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- 智能手機(jī)正快速變成地球上最大的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
- 來源：IOTer 發(fā)表于 2010/10/12
智能手機(jī)應(yīng)用軟件日益龐大的生態(tài)系統(tǒng)很大程度上要?dú)w功于MEMS傳感器。事實(shí)上，由于智能手機(jī)永遠(yuǎn)在線的互聯(lián)網(wǎng)訪問和傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，智能手機(jī)正在快速變成地球上最大的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
“手機(jī)天生就是一個(gè)傳感器，即使是麥克風(fēng)也能從背景或交通噪聲透露你所處的環(huán)境情況。通過使用傳感器融合，你可以從包括環(huán)境光線傳感器在內(nèi)的所有傳感器上獲得信息，并創(chuàng)建以前從未想到的應(yīng)用軟件�！眎Suppli公司分析師Jérémie Bouchard表示。
移動(dòng)手機(jī)中的MEMS傳感器不僅能讓用戶對(duì)應(yīng)用軟件著迷，而且今后還能用來監(jiān)視星球脈沖信號(hào)。“由于移動(dòng)手機(jī)中使用了MEMS傳感器，使得我們?nèi)缃衲芤愿痈咝У姆绞脚c世界發(fā)生交互，而不僅只是讓人感到驚嘆。”MEMS Industry Group(MIG)公司管理總監(jiān)Karen Lightman表示，“在整個(gè)世界范圍內(nèi)，MEMS傳感器正在不斷提高使用這些傳感器的人們的生活質(zhì)量�！�
這款ST的MEMS陀螺儀擁有運(yùn)動(dòng)部件，能使用科里奧利效應(yīng)跟蹤角速度。
“今天，互聯(lián)網(wǎng)只是一個(gè)可以尋找信息和執(zhí)行計(jì)算的大腦，但傳感器能使這個(gè)大腦意識(shí)到周圍事物。”惠普實(shí)驗(yàn)室高級(jí)研究員、惠普超靈敏加速度計(jì)開發(fā)人員Peter Hartwell指出，“我們正在給地球增加中央神經(jīng)系統(tǒng)，它能幫助我們獲得我們需要的信息，以便正確理解人類帶來的影響�！�
蘋果公司已經(jīng)開始革命性創(chuàng)舉，在iPhone手機(jī)中配備了加速度計(jì)，可以使顯示器從縱向顯示自動(dòng)變成橫向顯示。競爭對(duì)手也迅速跟進(jìn)�，F(xiàn)在蘋果有大量創(chuàng)新的應(yīng)用軟件用到iPhone的加速度計(jì)，包括游戲、健康護(hù)理、體育訓(xùn)練以及大量開發(fā)人員殫精竭慮想出的無數(shù)其它應(yīng)用。
加速度計(jì)響應(yīng)用戶運(yùn)動(dòng)的能力可以將以前平淡無奇的操作(如手工滾動(dòng))轉(zhuǎn)換成類似游戲中的體驗(yàn)(如通過傾斜實(shí)現(xiàn)滾動(dòng))，從而充分激發(fā)用戶對(duì)移動(dòng)手機(jī)的使用激情。在前代智能手機(jī)中增加加速度計(jì)的競賽如今已經(jīng)變成增加MEMS陀螺儀的競賽，明年的設(shè)計(jì)還可能增加大氣壓力、溫度和濕度傳感器。
MEMS傳感器廠商一覽表
“由于智能手機(jī)中所有傳感器的加入，智能手機(jī)正變得越來越聰明。僅僅擁有互聯(lián)網(wǎng)連接并不能使你的手機(jī)聰明起來�！盜nvensense公司創(chuàng)始人Seve Nasiri表示。該公司去年向市場推出了首款三軸陀螺儀。
Invensense將其陀螺儀賣給了蘋果。這家OEM商從更大的供應(yīng)商意法微電子公司購買產(chǎn)品。Invensense公司計(jì)劃在今年晚些時(shí)候進(jìn)行IPO，并聲稱有許多設(shè)計(jì)贏得了Android手機(jī)制造商的定單，同時(shí)預(yù)測采用陀螺儀的Android手機(jī)將在今年底前推向市場。
“目前有兩大陣營：蘋果陣營和Android陣營�！盢asiri表示，“蘋果有強(qiáng)大的能力在iPhone手機(jī)中增加新的傳感器，因?yàn)橛写罅块_發(fā)人員正在開發(fā)使用這些傳感器的應(yīng)用軟件。其它智能手機(jī)供應(yīng)商對(duì)此一直非常羨慕，但無法超越蘋果的應(yīng)用軟件商店。
