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關于Android環境傳感器之初探

2018年09月24日 10:41 作者:工程師譚軍 用戶評論(0
  傳感器
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  傳感器(英文名稱:transducer/sensor)是一種檢測裝置,能感受到被測量的信息,并能將感受到的信息,按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出,以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。
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  傳感器的特點包括:微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化。它是實現自動檢測和自動控制的首要環節。傳感器的存在和發展,讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官,讓物體慢慢變得活了起來。通常根據其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。
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  主要作用
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  人們為了從外界獲取信息,必須借助于感覺器官。
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  而單靠人們自身的感覺器官,在研究自然現象和規律以及生產活動中它們的功能就遠遠不夠了。為適應這種情況,就需要傳感器。因此可以說,傳感器是人類五官的延長,又稱之為電五官。
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  新技術革命的到來,世界開始進入信息時代。在利用信息的過程中,首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息,而傳感器是獲取自然和生產領域中信息的主要途徑與手段。
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  在現代工業生產尤其是自動化生產過程中,要用各種傳感器來監視和控制生產過程中的各個參數,使設備工作在正常狀態或最佳狀態,并使產品達到最好的質量。因此可以說,沒有眾多的優良的傳感器,現代化生產也就失去了基礎。
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  在基礎學科研究中,傳感器更具有突出的地位。現代科學技術的發展,進入了許多新領域:例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙,微觀上要觀察小到fm的粒子世界,縱向上要觀察長達數十萬年的天體演化,短到 s的瞬間反應。此外,還出現了對深化物質認識、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術研究,如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強磁場、超弱磁場等等。顯然,要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息,沒有相適應的傳感器是不可能的。許多基礎科學研究的障礙,首先就在于對象信息的獲取存在困難,而一些新機理和高靈敏度的檢測傳感器的出現,往往會導致該領域內的突破。一些傳感器的發展,往往是一些邊緣學科開發的先驅。
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  傳感器早已滲透到諸如工業生產、宇宙開發、海洋探測、環境保護、資源調查、醫學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之泛的領域。可以毫不夸張地說,從茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各種復雜的工程系統,幾乎每一個現代化項目,都離不開各種各樣的傳感器。
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  由此可見,傳感器技術在發展經濟、推動社會進步方面的重要作用,是十分明顯的。世界各國都十分重視這一領域的發展。相信不久的將來,傳感器技術將會出現一個飛躍,達到與其重要地位相稱的新水平。
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  主要特點
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  傳感器的特點包括:微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網絡化,它不僅促進了傳統產業的改造和更新換代,而且還可能建立新型工業,從而成為21世紀新的經濟增長點。微型化是建立在微電子機械系統(MEMS)技術基礎上的,已成功應用在硅器件上做成硅壓力傳感器
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  傳感器的組成
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  傳感器一般由敏感元件、轉換元件、變換電路和輔助電源四部分組成。
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  敏感元件直接感受被測量,并輸出與被測量有確定關系的物理量信號;轉換元件將敏感元件輸出的物理量信號轉換為電信號;變換電路負責對轉換元件輸出的電信號進行放大調制;轉換元件和變換電路一般還需要輔助電源供電
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  主要功能
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  常將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比擬:
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  光敏傳感器——視覺
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  聲敏傳感器——聽覺
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  氣敏傳感器——嗅覺
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  化學傳感器——味覺
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  壓敏、溫敏、
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  流體傳感器——觸覺
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  敏感元件的分類:
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  物理類,基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應。
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  化學類,基于化學反應的原理。
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  生物類,基于酶、抗體、和激素等分子識別功能。
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  通常據其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類(還有人曾將敏感元件分46類)。

  光傳感器(Light Sensor)

  光傳感器主要用來檢測手機周圍光的強度,與其他傳感器不同的是,該傳感器只讀取一個數值即手機周圍光的強度。光線傳感器輸出的值以 lux 為單位,通常的動態范圍為1~30000lux。光線傳感器的分辨率為1lux。

  光線傳感器通常被用于根據環境光線來調節屏幕亮度。

  光線傳感器中定一個常量值(SensorManager):

  LIGHT_NO_MOON = 0.001f luminance at night with no moon in lux(沒有月亮的晚上)

  LIGHT_FULLMOON = 0.25f luminance at night with full moon in lux(滿月的晚上)

  LIGHT_CLOUDY = 100.0f luminance under a cloudy sky in lux(陰天)

  LIGHT_SUNRISE = 400.0f luminance at sunrise in lux(日出時分)

  LIGHT_OVERCAST = 10000.0f luminance under an overcast sky in lux(多云天氣)

  LIGHT_SHADE = 20000.0f luminance in shade in lux(日光下的物體影子里)

  LIGHT_SUNLIGHT = 110000.0f luminance of sunlight in lux(陽光明媚)

