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一文带你搞懂 sensor 传感器

Jasonangel

发布于 2022-04-07 12:10:19

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文章被收录于专栏：嵌入式Linux系统开发嵌入式Linux系统开发

先区分 SOC 和 MCU：

MCU：Micro Control Unit，微控制单元，如 STM32 单片机。

SOC：System on Chip，芯片上可以跑 Linux、Android 等系统。

Sensorhub：智能传感集线器，是一种基于低功耗 MCU 和轻量级 RTOS 操作系统之上的软硬件结合的解决方案，其主要功能是连接并处理来自各种传感器设备的数据。诞生之初的目的主要是为了解决在移动设备端的功耗问题。比如希望手机主控休眠的时候，依旧可以获取数据，MCU 的耗电比 SOC 小多了。

在 CPU 休眠的情况下，实现对传感器的实时控制，从而达到降低功耗的功能。
将不同类型 Sensor 的数据进行融合，实现多种 sensor 数据结合才能实现的功能。

多种物理 sensor 的数据，可以根据需要，拆解或融合成虚拟 sensor，来满足功能需求。

Sensor Hub 可以执行以下操作：

手势识别：感测人的手势，如：翻转手机，敲打手机，摇晃手机，拿起手机等手势。可实现案例：翻转静音，拒接电话，摇晃切换背景图片以及拿起接听电话等功能。
设备状态识别：感测设备的状态，如：手机面朝上/朝下，手机在桌子上，还是在口袋里，还是在人手里。可实现案例：手机在口袋里时，自动将来电铃声放至最大；而在桌子上的时候，调至静音震动模式。
用户状态识别：感测用户的状态，如：跑步，走路，站立，坐下等。实现功能：在走路/跑步时，自动打开记步功能，而站立和坐下后，暂停相关功能。
用户交通行为判断：感测用户乘坐交通时的状态，如：开车，坐火车，坐电梯等。实现功能：在开车状态，自动蓝牙连接；而在火车上接电话，开启消噪功能。

物理传感器

在嵌入式移动设备中，比如智能手机，智能穿戴，家用医疗设备和其他一些智能硬件设备，所用到的物理传感器一般都是 MEMS 传感器即微机电系统（Microelectro Mechanical System）传感器。和传统的传感器相比，MEMS 传感器体积更小，重量轻，成本低，功耗低，可靠性高，易于集成开发等优势。

目前，MEMS传感器主要有加速度计(Accelerometer)，磁力计(Magnetometer)，陀螺仪(Gyroscope)，光感计(Ambient light sensor)，接近光(Proximity)，气压计(Barometer/pressure)，湿度计(Humidometer)等等，按类型可以分为环境类传感器，运动类传感器，健康类传感器。

1、加速度传感器

加速计（Accelerometer）也叫重力传感器，是可以感知任意方向上的加速度（重力加速度则只是地表垂直方向加速度），加速计通过测量组件在某个轴向的受力情况来得到结果，表现形式为轴向的加速度大小和方向（X，Y，Z）。其原理是根据传感器内部的振动结构，由于外界加速度会影响到内部结构的振动特性，来测量到物体的加速度。加速度计的用途很多，只要跟智能硬件（比如手机）运动相关的几乎都与加速度计有关（计步、手机的姿态测量、相关的游戏等等）。

2、陀螺仪传感器

陀螺仪，在传感器内部有个三轴的陀螺。陀螺仪的工作原理是通过测量三维坐标系内陀螺转子的垂直轴与设备之间的夹角，然后来计算角速度，从而可以由夹角和角速度来判别物体在三维空间的运动状态。陀螺仪的用途也非常多，比如数码照相防抖，以及配合加速度计（有的还有磁传感器或者GPS等）形成的融合传感器来完成更高级的功能（如惯性导航）。

3、磁力计传感器

磁力计（Magnetic）也叫地磁计、磁感器，可用于测试磁场强度和方向，磁力计的原理跟指南针原理类似，可以测量出当前设备与东南西北四个方向上的夹角。

4、环境光感传感器

环境光传感器可以感知周围光线强度。例如，在手机、笔记本、平板电脑等移动应用中，可以根据外界的亮度来实现自动调节背光亮度等，从而降低产品的功耗。

5、接近光传感器

接近光传感器用于检测红外信号，其主要检测的是外部的红外线LED的信号。这个LED向外发出红外线，当有物体接近传感器的上方时，进入红外线的发射区域，有些红外线会被发射回传感器。现在还有基于激光的接近光传感器，比如ToF sensor等，可以测距范围在2-4米左右。

6、气压计传感器

气压计主要是由一个真空盒式气压传感器，靠气压导致真空盒形变，上下两块电容板距离改变，电容改变来测量大气压值。

7、湿度计传感器

主要原理是把空气中的温湿度通过一定检测装置，测量到温湿度后，按一定的规律变换成电信号或其他所需形式的信息输出，从而来检测出当时的温度值。

8、紫外线传感器

紫外线传感器（UV）是利用光敏元件将紫外线信号转换为电信号的传感器。

9、PM2.5传感器

PM2.5激光传感器是一款通用细微颗粒物浓度传感器，采用激光散射原理。即令激光照射在空气中的悬浮颗粒物上产生散射，同时在某一特定角度用探测器接收散射光，产生的光电流经放大后，得到电信号与颗粒物的对应曲线，经过一系列算法得出单位体积内不同粒径的颗粒物质量。从而获得空气中单位体积内PM2.5的质量数据。PM2.5传感器主要用于嵌入各种细微颗粒物浓度相关的仪器仪表、环境改善设备，如空气净化器。