“Android想憑借作為蘋果競爭對(duì)手的應(yīng)用軟件商店(Android市場)攻克游戲領(lǐng)域。現(xiàn)在，Android手機(jī)制造商不必考慮下一個(gè)殺手級(jí)應(yīng)用。他們只需增加傳感器，應(yīng)用軟件商店就會(huì)找到使用這些傳感器的最佳方式�！�
MIG的Lightman表示，“我相信，如果沒有MEMS傳感器，就不會(huì)存在應(yīng)用軟件商店現(xiàn)象。”
這個(gè)市場非常巨大。隨著一些MEMS傳感器的價(jià)格下降至不到1美元，每家智能手機(jī)供應(yīng)商都在想方設(shè)法填補(bǔ)蘋果傳感器的空白。因此針對(duì)MEMS傳感器的移動(dòng)設(shè)備市場將非常繁榮，iSuppli公司的Bouchard認(rèn)為。他甚至預(yù)測，明年手機(jī)中的MEMS芯片將從2010年的8.21億美元上升到10億美元之上，到2015年這個(gè)市場將超過20億美元。
創(chuàng)新使用智能手機(jī)傳感器的首個(gè)應(yīng)用是針對(duì)電源管理的內(nèi)部程序，這是供應(yīng)商在設(shè)備中增加加速度計(jì)后自己想出來的。例如，如果軟件能夠從振動(dòng)推斷手機(jī)放在汽車上，那么手機(jī)的Wi-Fi無線功能將被關(guān)閉，從而節(jié)省電能�；蛘�，如果手機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，可以通過停止持續(xù)地刷新來自GPS接收機(jī)的數(shù)據(jù)而達(dá)到節(jié)能效果。
雖然這些是智能功能，但它們不能充分利用來自無數(shù)正在使用的其它智能手機(jī)的信息。能夠通過使用其它手機(jī)的數(shù)據(jù)而擴(kuò)展傳感器范圍的應(yīng)用軟件將是下一波發(fā)展潮流。
“目前有兩種全球性部署的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)�！币夥ㄎ㈦娮庸綧EMS業(yè)務(wù)部總監(jiān)Benedetto Vigna表示，“第一種網(wǎng)絡(luò)部署在所有帶MEMS傳感器的移動(dòng)設(shè)備中，包括手機(jī)、上網(wǎng)本、筆記本電腦和像智能數(shù)碼相機(jī)等其它手持設(shè)備。第二種網(wǎng)絡(luò)部署是固定位置的特殊傳感器節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)沒有手機(jī)的全部功能，但同樣通過無線方式連接到互聯(lián)網(wǎng)。”
意法半導(dǎo)體的MEMS陀螺儀芯片跟蹤兩個(gè)對(duì)稱軸的角動(dòng)量驅(qū)動(dòng)器
這種固定位置無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正在全球范圍內(nèi)迅速擴(kuò)散，適合從環(huán)境監(jiān)視到橋梁維護(hù)到緊急事件準(zhǔn)備等眾多專門用途�；萜展咀罱炇鹆艘还P向殼牌石油公司提供超靈敏加速度計(jì)的交易，這些加速度計(jì)用于實(shí)現(xiàn)能夠探明新石油儲(chǔ)量的無線地震成像系統(tǒng)。另外，全球智能公用事業(yè)計(jì)量系統(tǒng)也在他們的無線節(jié)點(diǎn)中增加MEMS傳感器。
舉例來說，日本正在用加速度計(jì)升級(jí)全國范圍內(nèi)的無線煤氣表網(wǎng)絡(luò)，專門用于地震監(jiān)測。
“日本總有某類(地震)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)楫?dāng)?shù)氐牡卣鸱浅ｎl繁。但在用加速度計(jì)改裝他們的無線煤氣表后，他們將擁有一個(gè)改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)，其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)是固定的，并且在已知的位置，因此不同于裝在人們口袋中隨處移動(dòng)的手機(jī)發(fā)出的加速度數(shù)據(jù)。”ADI公司高級(jí)應(yīng)用工程師Harvey Weinberg表示。
然而，固定位置的無線網(wǎng)絡(luò)不能跟蹤實(shí)時(shí)人口分布情況，而智能手機(jī)傳感器密度將隨用戶分布情況而變動(dòng)。因此基于智能手機(jī)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠用來監(jiān)視空氣質(zhì)量，還能成為在擁擠的體育場中檢測有毒氣體的更高分辨率網(wǎng)絡(luò)。
