Bosch G-sensor 三轴重力加速度传感器
目前,随着iPod、iPhone、Sony
PS3,以及Wii等游戏和娱乐类系列消费类产品的成功和热销,业界普遍预测微机电系统(MEMS,Micro
Electro-Mechanical
System)类产品将成为半导体行业的下一个高速增长点。MEMS带来的的操作、功耗,和尺寸上的革命性变革是其成功进入消费类电子市场的关键。其使更具创新性的电子产品设计成为可能,而且能给用户带来全新的使用体验。
以上提到的产品中都应用了加速度传感器作为动作操控和UI操作的接收装置。在Wii和PS3中,加速度传感器可以灵敏地感测游戏者的动作,并将其转换为游戏中的虚拟人物、物品或交通工具的动作和状态等并显示在画面中。iPod和iPhone中的加速度传感器则可以根据用户的动作而相应地对菜单进行操作,例如调整页宽和改变内容显示方向等。
目前3轴加速度传感器的单位售价已降至1.0美元以下,相信在更大的需求量条件下,更低的成本在以价格为主导的消费电子市场必将成为优势之一。
什么是加速度传感器?
加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力,就好比地球引力,也就是重力。加速力可以是个常量,比如g,也可以是变量。
图1:Bosch 加速度传感器 BMA020
加速度传感器一般用在哪里?
通过测量由于重力引起的加速度,你可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度。通过分析动态加速度,你可以分析出设备移动的方式。但是刚开始的时候,你会发现光测量倾角和加速度好像不是很有用。但是,现在工程师们已经想出了很多方法获得更多的有用的信息。
加速度传感器可以帮助你的机器人了解它现在身处的环境。是在爬山?还是在走下坡,摔倒了没有?或者对于飞行类的机器人来说,对于控制姿态也是至关重要的。更要确保的是,你的机器人没有带着炸弹自己前往人群密集处。一个好的程序员能够使用加速度传感器来回答所有上述问题。加速度传感器甚至可以用来分析发动机的振动。
硬盘抗冲击防护
由于海量数据对存储方面的需求,硬盘和光驱等元器件被广泛应用到笔记本电脑、手机、数码相机/摄相机、便携式DVD机、PMP等设备中。便携式设备由于其应用场合的原因,经常会意外跌落或受到碰撞,而造成对内部元器件的巨大冲击。
目前最新IBM
Thinkpad手提电脑里就内置了加速度传感器,能够动态的监测出笔记本在使用中的振动,并根据这些振动数据,系统会智能的选择关闭硬盘还是让其继续运行,这样可以最大程度的保护由于振动,比如颠簸的工作环境,或者不小心摔了电脑做造成的硬盘损害,最大程度的保护里面的数据。另外一个用处就是目前用的数码相机和摄像机里,也有加速度传感器,用来检测拍摄时候的手部的振动,并根据这些振动,自动调节相机的聚焦。
图2:IBM Thinkpad 内置的 Active protection 系统界面
车身安全、控制及导航系统中的应用
加速度传感器在进入消费电子市场之前,实际上已被广泛应用于汽车电子领域,主要集中在车身操控、安全系统和导航,典型的应用如汽车安全气囊(Airbag)、ABS防抱死刹车系统、电子稳定程序(ESP)、电控悬挂系统等。
消费产品中的创新应用
3轴加速度传感器为传统消费及手持电子设备实现了革命性的创新空间。其可被安装在游戏机手柄上,作为用户动作采集器来感知其手臂前后、左右,和上下等的移动动作,并在游戏中转化为虚拟的场景动作如挥拳、挥球拍、跳跃、甩鱼竿等,把过去单纯的手指运动变成真正的肢体和身体的运动,实现比以往按键操作所不能实现的临场游戏感和参与感。
图3:Bosch G-sensor 在手机上的运用案例
内置的动态屏保效果:通过晃动,引起屏幕上蝴蝶的飞舞
此外,3轴加速度传感器还可用于电子计步器,为电子罗盘(3D
Compass)提供补偿功能,也可用于数码相机的防抖。以上提到的种种创新应用使其成为下一代产品设计中必不可少的元件。
在手机端的 各种应用汇总:
加速度传感器是如何工作的?
