1、.信號處理技術研討課大作業大作業成績復核人題目：多種手機傳感器的原理及應用學院：機電與信息工程學院專業：通信工程年級班級 ：2014 級二班姓名：葉坤學號：201400800679任課教師 ：崔文韜 ，葉準學年學期 ：2014-2015 學年第 2 學期.專業 word 可編輯.專業 word 可編輯.多種手機傳感器的原理及應用葉坤 201400800679（山東大學 （威海）機電與信息工程學院，山東威海264209 ）摘要 ： 傳感器的應用越來越廣泛，現在的手機搭載了很多傳感器，報告主要介紹了幾種典型的傳感器及其在手機中的應用，如重力感應器、 光線傳感器、距離感應器、心率感應器、氣壓感應器

2、、 三軸陀螺儀等。這些傳感器的應用為智能手機增加感知能力，使手機能夠知道自己做什么，甚至做什么的動作。關鍵詞 ：重力感應器 ；光線感應器 ；距離感應器 ；氣壓感應器The principle and application of a variety of mobile phone sensorYekun 201400800679(School ofelectrical and Information Engineering, Shandong University, Weihai 264209,China)Abstract: Sensor is more and more widely use

3、d, and now the mobile phone is equippedwith manysensors ， Thereportmainly introduces severaltypical sensor anditsapplication inmobilephone, suchasthe gravitysensor, lightsensor, proximitysensor, heartratesensor, pressuresensor, threeaxis gyroscope. Theapplicationofsensors for intelligent mobilephone

4、 mobilephone to increase awareness, to knowwhat to do,or do what action.Keywords: Gravity sensor, light sensor; distance sensor; pressure sensor.專業 word 可編輯.引言 ：傳感器在生活中的應用越來越廣泛，現在的智能手機上搭載了很多種類的傳感器。依托這些傳感器 ，軟件開發者開發出了各種應用程序，使手機的應用范圍大大拓展，給用戶帶來了前所未有的使用體驗 。現代技術中 ，傳感器是指這樣的一類元件：它能夠感受諸如力 、溫度 、光、聲、化學成分等非電學物理

5、量 ，并能把它們按照一定的規律轉換為電壓、電流等電學物理量 ，或轉換為電路的通斷 。 把非電學量轉換為電學量，就可以很方便地進行測量、傳輸 、處理和控制了。手機上主要搭載的傳感器有聲傳感器、光傳感器 、觸摸傳感器 、重力傳感器 、加速度傳感器、方向傳感器 、距離傳感器 、氣壓感應器等。正文一、傳感器的定義和分類:1.1 傳感器的定義能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測 、感受外界的信號、物理條件 （如光 、熱、濕度 ）或化學組成 （如煙霧 ），并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。1.2 傳感器的分類可以按不同的觀點對傳感器進

6、行分類：（ 1 ） 按工作原理 ，可分為物理傳感器和化學傳感器 。（ 2 ） 按傳感器的用途 ，可分為位置傳感器 ，液面傳感器 ，能耗傳感器 ，速度傳感器 ，熱敏傳感器 ，加速度傳感器 ，射線輻射傳感器 ，振動傳感器 ，濕敏傳感器 ，氣敏傳感器 ，.專業 word 可編輯.真空度傳感器和生物傳感器等。（3 ） 按傳感器應用的材料，可分為以下幾類：按其所用的材料的類別分為金屬，聚合物 ，陶瓷和混合物；按材料的物理性質分為導體，絕緣體 ，半導體和磁性材料；按材料的晶體結構分為單晶，多晶和非晶材料。（ 4 ） 按傳感器的輸出信號 ，可分為模擬傳感器 ，數字傳感器 。（ 5 ） 按照傳感器制造工藝 ，

7、可分為 ：集成傳感器 ，薄膜傳感器和陶瓷傳感器 。二、幾種典型傳感器的原理及應用2.1加速度傳感器加速度有兩種 ，一個是靜態的加速度 ，把加速度傳感器傾斜一個角度，重力場會在感應場上產生一個分量 ，通過這個分量 ，可以測量出手機傾斜了多少角度，由此實現一些前后左右的控制 ；另外一種就是所謂的動態加速度，可以偵測速度 ，撞擊等 。加速度傳感器可以用來檢測角度，手機上下左右搖擺 ，加速度傳感器會將對應信息傳送給中央處理器 ，通過軟件實現菜單選擇 ，翻頁 ，圖像切換等操作 ，當手機反轉90 °時，可以自動在豎屏幕顯示和橫屏幕顯示之間切換，方便用戶使用 ，在賽車 ，滑雪等游戲中 ，加速度傳感