在美國，應(yīng)用軟件開發(fā)人員正在集中開發(fā)地震監(jiān)視軟件。由斯坦福大學(xué)贊助的地震捕捉網(wǎng)絡(luò)(QCN)要求成員自愿提供由他們的互聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備(大部分是筆記本和臺(tái)式電腦)中的加速度計(jì)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)用于加速地震監(jiān)測。地震捕捉網(wǎng)絡(luò)激發(fā)了另一個(gè)由加州理工學(xué)院贊助的類似項(xiàng)目，稱為公共地震網(wǎng)絡(luò)，旨在增加來自智能手機(jī)中的加速度計(jì)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
目前而言，這些項(xiàng)目能夠滿足記錄地震活動(dòng)的要求。但由于地震活動(dòng)是從一個(gè)點(diǎn)向四周幅射出去，因此最終這些項(xiàng)目將試圖足夠快地檢測震中位置，再通過呼叫震中附近人們的電話，給他們提供長達(dá)60秒的警告。
其它應(yīng)用將使用手機(jī)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)提供重要程度較低但同樣實(shí)用的服務(wù)�！坝性S多應(yīng)用軟件可以使用由手機(jī)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流。只是知道人們在哪里就能實(shí)現(xiàn)難以置信地強(qiáng)大功能�！盬einberg表示，“如果有許多人在公交站臺(tái)等車，也許可以往這條線路增派一輛公交車；或者有許多人在商店里(正在排隊(duì)等待的顧客手機(jī)中發(fā)出的數(shù)據(jù)也許能提示這一點(diǎn))，表明在收銀臺(tái)需要更多的職員�！�
目前已有應(yīng)用軟件能幫助醫(yī)生遠(yuǎn)程診斷病人，將手機(jī)傳感器用作診斷設(shè)備。一個(gè)被稱為3GDoctor的服務(wù)可以讓病人通過3G視頻電話連接咨詢醫(yī)生。自動(dòng)化助手可以收集病史和癥狀信息，比如傷口圖像或咳嗽的聲音樣本。醫(yī)生在遠(yuǎn)程評(píng)估這些信息，也許通過短信形式向病人詢問一些問題，或請(qǐng)求更多的圖像或聲音，然后呼叫相關(guān)人員一起討論診斷結(jié)果，并使用裝有前后攝像機(jī)的視頻電話面對(duì)面功能推薦治療方案。
“我們將智能手機(jī)做成醫(yī)療診斷傳感器，這比正常到醫(yī)院看病還要智能。在醫(yī)院里又是打針又是化驗(yàn)，到頭來醫(yī)生可能仍然不知道你的病情�！�3GDoctor業(yè)務(wù)開發(fā)負(fù)責(zé)人David Doherty表示�！拔覀兿嘈胖悄苁謾C(jī)的每個(gè)功能都是醫(yī)生可以用來診療的潛在醫(yī)療傳感器。你可以用攝像機(jī)和麥克風(fēng)描述你的癥狀，顯示器可以顯示圖像來測試你的視力，觸摸屏可以檢測手指的震顫。未來可能會(huì)有更多使用其它傳感器的應(yīng)用，這些應(yīng)用將有助于病人向醫(yī)生描述病情�！�
例如，Doherty介紹了一種未來保健應(yīng)用軟件，它能通過觀察人們睡覺時(shí)的狀態(tài)決定喚醒他們的最佳時(shí)間，使他們醒來時(shí)感覺精神百倍。預(yù)設(shè)時(shí)間的鬧鈴可能打斷睡眠者的美夢，而這種應(yīng)用軟件可以觀察睡眠狀態(tài)，分析呼吸節(jié)奏和翻身情況，然后在合適的時(shí)刻叫醒他。
還有其它應(yīng)用程序?qū)Ｗ⒂跈z測緊急事故但不觸發(fā)錯(cuò)誤報(bào)警，因?yàn)殄e(cuò)誤報(bào)警是困繞專用醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備的一大難題�！袄�，如果急救公司獲得一條你摔倒了的手機(jī)短消息，他們會(huì)在派救護(hù)車前打電話給你，確認(rèn)你是否只是摔了手機(jī)而已。”Doherty表示。
再過幾年，Doherty預(yù)測，像3GDoctor這樣的服務(wù)能讓用戶從其它病人那里收集龐大的傳感器數(shù)據(jù)，用于自我診斷疾病。
