物聯網中的傳感器融合和遠程情感計算（一）

　　讓我們看一個計步器的簡單示例。傳統的計步器使用一個鐘擺，需要以垂直的角度佩戴在髖關節，以避免錯誤讀數。當用戶走動時，計步器跟蹤鐘擺隨著髖關節的運動來回擺動，擺動一回便計數一次，以此對每一步進行計數。然而，由于步幅、攀登/步行角度的變化以及當用戶駕駛汽車或進行其他運動時的錯誤計步，無效讀數很常見。

　　基于 MEMS 的慣性傳感器帶來了很大的改進。第一代基于 MEMS 的計步器使用的加速計對人的加速度執行 1 軸、2 軸或3 軸（3D）檢測，更準確地測量步數。此外，老式機械計步器只根據擺動次數記錄步數，而加速計則每秒多次測量一個人的運動。

　　但是，如果您不僅想計量步數，還想準確地計算上下樓梯或上下山時燃燒的卡路里。下一代計步器添加了高度計，測量和計算人在行走時相對于某個固定參考點的高度變化。高度計技術用于檢測高度計或氣壓計 （BAP） 應用中的絕對氣壓。要獲得精確的壓力讀數還需要進行溫度測量，因此通常會增加某種溫度補償電路以提高測量精度。

　　繼掛在慢跑者手臂上的早期便攜式音樂播放器獲得成功后，現在有許多設計佩戴在手臂上的獨立計步器和有計步器功能的手機（而不是掛在髖關節的皮帶上）。在這個使用案例中，手臂運動引入了寄生運動。陀螺儀可測量手臂的旋轉運動并對其進行補償。

　　將三種傳感器（加速計、高度計和陀螺儀）和 MCU 結合在一起來測量和處理讀數，就產生了高精度計步器。

4. 傳感器融合如何工作

　　最基本的傳感器融合示例是電子羅盤，它結合了 3D 磁力計和 3D 加速計來提供羅盤功能。更復雜的傳感器融合技術增強了用戶體驗，充分利用 3D 加速計、3D 陀螺儀和 3D 磁力計（，測量相對于給定器件空間方向的特定方向上的磁場組成），并將它們融合在一起。每種傳感器都有獨特的功能，但也有其局限性：

　　? 加速計：x 軸、y 軸和 z 軸線性運動感測，但對振動比較敏感

　　? 陀螺儀：俯仰、翻滾和方位角感測，但有零位漂移

　　? 磁力計：x 軸、y 軸和 z 軸磁場感測，但對磁干擾比較敏感

　　傳感器融合將所有這些技術結合在一起，接收來自多個傳感器的同時輸入，并對輸入進行處理，產生一個綜合了各個部件輸出的最終輸出值（即，傳感器融合使用特殊算法和濾波技術，消除了各個獨立傳感器的不足之處－類似于上述人體的功能）。

　　傳感器融合提供了一套完整的功能，可使我們的生活更簡單，并支持可以利用這些功能的各種服務。

　　傳感器行業目前面臨的問題之一是各個操作系統 （OS） 缺乏標準化。目前，大多數OS驅動程序需要最基本的傳感器數據，這使傳感器無法發揮其所有功能。

　　傳感器融合是 Microsoft戰略的一部分，因此 Windows 8 OS 都支持傳感器，使用傳感器級驅動程序，這些驅動符合其與微軟的生態系統合作伙伴共同制定的標準 （Human Interface Device specification 2011）。Windows Runtime 編程模塊允許輕量級執行調用，使傳感器能夠在硬件級進行處理。

　　傳感器融合通常是指將 3D 加速計、3D 陀螺儀和 3D 磁力計結合在一起，這種配置被稱為 9 軸系統，為用戶提供 9 個自由度 （9-DoF）。2012 年，飛思卡爾推出了面向 Windows 8 的 12 軸 Xtrinsic 傳感器平臺，提供了 12-DoF 傳感器融合解決方案，該解決方案包括氣壓傳感器、溫度傳感器和環境光感測功能。