8、器甚至可以取代方向鍵，通過前后左右的角度變換實現轉彎，加速 ，剎車等動作，使游戲更具娛樂性 。加速度傳感器還可以用于計步器，檢測并記錄走路或跑步的步數，從而計算路程 。 當結合個人特征 ，如身高 ，體重等信息 ，可以通過軟件算熱量消耗，看到鍛煉效果 ，這樣 ，手機又具備了健身功能 。加速度傳感器還可以使手機具有應急報警功能，如果用戶受重大撞擊 ，或者跌倒 ，加速度傳感器會立刻將相關信息傳給中央處理器，如果事故后一段時間內用戶沒有動作，則判定用戶受到傷害，立刻通過手機報警，如果手機中有GPS，還可以自動啟動GPS，并將位.專業 word 可編輯.置信息傳送給救援部門，達到急救目的，這一點對越來越

9、多的老人大有裨益。2.2光線感應器光線感應器由投光器和受光器組成，投光器將光線聚焦，在傳輸至受光器，最后通過感應器接收變成電器信號。光線感應的用途是可以根據周圍環境光線調節手機屏幕本身的亮度。光電傳感器在手機上的應用主要是根據環境光線明暗來判斷用戶的使用條件，從而對手機進行智能調節 ，達到節能和方便用戶使用的目的。黑暗環境下自動降低背光亮度，以免背光太亮刺眼 。 太陽下自動增加屏幕亮度，是顯示更清楚。手機移動到耳邊打電話時，自動關閉屏幕和背光，可以延長手機續航時間，同時關閉觸摸屏，又可以達到防止打電話過程中誤觸屏幕掛斷電話的操作。還有的利用光線亮度來控制鈴聲音量，如手機裝在衣服口袋或是皮包里時

10、 ，就大聲振鈴 ，而取出時 ，環境光改變了，振鈴就隨著減小，這個功能很有意思 ，一方面可以避免鈴聲過小漏接電話，一方面適應環境的需要，避免影響其他人，同時還能省電 。.專業 word 可編輯.2.3氣壓感應器氣壓傳感器主要的傳感元件是一個對氣壓傳感器內的強弱敏感的薄膜和一個頂針開控制，電路方面它連接了一個柔性電阻器。當被測氣體的壓力強降低或升高時，這個薄膜變形帶動頂針 ，同時該電阻器的阻值將會改變。電阻器的阻值發生變化。從傳感元件取得0-5V 的信號電壓 ，經過 A/D 轉換由數據采集器接受，然后數據采集器以適當的形式把結果傳送給 CPU。很多空氣的氣壓傳感器的主要部件為變容式硅膜盒。當該變容

11、硅膜盒外界大氣壓力發生變化時頂針動作，單晶硅膜盒隨著發生彈性變形，從而引起硅膜盒平行板電容器電容量的變化來控制氣壓傳感器。可以通過壓力傳感器測量大氣壓，進而根據氣壓值計算出海拔高度，同時還能夠根據溫度傳感器數據來結果進行修正，以得到更精確的數據，同時成本會更低。如果說用壓力傳感器來計算海拔算是一項不錯的應用，那么利用壓力傳感器來輔助導航，你是不是會覺得驚訝呢?由于導航儀市場較為混亂，產品質量良莠不齊，因此經常會出現導航儀瞎指揮的現狀。 如你在高架橋上時GPS 卻可能會指揮你轉彎，但其實并沒有轉彎出口 。 這往往是由于GPS 存在誤差 ，不能夠判斷車子在高架橋上還是橋下所致。但如果再加上氣壓傳感

12、器，測量出所處的高度，就能夠將誤差降低到1 米左右 ，隨著精度提升導航也將變得更加精確。同時當用戶處于樓宇內時，內置感應器可能會無法接收到GPS 信號，從而不能夠識別地理位置 。配合氣壓傳感器、加速計 、陀螺儀等就能夠實現精確定位。這樣當你在商場購物時 ，你能夠更好找到目標商品。.專業 word 可編輯.2.4距離感應器距離感應器的基本原理是：利用各種元件檢測對象物的物理變化量，通過將該變化量換算為距離 ，來測量從傳感器到對象物的距離位移的機器。根據使用元件不同，分為光學式位移傳感器 、線性接近傳感器、超聲波位移傳感器等。手機使用的距離傳感器是利用測時間來實現距離測量的一種傳感器.紅外脈沖傳感

