傳感器融合成為時代

隨著時間的推移，傳感器已從簡單的模擬和機械結構演變為基于芯片的數字設備，這些設備連接到機器以監控機器的健康狀況和環境條件。同樣，傳感器融合 - 多種類型的傳感器協同工作以解決問題 - 結合了許多其他技術的線索，創造出一些非常新穎和令人興奮的東西。

至少從20世紀50年代開始，使用計算設備從多個傳感器中分類數據并結合信息得出結論的想法已經存在。但這非常困難。大約在1960年，幾位數學家開發了一套算法，以便讓機器根據多個傳感器的輸入得出結論。這些濾波器還從噪聲或其他來源中刪除了無意義的數據。當然，不久之后政府就決定這種技術在其應用中有用。能夠處理來自多個來源的輸入并將其與存儲的數據進行比較將使政府能夠更好地跟蹤和識別潛在的空中目標，甚至可以計算結果的確定性。憑借更好的計算機和傳感器，該技術在不斷發展。

潛在的應用

當微處理器出現時，人們將其描述為尋找問題的解決方案。可以對傳感器融合進行相同的處理。如果您擁有監控多個傳感器的能力和智能，可以實時分析數據，并提供簡單的指導或控制動作，迄今為止 - 未經考慮的應用程序幾乎是無限的。以下示例只是劃傷表面：

        健康監測 - 包括健康運動，患者監測和研究

        監測老年人 - 健康監測，以減輕人員配備負擔

        汽車，運輸系統 - 監控和控制效率和安全功能

        公共安全 - 識別潛在的危險條件，其準確性遠遠高于簡單的火災和安全系統

        娛樂 - 游戲，包括控制器和虛擬現實耳機

        天氣 - 智能天氣預報站，不僅可以警告變化的條件，還可以控制風暴準備系統（例            如，關閉風暴百葉窗，關閉閥門等）

        HVAC /空氣質量 - 室溫，濕度，空氣質量，系統維護等的智能控制

雖然所有這些類型的功能已經以某種形式存在多年，但系統觀察多個傳感器并得出智能結論甚至啟動動作的能力是革命性的。

圖1：活動和其他健康監測器是*采用傳感器融合技術的消費產品之一。

技術的融合幸運的是，正如他們在電子產品的其他領域所做的那樣，許多IC制造商已經承擔了繁重工作的任務。借助現成的傳感器融合和傳感器集線器芯片，現在可以有效地連接各種數字傳感器以及其他路徑。創建自己的算法的負擔已經消除。

雖然他們的術語確實有所不同，但許多IC制造商要么調整現有的產品線，要么創造全新的產品來解決傳感器融合任務。該處理由控制器芯片完成，該芯片可以被識別為MCU，傳感器集線器或傳感器融合處理器。我們已經看到這種技術應用于智能手機，活動監視器和其他設備的消費市場。

Apple，三星等新一代智能手機具有強大而多樣的感應功能，即使不需要外部接口。這些包括三軸磁力計，三軸加速度計和三軸陀螺儀。這種組合能力通常被稱為9-DoF，九個自由度。

在大多數情況下，這些功能在手機中“始終打開”。如果來自這些傳感器的數據處理由手機的中央微控制器管理，則電池壽命將大大縮短。相反，的MCU芯片使用一小部分功率將數據作為傳感器集線器處理。恩智浦ARM M3系列MCU就是一個例子。根據EETimes報道的產品拆解專家Chipworks的說法，Apple使用定制版本的NXP芯片來監控iPhone 5S中的傳感器。“M7控制各種離散傳感器的功能，包括陀螺儀，加速度計和指南針。”三星與Atmel（Core 8位AVR MCU）的微控制器承擔相同的任務。

借助如此強大的板載感應技術，應用程序正在出現，利用9-DoF手機硬件提供健康和活動監控，或與GPS和外部數據協同工作，為用戶提供更多信息。現在，從通過藍牙進行通信的外部設備添加那些已經多樣化的傳感器輸入數據，這些功能似乎是無限的。芯片制造商的目標是使工程師能夠設計出能夠提供實時傳感器數據的系統，這些數據可用于以較小的功耗和較長的電池壽命提供所需的上下文感知。除智能手機外，高度優化的解決方案還可以滿足平板電腦，超極本，支持物聯網的設備，游戲，醫療保健，環境監控和可穿戴計算等應用。