加速度传感器技术原理
目前的加速度传感器有多种实现方式,主要可分为压电式、电容式及热感应式三种,这三种技术各有其优缺点。
以电容式3轴加速度计的技术原理为例(Bosch
即为此种类型的)。电容式加速度计能够感测不同方向的加速度或振动等运动状况。其主要为利用硅的机械性质设计出的可移动机构,机构中主要包括两组硅梳齿(Silicon
Fingers),一组固定,另一组随即运动物体移动;前者相当于固定的电极,后者的功能则是可移动电极。当可移动的梳齿产生了位移,就会随之产生与位移成比例电容值的改变。
手持设备设计的关键之一是尺寸的小巧。目前Bosch采用先进LGA封装的加速度传感器的尺寸仅有3
X 3 X 0.9mm,十分适合便携式移动设备的应用。
在选购加速度传感器的时候,需要考虑什么?
这个是最先需要考虑的。这个取决于你系统中和加速度传感器之间的接口。一般模拟输出的电压和加速度是成比例的,比如2.5V对应0g的加速度,2.6V对应于0.5g的加速度。数字输出一般使用脉宽调制(PWM)信号。
如果你使用的微控制器只有数字输入,比如BASIC
Stamp,那你就只能选择数字输出的加速度传感器了,但是问题是你必须占用额外的一个时钟单元用来处理PWM信号,同时对处理器也是一个不小的负担。
如果你使用的微控制器有模拟输入口,比如PIC/AVR/OOPIC,你可以非常简单的使用模拟接口的加速度传感器,所需要的就是在程序里加入一句类似"acceleration=read_adc()"的指令,而且处理此指令的速度只要几微秒。
如果你只要测量机器人相对于地面的倾角,那一个±1.5g加速度传感器就足够了。但是如果你需要测量机器人的动态性能,±2g也应该足够了。要是你的机器人会有比如突然启动或者停止的情况出现,那你需要一个±5g的传感器。
一般来说,越灵敏越好。越灵敏的传感器对一定范围内的加速度变化更敏感,输出电压的变化也越大,这样就比较容易测量,从而获得更精确的测量值。
这里的带宽实际上指的是刷新率。也就是说每秒钟,传感器会产生多少次读数。对于一般只要测量倾角的应用,50HZ的带宽应该足够了,但是对于需要进行动态性能,比如振动,你会需要一个具有上百HZ带宽的传感器。
对于有些微控制器来说,要进行A/D转化,其连接的传感器阻值必须小于10kΩ。比如Analog
Devices's analog 加速度传感器的阻值为32kΩ,在PIC和AVR控制板上无法正常工作,所以建议在购买传感器前,仔细阅读控制器手册,确保传感器能够正常工作。
Bosch 产品的简介与优势:
优势:封装最小,仅有3*3*0.9mm.
功耗最低,只有200Ua
成熟的方案:Bosch+游戏/应用 (MTK平台上)
Bosch G-sensor BMA020 三轴 重力加速度传感器:
1、G-sensor 本身所支持的简单应用和功能:
1)甩动手机更换手机背景壁纸(Shake to change the wall paper.)
2) 手机电视横竖屏切换
3) 视频播放横竖屏切换 (Video player
rotation.)
4) 图片浏览横竖屏切换 (Shake picture in the
image viewer.)
5) 甩动手机切换音乐播放器曲目(Shake to choose the pre/next
song.)
6) 双敲手机暂停音乐播放 (Tap-sensing to stop
and play the song.)
7) 手机闹钟翻转静音 (Up side down to soonze
the alarm.)
8) 手机来电双敲静音
9)手机来电翻转静音 (Up side down to silent the in coming
call.)
10) 手机短信双甩解锁阅读 (Shake unlock the phone)
11) 摇动手机选择菜单(Shake to scroll to
choose application in the main maum)
12) 摇动手机选择FM调频(Shake to choose the FM
frequence.)
2、 G-sensor与第三方软件配合后,所支持的功能:
1) Game ,游戏(包括运动类,射击类,休闲类)
2)Motion IDEL 动感屏保.(蝴蝶、雪人等)
3) Screen Saver 屏幕保护(寒冰锁)