  LIGHT_SUNLIGHT_MAX = 120000.0f Maximum luminance of sunlight in lux(比上一個還要明媚)

  接近傳感器(Proximity Sensor)

  接近傳感器包含一個在光電探測器邊上的弱紅外 LED(發光二極管),當有物體距離傳感器足夠近時,光電探測器會檢測到物體反射的紅外光。

  LED 并不是一直亮著,而是以一定的脈沖開關。光電探測器鎖定在一定的脈沖頻率上從而讓光電探測器對在該頻率內未改變的光線并不敏感。光電探測器只會捕捉以 LED 準確頻率為脈沖的光線。脈沖頻率并不可控,因為接近傳感器器通常是在內部檢測光電探測器信號的第三方硬件,它只確定接近狀態,通常只能為應用程序提供遠或近兩種狀態。

  一些接近傳感器會測量以厘米為單位的傳感器與物體之間的距離,另外一部分接近傳感器則用來測量在一個閥值距離內物體是否存在。

  二元傳感器典型的動態范圍在5cm 左右,更有意義的數據是范圍在2cm 到4cm 的近似距離閥值。

  二元輸出的接近傳感器是基于中斷的,傳感器會在過渡到接近狀態(由近及遠或者由遠及近)

  時產生對 onSensorChanged() 方法的調用。

  氣壓傳感器(Pressure Sensor)

  氣壓傳感器用來測量的是 MEMS 氣壓。典型的 MEMS 壓力傳感器的測量范圍是300~1100 mbar,分辨率為0.01mbar。

  氣壓以每小時0.5 millibar(mbar)漂移是正常的。由于大氣潮汐和溫度改變等方面的影響,氣壓一般周期性(每天)的上升下降兩次。

  通過使用 SensorManager.getAltitude(float p0, float p)可以根據氣壓計算出海拔高度(單位米)。該方法基于測出的壓力 p 和海平面壓力 p0,使用一個標準的物理公式來計算海拔高度(標高)。海平面的壓力可以使用:

  SensorManager.PRESSURE_STANDARD_ATMOSPHERE 給出了基于相對海拔高度的標準氣壓1013.25f。

  氣象站一般會給出平均海平面壓力。

  SensorManager.getAltitude使用的計算公式如下所示:

  h(p0,p)=T0L(1?(pp0)RLgM)=44330?(1?(pp0)15.255)h(p0,p)=T0L(1?(pp0)RLgM)=44330?(1?(pp0)15.255)

  T0T0 為海平面標準溫服,L 為溫度遞減速率,R 為通用氣體常數,g 為重力加速度,M 為干燥空氣的摩爾質量。

  相對濕度傳感器(Relative Humidity)

  相對濕度傳感器以當前空氣中的水蒸氣百分比提供當前環境濕度。如果設備上同時存在溫度傳感器和相對濕度傳感器, 那么就可以計算當前環境的露點溫度(水蒸氣達到凝結點的溫度)和絕對濕度(指定體積的空氣中水的質量)。

  露點溫度計算

  露點溫度是給定體積的氣體在恒定的大氣壓力下,水蒸汽由氣體轉換成水的溫度,下面顯示了如何計算露點的公式:

  td(t,RH)=Tn?ln(RH100%)+mtTn+tm?(ln(RH100%)+mtTn+t)td(t,RH)=Tn?ln(RH100%)+mtTn+tm?(ln(RH100%)+mtTn+t)

  其中

  tdtd 為露點溫度,單位:攝氏度

  t 為實際溫度,單位:攝氏度

  RH 為實際的相對濕度,單位:百分比

  m 為17.62

  TnTn 為243.12

  絕對濕度

  絕對濕度是給定體積的空氣中水的質量。絕對濕度的測量單位是:克/立方米(grams/meter3meter3),以下是計算絕對濕度的公式:

  dv(t,RH)=216.7?A?RH100%?exp(m?tTn+t))273.15+tdv(t,RH)=216.7?A?RH100%?exp(m?tTn+t))273.15+t

  其中

  dvdv 為絕對濕度,單位為 (grams/meter3meter3)

  t 為實際溫度,單位:攝氏度

  RH 為實際相對濕度,單位:百分比

  m 為17.62

  TnTn 為243.12 攝氏度

  A 為 6.112 hPa

  環境溫度傳感器(Ambient Temperature)

  環境溫度傳感器提供當前環境的溫度,以攝氏度為單位。環境溫度傳感器是為了取代正在被逐漸淘汰的 TYPE_TEMPERATURE。

  溫度傳感器 (Temperature)

  Android 溫度傳感器用于檢測 CPU 溫度。從而對內部硬件進行校準。自 Android 4.0之后,該傳感器逐漸被淘汰,取而代之的是環境溫度傳感器。


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( 發表人:金巧 )

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