開發板可以讓設計工程師輕松掌握這項技術。一個這樣的例子是Atmel的ATAVRSBIN2。Atmel已經將傳感器融合到各種各樣的產品中，他們稱之為“完整的傳感器生態系統”.Atmel認為，同時分析和融合來自不同傳感器和傳感器類型的數據并不是它可以單獨處理的任務。為了克服這些復雜性，該公司與眾多的傳感器制造商和傳感器融合專家合作，提供完整，易于實施的傳感器集線器解決方案。

目前的趨勢是將MCU與三個或更多MEMS傳感器組合在一個封裝中。其中一個例子是意法半導體的LIS331EB，它將高精度三軸數字加速度計與微控制器結合在一個3 x 3 x 1 mm封裝中。該微控制器是一款超低功耗ARM Cortex-M0，具有64 KB閃存，128 KB RAM，嵌入式定時器，2xI2C（主/從）和SPI（主/從）。LIS331EB還可以內部處理外部傳感器（總共9個）檢測到的數據，例如陀螺儀，磁力計和壓力傳感器。作為傳感器集線器，它將所有輸入與iNEMO Engine軟件融合在一起。STMicroelectronics的iNEMO發動機傳感器融合軟件套件采用一套自適應預測和濾波算法來感知（或融合）來自多個傳感器的復雜信息。

飛思卡爾還提供將MCU和傳感器組合在一個封裝中的產品系列。他們的FXLC95000 Xtrinsic運動傳感平臺集成了MEMS加速度計和32位ColdFire MCU。與STMicroelectronics器件類似，FXLC95000可以同時管理來自內部和外部傳感器的數據。飛思卡爾是家推出嵌入式傳感集線器MCU的公司，該集成電路也可根據客戶特定應用和算法進行編程。單個器件可以管理多達16個傳感器輸入，允許從應用處理器卸載校準，補償和傳感器功能。它適用于飛思卡爾或第三方驅動程序。

圖2：采用加速度計的飛思卡爾Xtrinsic FXLC9500 32位MCU傳感器融合中心可實現可擴展，自主，高精度的多傳感器集線器解決方案，并在開放式架構中實現本地計算和傳感器管理。

融合云計算

雖然可以在本地實現相當多的功能，但與云的交互才是真正開始的樂趣所在。遠程傳感器數據可以由傳感器融合設備處理并發送到云以進行記錄，進一步分析，甚至可以訂購動作。

例如，在遠程位置操作的無人值守泵總是存在失效的風險。幾年前，可能已經安裝了一個遠程傳感器來識別它是否正在運行熱或甚至失敗。現在，也可以監控同一個泵的振動，排氣化學，軸承噪音以及周圍的外部條件。預定程序可以使傳感器融合控制器能夠關閉泵或者甚至使其操作循環直到技術人員可以到達。系統還會事先知道是否可能必須更換整個泵或僅僅是一個部件。在這里，傳感器融合解決方案可以消除停機時間以及昂貴的緊急服務呼叫，甚至可以收集數據來分析泵加班的情況。同樣的一般想法適用于監控飛行中的飛機發動機。

云的另一個應用是在那里進行傳感器融合，而不是在現場。利用可用的開源傳感器融合軟件，可以將各個傳感器數據傳輸到服務器，進行處理。

結論

傳感器融合技術已經成熟，并且恰好可以利用傳感器，無線通信和其他技術的發展。除了先進的政府實驗室以外的所有實驗室都無法使用，該技術現已開始供貨，價格甚至適合許多消費產品的BOM預算。

現在，與移動技術和低成本數字傳感器的快速發展密切相關，傳感器融合有望實現爆炸式增長。對于設計工程師來說，現在是應用一些創造性思維并開始實驗的好時機！