传感器系统的增加便利性和增加意识的用途介绍

传感器 - 特别是MEMS设备 - 通过展示提高车辆效率，减少排放和提高乘客安全水平的能力，在过去15年中获得了关注。传感器现在用于汽车，以监测温度，气体，电压/电流，扭矩，制动器磨损和轮胎压力。以及ABS和安全气囊等救生设备仅举两例。展望未来，随着更先进的控制设计到汽车中，许多新功能将来自增强的传感器功能。例如，在汽车内部，最新一波基于传感器的安全系统采用语音和手势来控制活动和功能，消除手动动作的干扰，如转动旋钮和按钮或必要性司机把他或她的眼睛放在路上。通过手的挥动，脚的运动或眼睑的监测来检测驾驶员的困倦，传感器的使用正在进入专注于提高安全性的应用中。

在家用汽车之外，传感器正在进入现实生活中。虽然我们已经习惯了传感器作为视频游戏的一部分，但他们正在寻找进入足球运动员，冰球运动员和赛车手的头盔，以减少或预防脑损伤。

本文将重点介绍传感器系统的两种快速增长的用途：通过增加便利性（在汽车领域）和增加意识（在军事和接触运动中）提供安全性。

3D手势感应

现代最近表示，它将很快将3D手势控制融入其车辆中，使驾驶员只需挥动手即可操作音响系统，空调设置和显示器。作为汽车公司的附加好处，3D手势控制不仅可以提供产品差异化，还应该有一个非常短的学习曲线，因为大多数消费者使用运动传感器和手势控制来模仿他们已经玩过的视频游戏中的身体动作。

使用最先进的驾驶员眼动追踪和3D手势识别，HCD-14 Genesis“概念车”可以识别驾驶员命令，避免与手动控制相关的干扰。通过眼动追踪选择特定功能后，可以使用拇指控制或手势识别来选择导航，信息娱乐，音频，HVAC甚至智能手机连接功能。这种直观的界面为驾驶员提供了完全的控制，同时将他或她的眼睛安全地保持在仪表板上方，使用挡风玻璃抬头显示器（HUD）以最小化驾驶分心。

有关3D传感技术如何工作的一个例子可以在Panasonic D-Imager（图1）中找到，它针对手势控制应用。该技术的实际摄像机输出如图2所示.D-Imager根据飞行时间测量原理进行操作。内置红外LED发出的光从目标反射回来，然后由CCD元件接收。图像大小水平160像素，垂直120像素，视野水平60度，垂直44度。

图1：松下D-Imager感应技术。 （由Panasonic提供。）

图2：使用Panasonic D-Imager的相机输出。 （由Panasonic提供）

Panasonic在Digi-Key网站上的D-Imager上提供产品培训模块。

雷克萨斯豪华轿车现在配备了红外摄像头，可以映射驾驶员的脸部以找到分心或疲劳的迹象。传感器拾取头部倾斜以及闭眼。该系统使用基于雷达的能力来检测车辆路径中的物体，并接管制动系统和安全带，以便使驾驶员能够发生碰撞。

在这种汽车环境中，传感器还通过更精确的舒适度测量间接提供安全性。以德州仪器（TI）的TMP006和TMP006B红外热电堆传感器为例（图3）。温度传感器测量物体的温度，而无需直接接触。传感器使用热电堆吸收红外能量，并利用热电堆电压的变化来确定物体温度。该设备可用于舒适指数测量以及电机外壳温度。

图3：芯片级封装的红外热电堆传感器。 （由德州仪器公司提供。）

脑震荡意识

参与爆炸事件的士兵往往不知道他们可能会受到冲击并经常继续他们的任务而不是寻求医疗。一些制造商已经提出了基于传感器的系统，以更好地确保受到爆炸伤害的士兵得到适当的医疗护理。例如，称为HEADS的多样化技术系统（DTS）产品包括士兵头盔内的数据记录器和传感器。这些装置保持休眠状态，直到头盔受到打击。那时，测量加速度并下载结果用于研究撞击时发生的情况。

HEADS传感器设计用于仅记录超过预定阈值的数据 - 例如路边炸弹可能发生的情况。达到该阈值后，触发传感器上的可视LED显示，警告士兵可能有头部受伤。传感器内的数据可通过USB设备或摘要数据通过无线连接轻松下载。这是一种非常有价值的数据下载解决方案。天线可以轻松扫描前方操作基地中的所有可用HEADS传感器，并将数据发送到计算机，识别可能参与爆炸或爆炸的任何士兵，触发传感器。

冲击感应军用头盔也已经改装用于运动用途，特别是由于缺乏准确的脑震荡诊断，这在未确诊时特别危险，通常情况下是足球和冰球等接触性运动。在关于头部创伤对接触性运动的影响的众多研究之一中，仪表化头盔包含来自ADI公司的六个单轴微机电系统（MEMS）加速度计，以及数据采集电子设备，128 KB存储器，能够存储高达100次撞击和RF收发器。

这些实验使加拿大安大略省渥太华启动的Shockbox通过头盔传感器开发，该头盔传感器设计用于检测头部受伤并在需要医疗时发送警报。这款灵活的橡胶设备可与Android，iOS和Blackberry智能手机配合使用，可安装在任何头盔内部，并在外部填充物之间留出空间;除了足球，它还可以用于曲棍球，长曲棍球，滑雪，滑雪板，山地自行车和其他极限运动等接触性运动。

以下是它的工作原理：如果播放器受到太大的打击，传感器将通过蓝牙向移动设备发送彩色编码的警报;对于超过50 G的命中，将发送橙色警报，并为超过90 G的命中发送红色警报。免费应用程序解释Shockbox数据。

用于运动广告健康设备的流行加速度计是ADI公司的ADXL335三轴加速度计（图4）。 ADXL335是一款小巧，薄型，低功耗，完整的三轴加速度计，具有信号调理电压输出。该产品可测量加速度，最小满量程范围为±3 g，可测量倾斜传感应用中的静态重力加速度，以及运动，冲击或振动引起的动态加速度。用户选择加速度计的带宽以适应应用，x轴和y轴的范围为0.5至1，600 Hz，z轴的范围为0.5至550 Hz。 ADXL335采用小型，薄型，4×4×1.45 mm，16引脚塑料引脚架构芯片级封装（LFCSP_LQ）。

图4：用于运动和健康设备的ADI公司ADXL335。 （由Analog Devices提供。）

总结

传感器技术在汽车行业占据主导地位，同时也推动了Nintendo Wii和Apple iPhone的成功。利用组合传感器，传感器融合技术和新MEMS设备的到来，汽车领域内外的未来传感器开发工作越来越多地集中在安全相关系统上。

因此，下次你爬上你的车或你的儿子（或女儿）跑到战场或烤架上时，请考虑（1）传感器技术正在生成新的，以前不可用的数据和（2）数据不会只改善和微调各种生活经历，但也可能证明是拯救生命。