飛行。
有哪些公司在提供壓力傳感器?
雖然某些應(yīng)用目前仍處于開發(fā)階段,但氣壓傳感器已經(jīng)被集成到許多智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備中。例如,博世BMP280是一款為移動應(yīng)用設(shè)計的氣壓傳感器。它擁有低功耗特性,非常適合電池供電設(shè)備采用。這款氣壓傳感器采用壓阻式技術(shù)實現(xiàn)高精度,同時,它提供了良好的線性度、長期穩(wěn)定性和高EMC魯棒性。
氣壓傳感器也可以集成到包含多種參數(shù)測量的集成傳感器中。例如,博世BME680在單個封裝中同時提供了氣體、氣壓、濕度和溫度測量。
又例如,早前歐姆龍獨(dú)立型感知絕對壓力傳感器就開始應(yīng)用于活動量記錄儀中。計步器產(chǎn)品在加入了氣壓傳感器后,可以監(jiān)測到用戶是否處在如爬樓梯、登山這樣的上升或下降的行為。眾所周知,行走每上升100m,相當(dāng)于多行進(jìn)了1km,計步器中氣壓感應(yīng)功能的加入可讓設(shè)備對用戶的熱量消耗的計算更加精準(zhǔn)。
ROHM也開發(fā)了面向智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備和活動追蹤器等領(lǐng)域的、可檢測氣壓信息、用于高度和高低差檢測的氣壓傳感器BM1383GLV。該產(chǎn)品搭載了高精度的檢測用MEMS和低功耗高精度A/D轉(zhuǎn)換器,實現(xiàn)了高達(dá)±20cm的檢測精度(相對氣壓精度±0.024hPa)。它還采用了獨(dú)創(chuàng)的校正算法,在IC內(nèi)部進(jìn)行溫度校正,實現(xiàn)了低溫下的高精度氣壓檢測。同時,這使得外部微控制器無需搭載溫度校正功能,因此有助于減輕設(shè)計負(fù)擔(dān),實現(xiàn)了傳感模塊和運(yùn)算模塊的小型化。
氣壓傳感器普遍具有易受環(huán)境溫度影響,導(dǎo)致氣壓數(shù)據(jù)漂移的問題。因此,村田新型氣壓傳感器提供了高精度、低功耗、高溫度穩(wěn)定性。結(jié)合靜電容量型MEMS技術(shù),它大大改善了新型氣壓傳感器對溫度漂移的性能,使其幾乎完全可以不受到影響的情況下取得正確的數(shù)據(jù)。另一方面,該新型傳感器降低了噪聲水平(0.5Parms),因此可充分實現(xiàn)高精度數(shù)據(jù)檢測。
此外,英飛凌DSP310氣壓傳感器,目標(biāo)放在智能手機(jī)室內(nèi)導(dǎo)航、店面方向/方位并推播商品快訊或是特價信息。也可以測量室內(nèi)壓力變化, 例如門窗是否有關(guān)好或是反向需要空氣流通或是有人員進(jìn)出。另外也可感應(yīng)氣溫變化,連接天氣預(yù)報提醒使用者氣溫變化。
據(jù)稱,DSP310氣壓傳感器使用電容式傳感器原理, 相比傳統(tǒng)壓阻式傳感器,在溫度變化時可提供更高的精度——到±0.006hPa的壓力變化,即可檢測出±5cm的壓力變化。DSP310可在-40度到85度的環(huán)境溫度、300hPa到1200hPa的環(huán)境壓力下做準(zhǔn)確的壓力檢測。另外,其包含的FIFO(先進(jìn)先出)功能可降低系統(tǒng)所需的電流,即延長系統(tǒng)的工作時間。