与MEMS的传感器融合：50,000英尺的视图

传感器融合 - 来自多个传感器的数据的智能组合，以提高应用或系统性能 - 使MEMS行业充满希望。具有潜在吸引力的优势包括能够满足或超越异构嵌入式系统（包括移动手机和平板电脑）的功耗，性能和成本要求 - 传感器融合正在迅速进入商业化阶段。

我们对几家MEMS工业集团（MIG）成员公司就其各自的传感器融合方法进行了调查，展示了解决方案的行业快照。对于STMicroelectronics的MEMS产品营销经理Jay Esfandyari，“传感器融合使用一组数字滤波算法来弥补各个传感器输出精确动态信息的缺点，例如可能用于基于位置的传感器。”虽然“传感器融合”在技术词典中占据了一席之地，但“多传感器数据融合”更准确地描述了这一功能。

Movea全球营销经理DaveRothenberg加入ST的数据融合“阵营”。他解释说，随着“其他传感器在设备中越来越常用，我们也看到了支持新数据源的需求。数据融合不仅包括来自传感器的数据，还包括来自地图数据和生物力学数据等来源的数据。”

根据飞思卡尔半导体系统工程师Mike Stanley的说法，在传感器融合方面，整体大于其各部分的总和。“传感器融合让设计师可以权衡各种传感器的优缺点，从而实现更大的优化，”他指出。“利用传感器之间已知的数据冗余并利用系统传递函数，动力学或运动学知识，传感器融合提高了计算结果的整体质量和噪声水平。”

Kionix营销总监EdBrachocki确定了传感器融合的技术驱动因素。“移动操作系统，如微软Windows 8和谷歌Android，”他表示，“越来越多地支持使用多个传感器的应用程序。他们正在推动对灵活，可扩展的软件解决方案的需求，这些解决方案允许对资源进行智能管理。”

作为更大的MEMS生态系统的成员，这些MIG成员在解释“它是什么？”时分享了很多共性。和“为什么？” 传感器/数据融合。但它是“它是怎么回事？” 这揭示了一些有趣的变化。

融合库

博世Sensortec的电子罗盘传感器融合库支持3轴地磁传感器和3轴加速度计的组合。该软件支持6个自由度（DOF），提供倾斜补偿，校准电子罗盘，并校正磁偏移和加速度计输出数据。

在2012年国际消费电子展上，博世Sensortec通过增加对其新型消费者3轴陀螺仪的支持，将其产品从6轴解决方案扩展到完整的9 DOF传感器融合库。传感器融合软件为制造商提供了完整的即插即用系统解决方案，用于导航和运动控制。

博世Sensortec为客户提供适用于各种Android，Windows Phone和其他操作系统架构的传感器融合解决方案的软件库版本。

博世传感器全球营销总监Leopold Beer表示，传感器融合的好处是双重的：“智能传感器融合软件不仅将原始传感器数据添加到一个系统中，还通过高级算法增强了最终输出。使设计人员摆脱在单一应用中集成异构传感器的挑战，从而加快设计到交付周期。“

融合代码

对于其磁罗盘，飞思卡尔提供先进的6轴（加速度计和磁力计）融合代码。该公司包括硬/软铁磁补偿解决方案，可自动纠正由多种形式的磁失真引起的误差。他们还提供直接在MMA955xL智能运动感应平台上运行的测距代码。

用于飞思卡尔基本电子罗盘的传感器融合软件（称为Ecompass）在源代码中提供，仅供飞思卡尔的Xtrinsic传感器使用。计步器和高级磁力计补偿程序仅保留用于飞思卡尔产品。

飞思卡尔正在开发一种9轴解决方案，该解决方案将利用陀螺仪补偿磁力计和加速度计读数。2012年，该公司将与Android / Windows堆栈中的更高级别接口，以提供基于位置的服务，增强现实和其他高级应用程序的信息（参见图1）。

图1：飞思卡尔的Xtrinsic传感器融合算法使设计人员能够利用需要多种传感技术的智能手机，平板电脑和其他智能移动设备扩展用户体验，并转向智能传感系统。

可扩展融合

在2012国际消费电子展上，Kionix推出了传感器融合解决方案。完全可扩展，新的传感器融合软件可用于加速度计和磁力计（AM），加速度计和陀螺仪（AG），以及加速度计，磁力计和陀螺仪（AMG）组合。Kionix软件面向智能手机，平板电脑和其他移动设备，支持实时，浮点和32位手机操作系统 - 包括Android和iCore Windows 8。

新软件可与兼容的Kionix传感器一起使用。它还支持第三方传感器以及第三方或定制开发的软件，用于手势识别，活动监控或其他所需功能。

融合套件

意法半导体的iNEMO发动机传感器融合套件基于卡尔曼滤波器理论，采用一套自适应预测和滤波算法，可以识别来自多个传感设备的所有复杂信息，包括加速度计，陀螺仪（图2），罗盘和压力传感器。

图2：iNEMO Engine Sensor Fusion套件支持STMicroelectronics陀螺仪等复杂设备，此处以横截面显示，以确保高精度和高分辨率。

该软件可自动校正传感器之间的测量失真，不准确性和干扰，从而提高运动感应真实感。意法半导体的iNEMO引擎传感器融合套件包括iNEMO Engine Lite，一个用于运动检测系统评估的免费软件库，以及iNEMO Engine Pro，这是一个编译软件库，具有用于多传感器输出处理的数据融合算法，可针对不同的操作系统进行定制和硬件平台。

与ST和第三方传感器配合使用的iNEMO是“增值元件，购买了与ST传感器一起使用的iNEMO引擎”。

不可知融合

Movea在传感器供应商生态系统中处于独特地位。Rothenberg解释说，该公司“与传感器无关，与其产品的多个版本中的所有主要传感器供应商合作。”

他深入了解了Movea的软件解决方案：“运动化学”，通过该解决方案，它确定了人体运动的基本要素。“这些'原子'元素可以结合起来创造更丰富，更复杂，最终用户运动特征的分子。然后我们开发一个灵活的'化学'框架，其中包含允许我们和我们的客户快速创建新的高价值原型的工具功能通常在几天之内。“

当被问及传感器融合将如何演变时，Rothenberg预测移动设备将发展为具有不同传感器的“传感器集线器”。他补充说，除了加速度计，磁力计和陀螺仪之外，Movea还在处理压力和声音。

一个好的开始

随着MEMS运动传感硬件和软件供应商为市场带来丰富的传感器/数据融合解决方案，OEM将更好地为其终端用户应用中的动作感应功能提供更大的便利性。然而，最终消费者将成为最终的赢家，因为近期的手机/平板电脑/电子阅读器/游戏控制器将以我们刚刚开始想象的方式吸引他们。

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