物联网中的传感器融合和远程情感计算（一）

　　让我们看一个计步器的简单示例。传统的计步器使用一个钟摆，需要以垂直的角度佩戴在髋关节，以避免错误读数。当用户走动时，计步器跟踪钟摆随着髋关节的运动来回摆动，摆动一回便计数一次，以此对每一步进行计数。然而，由于步幅、攀登/步行角度的变化以及当用户驾驶汽车或进行其他运动时的错误计步，无效读数很常见。

　　基于 MEMS 的惯性传感器带来了很大的改进。第一代基于 MEMS 的计步器使用的加速计对人的加速度执行 1 轴、2 轴或3 轴（3D）检测，更准确地测量步数。此外，老式机械计步器只根据摆动次数记录步数，而加速计则每秒多次测量一个人的运动。

　　但是，如果您不仅想计量步数，还想准确地计算上下楼梯或上下山时燃烧的卡路里。下一代计步器添加了高度计，测量和计算人在行走时相对于某个固定参考点的高度变化。高度计技术用于检测高度计或气压计 （BAP） 应用中的绝对气压。要获得精确的压力读数还需要进行温度测量，因此通常会增加某种温度补偿电路以提高测量精度。

　　继挂在慢跑者手臂上的早期便携式音乐播放器获得成功后，现在有许多设计佩戴在手臂上的独立计步器和有计步器功能的手机（而不是挂在髋关节的皮带上）。在这个使用案例中，手臂运动引入了寄生运动。陀螺仪可测量手臂的旋转运动并对其进行补偿。

　　将三种传感器（加速计、高度计和陀螺仪）和 MCU 结合在一起来测量和处理读数，就产生了高精度计步器。

4. 传感器融合如何工作

　　最基本的传感器融合示例是电子罗盘，它结合了 3D 磁力计和 3D 加速计来提供罗盘功能。更复杂的传感器融合技术增强了用户体验，充分利用 3D 加速计、3D 陀螺仪和 3D 磁力计（，测量相对于给定器件空间方向的特定方向上的磁场组成），并将它们融合在一起。每种传感器都有独特的功能，但也有其局限性：

　　• 加速计：x 轴、y 轴和 z 轴线性运动感测，但对振动比较敏感

　　• 陀螺仪：俯仰、翻滚和方位角感测，但有零位漂移

　　• 磁力计：x 轴、y 轴和 z 轴磁场感测，但对磁干扰比较敏感

　　传感器融合将所有这些技术结合在一起，接收来自多个传感器的同时输入，并对输入进行处理，产生一个综合了各个部件输出的最终输出值（即，传感器融合使用特殊算法和滤波技术，消除了各个独立传感器的不足之处－类似于上述人体的功能）。

　　传感器融合提供了一套完整的功能，可使我们的生活更简单，并支持可以利用这些功能的各种服务。

　　传感器行业目前面临的问题之一是各个操作系统 （OS） 缺乏标准化。目前，大多数OS驱动程序需要最基本的传感器数据，这使传感器无法发挥其所有功能。

　　传感器融合是 Microsoft战略的一部分，因此 Windows 8 OS 都支持传感器，使用传感器级驱动程序，这些驱动符合其与微软的生态系统合作伙伴共同制定的标准 （Human Interface Device specification 2011）。Windows Runtime 编程模块允许轻量级执行调用，使传感器能够在硬件级进行处理。

　　传感器融合通常是指将 3D 加速计、3D 陀螺仪和 3D 磁力计结合在一起，这种配置被称为 9 轴系统，为用户提供 9 个自由度 （9-DoF）。2012 年，飞思卡尔推出了面向 Windows 8 的 12 轴 Xtrinsic 传感器平台，提供了 12-DoF 传感器融合解决方案，该解决方案包括气压传感器、温度传感器和环境光感测功能。