一旦降級到航空航天應用,如高度和航向參考系統,慣性傳感器 - 通常在高度集成的慣性測量單元(IMU)中找到,它結合了陀螺儀,加速度計,磁力計和壓力傳感器 - 正在尋找高級游戲的新生命
慣性傳感器檢測和測量加速度,傾斜,沖擊,振動,旋轉和多自由度(DoF)運動。直到最近,它們主要用于慣性導航系統(INS)作為導航技術,其中由加速度計和陀螺儀提供的測量跟蹤物體相對于已知起始點,方向和速度的位置和取向。他們曾經 - 并且 - 被用于飛機,戰術和戰略導彈,航天器,潛艇和船舶等大型應用中。
然而,MEMS技術的進步使得小型INS單元的制造成為可能。它們在更多應用中的使用,包括那些涉及動作捕捉的應用。手勢識別界面就是一個很好的例子。定義的手勢(例如輕擊,雙擊或搖動)允許用戶激活不同的功能或調整游戲控制器的操作模式。在工業中,手勢識別還使得設備在物理按鈕和開關難以操作的地方更加可用。無按鈕設計還可以降低整體系統成本,同時提高最終產品的耐用性,例如水下相機,按鈕周圍的開口會讓水滲入相機機身。
運動感應游戲在早期的世嘉和索尼PlayStation游戲中都可以看到,但真的與Ninetendo Wii一起蓬勃發展。隨著微軟Kinect外設的第一次無控制器游戲,行業迅速升溫,傳感器用于游戲之外的各種應用,如可穿戴設備。
繼Wii之后,然后是Kinect, Razer Hydra,也稱為Sixense TrueMotion,是傳感器實現的最新破壞性游戲技術。設計用于無線運動和方向檢測游戲控制器,它使用磁場可穿戴物體來檢測控制器的絕對位置和方向;它可以全3D實時跟蹤控制器上的玩家雙手,并具有精確的10毫秒刷新率。該控制器具有6個DoF和1 mm和1度的驚人精度。
一些良好的慣性傳感器選項
探索慣性傳感選項的設計人員將在單個封裝中找到更多傳感器而不會受到影響關于性能,小外形尺寸,熱穩定性和機械穩定性,軟件兼容性以及增強的用戶體驗,例如游戲控制中的運動感應真實感。
STMicroelectronics INEMO-M1系統就是一個例子。板(SoB)集成了多個傳感器(加速度計,陀螺儀和磁力計)。作為iNEMO模塊系列中最小的9軸SoB,它集成了6軸地磁模塊,3軸陀螺儀和STM32F103 32位ARM Cortex-M3 32位MCU。該系統級板卡在相同的占位面積和引腳排列中提供可擴展的計算和傳感功能。 INEMO-M1可與ST的傳感器融合軟件結合使用,無縫設計高性能3D定位和動作感應應用 - 這兩者在游戲和可穿戴設備中都很重要。
工程師將找到STEVAL-MKI121V1 Discovery-M1板基于INEMO-M1(圖1),可用于開發慣性傳感器應用。 M1采用開放式架構,因此用戶軟件可輕松訪問MCU和傳感器的外圍設備和通信接口。該架構還減少了對額外外部組件的需求。
為了幫助用戶開發和分析,Discovery-M1演示套件包括用于傳感器輸出顯示的PC GUI和用于快速支持演示板功能使用的固件庫。
圖1:iNEMO M1開發套件允許工程師探索iNEMO模塊系列的第一個9軸運動感應系統(SoB)(由STMicroelectronics提供) ST的iNEMO引擎傳感器融合套件采用過濾和預測軟件,并使用先進的算法以獨立于環境條件的智能方式集成來自多個MEMS傳感器的輸出,以達到最佳性能。 iNEMO引擎與ST的iNEMO慣性模塊相結合,可創建完整且可定制的硬件/軟件多軸MEMS傳感器解決方案。
實時運動傳感器數據融合可改善用戶體驗,提高精度,分辨率,穩定性和在機器人,虛擬現實和用于醫療,健身,運動訓練和分析以及游戲的可穿戴傳感器等應用中的響應時間。
另一個很好的例子是ADI公司的ADIS16407 iSensor器件,一個完整的慣性系統包括三軸陀螺儀,三軸加速度計,三軸磁力計和壓力傳感器。每個傳感器都將供應商的iMEMS技術與信號調理相結合,以獲得最佳性能。工廠校準表征每個傳感器的靈敏度,偏置,對齊和線性加速度。因此,每個傳感器都有自己的動態補償公式,以提高精度。
圖2:ADI公司的ADIS16407為設計人員提供了完整的功能慣性系統(由ADI公司提供)。
ADIS16407為集成精確的多軸慣性傳感提供了一種簡單,經濟的方法,特別是考慮到與分立設計相關的復雜性和投資。所有必要的運動測試和校準都是工廠生產過程的一部分,縮短了系統集成時間。 SPI和寄存器結構為數據收集和配置控制提供了簡單的接口。 ADIS16407采用大約23 mm×23 mm×23 mm的模塊封裝,并具有標準連接器接口。
功能包括三軸數字陀螺儀,數字范圍縮放±75°/秒,±150°/秒,±300°/秒設置,軸到軸對齊,<0.05°,三軸數字加速度計,±18 g最小和三軸數字磁力計,最小±2.5高斯,數字氣壓計,10 mbar至1200 mbar,校準壓力范圍為300 mbar至1100 mbar。無需外部配置命令即可實現自主操作和數據采集。
該器件快速響應:ADI公司聲稱啟動時間為210 ms,睡眠模式恢復時間為4 ms。它具有工廠校準的靈敏度,偏置和軸向對準,校準溫度范圍為-40°C至+ 85°C。還包括SPI兼容的串行接口,嵌入式溫度傳感器以及可編程操作和控制。
傳感器驅動的顛覆性技術將在未來繼續成為游戲的一部分。自2006年和2010年成立以來,已有超過9000萬臺Nintendo Wii設備和1000萬臺微軟Xbox 360 Kinect控制臺進入家庭,游戲技術發展正在加速而不是放緩。
更高傳感器融合和測量單元模塊的高級集成可能是新游戲系統的核心。來自YEI Technology的PrioVR游戲套裝(圖3)使用高性能慣性傳感器提供360度低延遲,實時運動跟蹤,無需相機,光學系統,視線或大型,尷尬的設備。
圖3:PrioVR的傳感器放置在游戲者身體的關鍵點上,以捕捉動作并在屏幕上實時轉換。 PrioVR是無線的,允許多個同時用戶,并且可以在室內或室外,任何大小的捕獲空間中工作。
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