例如，在你用你的手機(jī)麥克風(fēng)記錄好你的咳嗽后，這些記錄將與數(shù)百萬條從已知病癥的人們那里獲得的其它咳嗽記錄進(jìn)行比較和匹配。
“3GDoctor是開發(fā)人員以創(chuàng)新方式使用全部手機(jī)傳感器創(chuàng)建實(shí)際應(yīng)用的優(yōu)秀例子�！眎Suppli公司的Bouchard表示。
多類別傳感器全面感測未來世界
到明年這個(gè)時(shí)候，除了加速度計(jì)、磁力計(jì)(羅盤)、全球定位系統(tǒng)、接近傳感器和陀螺儀(用于精密移動(dòng)檢測)外，許多智能手機(jī)有望使用大氣壓力傳感器進(jìn)行海拔高度測量。加上來自加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)和壓力傳感器的數(shù)據(jù)，我們就可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的位置推測(定位)，進(jìn)一步完善定位服務(wù)。
“位置推測技術(shù)能縮短人們尋找東西的時(shí)間，防止人們迷路，從而改善人們的生活，而且還會(huì)出現(xiàn)更重要的、能夠?qū)嶋H拯救生命的傳感器應(yīng)用�！盠ightman指出，“我們只是摸到了MEMS傳感器應(yīng)用的門邊而已�！�
下一代MEMS器件將融合來自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)。慣性測量單元(IMU)將加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)和大氣壓力傳感器整合在單個(gè)CMOS裸片上。三軸陀螺儀可以用來保持精確的航向，而三軸加速度計(jì)用于測量線性運(yùn)動(dòng)，三軸磁力計(jì)正確地保持朝向用戶位置的地圖。壓力傳感器通過測量高度實(shí)現(xiàn)“第十軸”，從而讓定位應(yīng)用軟件能夠精確地指出用戶在大樓的某一層。
“Invensense公司、也許其它MEMS供應(yīng)商也一樣能在5年內(nèi)向市場推出在同一CMOS裸片上集成完整10軸IMU的產(chǎn)品�！盢asiri指出。
其它MEMS芯片制造商也在研究集成式IMU，但在較短的時(shí)間內(nèi)，可能會(huì)在同一封裝內(nèi)集成多個(gè)MEMS芯片�！耙夥ㄎ㈦娮庸緦⒃趦赡臧霑r(shí)間內(nèi)開發(fā)出單個(gè)封裝的IMU產(chǎn)品，但其內(nèi)部可以包含多個(gè)MEMS芯片�！盫igna透露。
供應(yīng)商們還計(jì)劃開發(fā)全功能的組合式傳感器，以便通過覆蓋地球的互聯(lián)網(wǎng)手機(jī)組成的全球網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視環(huán)境變化。
“我們正在研究單封裝環(huán)境傳感器，可以用來測量溫度、濕度和壓力，并且可能包含氣體傳感器�！盫igna表示。
氣體傳感器設(shè)計(jì)用于檢測廣泛的化學(xué)和生物藥劑。這種傳感器范圍十分廣泛，從相當(dāng)便宜、可以集成進(jìn)任何手機(jī)的紅外LED化驗(yàn)傳感器到支持高端手機(jī)判斷懸浮在你四周所有物質(zhì)的超高精度激光光譜芯片——甚至可以識(shí)別因鄰桌有人咳嗽而在空氣中傳播的微生物。
所有這些服務(wù)將在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上創(chuàng)建一個(gè)新層，這個(gè)新層由全球無線網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)上做的所有測量結(jié)果組成，惠普技術(shù)開發(fā)部著名的技術(shù)專家兼戰(zhàn)略家Rich Duncombe表示。
“在互聯(lián)網(wǎng)之上增加這一額外的傳感層是IT業(yè)興起的第四波浪潮，目前我們只是剛剛啟動(dòng)，需要用20年左右時(shí)間才能完成�！盌uncombe認(rèn)為，“我們已經(jīng)經(jīng)歷了最初的三個(gè)信息技術(shù)浪潮——大型計(jì)算機(jī)、個(gè)人計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算——目前處于第四波，或‘IT無處不在’這一波。”
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