现在,智能手机的设计中正广泛使用加速度计、陀螺仪等各种传感器,而用来测量空气压力的气压传感器则没有那么多人知晓。目前,这种传感器不仅被集成到智能手机中,而且在许多可穿戴设备中也变得越来越流行。

气压传感器可测量大气压力,因而可用于进行天气预报。此外,气压受高度变化影响,因此这种传感器可提供高度信息。那么,气压传感器有哪些代表性的应用,它在消费电子设备中又能实现怎样的妙用呢?

气压传感器的典型应用

天气预报 气压数据和天气情况直接相关,因此气压传感器可用来进行天气预报。随着压力传感器在智能手机中逐渐普及,天气app便可以利用来自人群的气压数据来提高天气预报的准确性。

当然,要想使天气预报准确,智能手机需要考虑到用户当前的高度,因为这会对测量到的气压值产生影响。这可以借鉴当地气象站的气压数据或数据库的地图数据得到。

室内导航及室外GPS数据修正 室内导航是气压传感器的一个典型应用。在这种应用中,我们可以利用空气压力数据,确定用户当前位于建筑物中的哪个楼层,进而查明某个人在商场或地下停车场的行进路线。

在shopping mall等大型封闭场所中,由于GPS信号受到阻挡,我们无法通过GPS系统来导航。为了在这种受屏蔽的环境中实现导航,我们可以结合气压传感器(高度)和加速度计(计步)的数据来实现室内导航。

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此外,即使是在室外环境中,GPS技术也有局限性。GPS导航可能受到树木、大楼、恶劣天气情况或收星数不足的影响。通过添加气压传感器,智能手机能够将测量到的高度数据与数据库中的数据做比较,来补偿GPS的定位误差。

健身跟踪 气压传感器也有助于提高健身追踪器的精度,特别是在计算热量的应用中。通常情况下,卡路里消耗不仅取决于加速度计得到的计步数据,还取决于个人的生理数据(如年龄、体重和身高等)。取决于设备内部的传感器,心率数据或GPS记录的速度、距离和高度也可包括在计算中。

我们知道,跑步、爬楼梯、爬山等运动所消耗的热量各不相同。虽然加速度计可以判断出人在爬坡,但它不能确定这个人是在上坡还是下坡。通过压力传感器引入高度运动数据,再使用相应算法,我们便能精确计算出用户所消耗的能量。

无人机高空检测 我们知道,无人机飞得越高,落地时的冲击越大。通过在无人机和遥控器上分别安装一个气压传感器,通过它们之间的气压差我们便可知道无人机飞行的高度。此外,这也有助于无人机稳定飞行。

有哪些公司在提供压力传感器?

虽然某些应用目前仍处于开发阶段,但气压传感器已经被集成到许多智能手机和可穿戴设备中。例如,博世BMP280是一款为移动应用设计的气压传感器。它拥有低功耗特性,非常适合电池供电设备采用。这款气压传感器采用压阻式技术实现高精度,同时,它提供了良好的线性度、长期稳定性和高EMC鲁棒性。

气压传感器也可以集成到包含多种参数测量的集成传感器中。例如,博世BME680在单个封装中同时提供了气体、气压、湿度和温度测量。

又例如,早前欧姆龙独立型感知绝对压力传感器就开始应用于活动量记录仪中。计步器产品在加入了气压传感器后,可以监测到用户是否处在如爬楼梯、登山这样的上升或下降的行为。众所周知,行走每上升100m,相当于多行进了1km,计步器中气压感应功能的加入可让设备对用户的热量消耗的计算更加精准。

ROHM也开发了面向智能手机、可穿戴设备和活动追踪器等领域的、可检测气压信息、用于高度和高低差检测的气压传感器BM1383GLV。该产品搭载了高精度的检测用MEMS和低功耗高精度A/D转换器,实现了高达±20cm的检测精度(相对气压精度±0.024hPa)。它还采用了独创的校正算法,在IC内部进行温度校正,实现了低温下的高精度气压检测。同时,这使得外部微控制器无需搭载温度校正功能,因此有助于减轻设计负担,实现了传感模块和运算模块的小型化。

气压传感器普遍具有易受环境温度影响,导致气压数据漂移的问题。因此,村田新型气压传感器提供了高精度、低功耗、高温度稳定性。结合静电容量型MEMS技术,它大大改善了新型气压传感器对温度漂移的性能,使其几乎完全可以不受到影响的情况下取得正确的数据。另一方面,该新型传感器降低了噪声水平(0.5Parms),因此可充分实现高精度数据检测。

此外,英飞凌DSP310气压传感器,目标放在智能手机室内导航、店面方向/方位并推播商品快讯或是特价信息。也可以测量室内压力变化, 例如门窗是否有关好或是反向需要空气流通或是有人员进出。另外也可感应气温变化,连接天气预报提醒使用者气温变化。

据称,DSP310气压传感器使用电容式传感器原理, 相比传统压阻式传感器,在温度变化时可提供更高的精度——到±0.006hPa的压力变化,即可检测出±5cm的压力变化。DSP310可在-40度到85度的环境温度、300hPa到1200hPa的环境压力下做准确的压力检测。另外,其包含的FIFO(先进先出)功能可降低系统所需的电流,即延长系统的工作时间。

总结

气压传感器在智能手机和可穿戴设备中正在慢慢普及。它既可以用于天气app,也可以提供高度数据来改进室内导航、健身跟踪以及其他许多应用。随着市场上推出分立和集成式气压传感器,它们在消费产品中的应用将会越来越多。

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