傳感器融合--為了提高應(yīng)用或系統(tǒng)的性能，將來(lái)自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能組合，為MEMS產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了蓬勃的發(fā)展機(jī)會(huì)。由于潛力誘人，其帶來(lái)的益處包括有能力滿足異構(gòu)嵌入式系統(tǒng)中功耗、性能、成本要求（包括手機(jī)和平板電腦），因此傳感器融合正在迅速走向商業(yè)化。

我們調(diào)查了幾個(gè)MEMS產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(MIG)成員企業(yè)各自的傳感器融合方法，提供一個(gè)行業(yè)解決方案的大概情況。意法半導(dǎo)體的MEMS產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Jay Esfandyari說(shuō)：“ST的傳感器融合使用了一系列數(shù)字濾波算法來(lái)彌補(bǔ)分立傳感器在輸出動(dòng)態(tài)信息精度上的不足，如可以用于定位服務(wù) ”。雖然“傳感器融合”在技術(shù)詞典中有描述，但是“多傳感器數(shù)據(jù)融合”才更準(zhǔn)確地描述了這一功能。

Movea（已被InvenSense收購(gòu)）全球營(yíng)銷經(jīng)理Dave Rothenberg，已經(jīng)加入意法半導(dǎo)體數(shù)據(jù)融合“陣營(yíng)”。他解釋說(shuō),“在芯片上普遍需要越來(lái)越多額外的傳感器，我們同時(shí)看到了支持新的數(shù)據(jù)資源的需求。傳感器數(shù)據(jù)融合不僅來(lái)自傳感器，而且還來(lái)自如地圖數(shù)據(jù)和生物力學(xué)數(shù)據(jù)。”

飛思卡爾半導(dǎo)體系統(tǒng)工程師Mike Stanley說(shuō)過(guò)，如果實(shí)現(xiàn)傳感器融合，整體一定大于各個(gè)部分的總和。他指出，“傳感器融合讓設(shè)計(jì)師權(quán)衡各種傳感器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)以達(dá)到更優(yōu)化”“利用傳感器之間已知數(shù)據(jù)的冗余和利用系統(tǒng)傳遞函數(shù)、動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)的知識(shí)，傳感器融合提高了計(jì)算結(jié)果的總體質(zhì)量和噪聲水平。

Kionix 的市場(chǎng)總監(jiān)Ed Brachocki指出傳感器融合的技術(shù)推動(dòng)因素是“移動(dòng)操作系統(tǒng)如微軟的WIN8和谷歌的安卓增加了多使用多傳感器應(yīng)用的支持。”他說(shuō)到“它們推動(dòng)了靈活、可擴(kuò)展軟件方案的需求，這些方案可以實(shí)現(xiàn)資源的智能管理。”

作為MEMS聯(lián)盟生態(tài)系統(tǒng)成員，這些MIG成員在解釋傳感器或數(shù)據(jù)融合“是什么？”和“為什么？”上彼此分享了大量共同的理念。但是對(duì)于“怎么做？”時(shí)，卻顯得各有絕活。

融合庫(kù)軟件

Bosch Sensortec的電子羅盤傳感器融合庫(kù)支持3軸的地磁傳感器和3軸加速計(jì)。實(shí)現(xiàn)了6軸自由度（DOF），這個(gè)軟件可以支持傾斜補(bǔ)償、加速電子羅盤、校正兩極磁性偏移和加速計(jì)數(shù)據(jù)輸出。

在2012年的國(guó)際消費(fèi)電子展上，Bosch Sensortec 將6軸的解決方案擴(kuò)展到完整的9軸傳感器融合庫(kù)，通過(guò)增加3軸陀螺儀支持。傳感器融合軟件給廠商為導(dǎo)航和運(yùn)動(dòng)控制提供了一個(gè)完整的即插即用系統(tǒng)解決方案。