13、器通過發射特別短的光脈沖，并測量此光脈沖從發射到被物體反射回來的時間，通過測時間來計算與物體之間的距離。距離傳感器的主要應用:用于手機上 ：當接通電話時，如果擋住距離傳感器（在輔助攝像頭和光線感應器之間的不明顯的小長方形）的話 ，屏幕會變黑 。 也就是在你接電話時，屏幕會變黑 ，節約電 。 在比較高端的手機上距離感應器還可以實現快速一覽、空中喚醒等功能。.專業 word 可編輯.紅外線是指波長比紅光還長的電磁波,在光譜中波長自0.76 至 400 微米的一段稱為紅外線，紅外線是不可見光線。 近紅外線或稱短波紅外線，波長 0.76 1.5 微米，穿入人體組織較深,約 510 毫米 ；遠紅外線或稱

14、長波紅外線，波長 1.5 400 微米 ，多被表層皮膚吸收，穿透組織深度小于2 毫米 。由于紅外線波長比較長,所以具有較強的衍射性能,常用于遠程遙控,遠程拍照 ,勘測等等 .2.5 三軸陀螺儀三軸陀螺儀 ：同時測定6 個方向的位置 ，移動軌跡 ，加速 。 單軸的只能測量一個方向的量，也就是一個系統需要三個陀螺儀，而 3 軸的一個就能替代三個單軸的。3 軸的體積小 、重量輕 、結構簡單 、可靠性好 ，是激光陀螺的發展趨勢。三軸陀螺儀原理如圖所示。.專業 word 可編輯.很多手機中內置三軸陀螺儀，它可以與加速器和指南針一起工作，可以實現 6 軸方向感應，三軸陀螺儀更多的用途會體現在GPS 和游戲

15、效果上 。一般來說 ，使用三軸陀螺儀后 ，導航軟件就可以加入精準的速度顯示，對于現有的 GPS 導航來說是個強大的沖擊，同時游戲方面的重力感應特性更加強悍和直觀，游戲效果將大大提升。這個功能可以讓手機在進入隧道丟失 GPS 信號的時候 ，憑借陀螺儀感知的加速度方向和大小繼續為用戶導航。目前手機中采用的三軸陀螺儀用途主要體現在游戲的操控上，有了三軸陀螺儀 ，我們在玩現代戰爭等第一人稱射擊游戲時，可以完全摒棄以前通過方向按鍵來控制游戲的操控方式，我們只需要通過移動手機相應的位置，既可以達到改變方向的目的，使游戲體驗更加真實 、操作更加靈活 。2.6 心率感應器三星 Galaxy S5 是第一款把心

16、率檢測技術內置到硬件里的手機。.專業 word 可編輯.在三星 Galaxy S5 推出之前在Android和 iOS 平臺上就有許多的第三方的檢測心率的應用 ，只不過它們是通過手機的閃光燈的照射配合攝像頭來收集獲取用戶的心率狀況。其實 LED 閃光燈照射和或者像 Galaxy S5 一樣的心率傳感器來檢測心率狀況的原理并不是非常的復雜 。用亮度很高的射燈 ，比如攝像頭的LED 閃光燈或者像是三星Galaxy S5一樣內置一顆能夠照射到皮下毛細血管的光源和檢測器，把手指按在光源和攝像頭上，當心臟將新鮮的血液壓入毛細血管時 ，亮度（紅色的深度 ）呈現如波浪般的周期性變化，通過攝像頭快速捕捉或者檢測器監測這一有規律變化的間隔，再通過手機內應用的掃描放大，再換算 ，從而判斷出心臟的收縮頻率 。下圖是紅外線檢測心率的原理圖和手機檢測心率原理大致相似：.專業 word 可編輯.手機里內置更多適應人體工程學的傳感器是未來智能手機發展的趨勢， iPhone5s 的指紋識別功能和三星Galaxy S5 心率檢測模塊都是這方面的先驅者，未來我們將會看到更多人性化的科技產品出現在我們的生活中。總結 ：以上列舉了目前手機上常用的傳感器，它