Bosch Sensortec 給消費(fèi)者提供了適應(yīng)不同風(fēng)格的安卓、Windows Phone以及其他操作系統(tǒng)架構(gòu)的帶傳感器融合解決方案的軟件庫(kù)版本。

傳感器融合能帶來(lái)事半功倍的效果，根據(jù)Bosch Sensortec全球市場(chǎng)總監(jiān)Leopold Beer所說(shuō)：“智能傳感器融合軟件不僅增加了原始傳感器數(shù)據(jù)到一個(gè)系統(tǒng)，而且它通過(guò)先進(jìn)的算法增強(qiáng)了輸出結(jié)果。這把設(shè)計(jì)工程師將多個(gè)傳感器集成到一個(gè)應(yīng)用的重壓下解放出來(lái)，從而加快了從設(shè)計(jì)到出貨的周期。”

代碼融合

針對(duì)它的磁性羅盤，飛思卡爾提供了先進(jìn)的6軸（加速器和磁強(qiáng)計(jì)）融合代碼。公司包括硬件/軟件鐵磁補(bǔ)償解決方案，自動(dòng)糾正多種形式的磁場(chǎng)畸變引起的錯(cuò)誤。他們還提供了一個(gè)簡(jiǎn)單測(cè)量代碼，它可以直接在他們的MMA955xL 智能運(yùn)動(dòng)傳感平臺(tái)運(yùn)行。

如果使用專門的飛思卡爾的Xtrinsic傳感器，飛思卡爾的基本電子羅盤（被稱為Ecompass）的傳感器融合軟件可以直接以源代碼提供了。簡(jiǎn)單測(cè)量法和先進(jìn)的磁強(qiáng)計(jì)補(bǔ)償程序只針對(duì)飛思卡爾產(chǎn)品。飛思卡爾正在利用陀螺補(bǔ)償磁強(qiáng)計(jì)和加速器讀數(shù)來(lái)開發(fā)一個(gè)9軸的解決方案。2012年，該公司在Android / Windows的堆棧面向更高水平提供信息進(jìn)行定位服務(wù)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和其他先進(jìn)的應(yīng)用程序。（請(qǐng)看圖1）

圖1 飛思卡爾的Xtrinsic傳感器融合算法允許設(shè)計(jì)師延伸智能手機(jī)、平板和其他智能設(shè)備的體驗(yàn)，它需要多傳感技術(shù)和移動(dòng)智能傳感系統(tǒng)。

可擴(kuò)展式融合

在2012年國(guó)際消費(fèi)電子展上，Kionix正式推出了它的融合解決方案，完全可擴(kuò)展，新的融合軟件可用于加速計(jì)和磁力計(jì)(AM)、加速計(jì)和陀螺儀(AG)、加速計(jì)、磁力計(jì)和陀螺儀(AMG)組合。Kionix軟件瞄準(zhǔn)的目標(biāo)是智能手機(jī)、平板電腦和其他移動(dòng)設(shè)備，支持實(shí)時(shí)的、帶浮點(diǎn) 32位的手機(jī)操作系統(tǒng)包括Android和iCore Windows 8。

新軟件可以兼容Kionix傳感器。它還針對(duì)手勢(shì)識(shí)別,活動(dòng)監(jiān)視或其他可取的功能提供第三方傳感器以及第三方或定制開發(fā)軟件。

融合套件

來(lái)自意法半導(dǎo)體的 iNEMO 引擎?zhèn)鞲衅魈准腔诳柭鼮V波理論，并且使用了一系列自適應(yīng)預(yù)測(cè)和濾波算法，這使得來(lái)自多個(gè)傳感器（包括加速度計(jì)、陀螺儀(圖2)指南針和壓力傳感器）的復(fù)雜信息變得有意義了。

軟件自動(dòng)糾正傳感器之間的測(cè)量失真、誤差和干擾，提高動(dòng)作感應(yīng)的實(shí)用性。意法半導(dǎo)體的iNEMO 引擎?zhèn)鞲衅魅诤咸准╥NEMO 引擎精簡(jiǎn)版（一個(gè)免費(fèi)的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)評(píng)估的軟件庫(kù)）和iNEMO 引擎專業(yè)版（一個(gè)針對(duì)多個(gè)傳感器輸出處理的帶數(shù)據(jù)融合算法的編譯好的軟件庫(kù)），可定制不同的操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)。iNEMO（使用意法半導(dǎo)體或者第三方的傳感器）是一個(gè)物有所值的引擎。

深度融合

運(yùn)動(dòng)處理軟件專家Movea的目標(biāo)也是讓傳感器更容易使用。通過(guò)與合作伙伴緊密配合，希望能將其軟件作為固件放在內(nèi)存中，或者甚至是用硬件實(shí)現(xiàn)算法。同時(shí)，Movea提供工作來(lái)幫助開發(fā)者編寫自己的應(yīng)用軟件。

更多傳感器處理能力的需求促使傳感器中樞（SensorHub）的出現(xiàn)，Movea為傳感器中樞提供固件，不同應(yīng)用固件不同：消費(fèi)電子嵌入手勢(shì)控制固件、體育運(yùn)動(dòng)嵌入運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤固件。Movea現(xiàn)在與Freescale合作，將運(yùn)動(dòng)處理軟件以固件形式植入Freescale的基于微處理器的傳感器中樞。這兩家公司計(jì)劃共同推出應(yīng)用方案開發(fā)板，包含處理器、傳感器和軟件，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、導(dǎo)航和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，目標(biāo)客戶為手機(jī)制造商。

在傳感器供應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)中，Movea 具有特殊的地位。Rothenberg 解釋說(shuō)，該公司和所有的主流傳感器供應(yīng)商有著橫跨多個(gè)產(chǎn)品領(lǐng)域的合作關(guān)系。它提供了深入傳感器內(nèi)部的軟件解決方案。通過(guò)“化學(xué)運(yùn)動(dòng)”確定了人類運(yùn)動(dòng)的基本要素。這些“原子”元素，可以組合起來(lái)建立一個(gè)更豐富的，更復(fù)雜的，具有終端用戶運(yùn)動(dòng)特性的分子。然后我們開發(fā)一個(gè)靈活的“化學(xué)”框架與工具，使我們和我們的客戶在幾天內(nèi)快速獲取新的高大上功能。

當(dāng)被問(wèn)及傳感器融合將如何發(fā)展時(shí)Rothenberg預(yù)測(cè)移動(dòng)設(shè)備將發(fā)展成為插滿不同的傳感器的“傳感器Hub”他補(bǔ)充說(shuō)Movea除了加速計(jì)、磁力儀、陀螺儀還在攻克壓力和聲音傳感器。

（編者注：2014年7月12日，智能傳感器解決方案公司InvenSense（NYSE: INVN）宣布將收購(gòu)全球領(lǐng)先的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)融合公司Movea。InvenSense旨在通過(guò)此次收購(gòu)在運(yùn)動(dòng)傳感器和聯(lián)網(wǎng)式（GPS/WIFI）運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)追蹤技術(shù)方面得以提升，此項(xiàng)收購(gòu)的規(guī)模為8100萬(wàn)美元，其中現(xiàn)金部分為7500萬(wàn)美元）

美好的開始

隨著MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器硬件和軟件的供應(yīng)，給傳感器/數(shù)據(jù)融合帶來(lái)了井噴式的市場(chǎng)。OEM廠商能更輕松地在終端用戶應(yīng)用程序中更好地增強(qiáng)動(dòng)作感應(yīng)功能。無(wú)論如何，最后受益的都是消費(fèi)者，因?yàn)槭謾C(jī)/平板電腦/電子閱讀器/游戲控制器在不久的將來(lái)會(huì)一定牢牢吸引他們，在這個(gè)美好的道路上，我們的夢(mèng)想才剛剛啟航。