齐立萍 王栋轩 王静一
【摘 要】伴随着技术的发展，如果手机仅仅作为一种通信工具，已经无法满足当前的需求，人们希望能够将手机变成功能强大的便携式电子设备。手机被寄予的期望日益增高，人们一直在追求提高手机的智能化、人性化程度。这种情况下，传感器得到了越来越普遍的应用。本文主要介绍了不同类型的传感器在智能手机中的应用及其发展趋势。
【关键词】传感器；智能手机；发展趋势
中图分类号： J905 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）03-0140-002
The application and development trend of sensors in smart phones
QI Li-ping WANG Dong-xuan WANG Jing-yi
（Bohai campus of Agricultural University of Hebei， Cangzhou Hebei 061100）
【Abstract】With the development of technology， if the mobile phone is merely a communication tool， it can't meet the current demand， and people want to turn it into a powerful portable electronic device. The expectation of mobile phones is increasing. People have been seeking to improve the intelligence and humanization of mobile phones. In this case， sensors are increasingly used. This paper mainly introduces the application and development trend of different types of sensors in smart phones.
【Key words】Sensor；Smart phone；Trends
0 引言
對于一些数码爱好者而言，他们懂得智能手机的配置参数，如屏幕分辨率、处理器、运行内存等代表着什么意义。当前科技高速发展，人们致力于提高智能手机的配置，这种提高表现在方方面面，不再仅是拘泥于屏幕、CPU等关键参数的提高，而对与用户的互动性要求更高，意味着要有很好的体验感。如今，移动设备的应用软件生态系统持续扩大，传感器在这个过程中发挥的作用不可小觑。手机里各式传感器的发展一日千里，在未来，传感器的种类必将更为繁多，功能也会更为复杂，精确度也会大幅度提升。
1 传感器的定义
国家标准GB7665─87对传感器下的定义是：在规定的范围内，能够感受并测量出一系列的物理量，然后将测量的结果转换成信号传输给控制系统的部件装置，一般由敏感元件和转换元件构成[1]。传感器实际上是用于检测的器件，能将检测到的信息按某种规律转换成电信号等形式进行传输，用于处理、控制、存储等方面，达到自动检测和自动控制的目的[2]。
2 几种典型的传感器
2.1 重力传感器
重力传感器在智能手机中非常常见。它的原理是压电效应，可以测量出重力，并将该力正交分解，即可判断左右方向[3]。
重力传感器的优点是可以准确识别手机的受力情况，它主要用于切换手机横屏和竖屏，在一些游戏程序中也有所应用。
2.2 陀螺仪
物体在旋转过程中其旋转轴的方向不会改变，除非受到外界的影响。陀螺仪就是根据这个原理——用旋转物体的旋转轴来保持方向，制造出来的[4]。要想让陀螺仪迅速旋转，首先要使其受力，获得加速度。陀螺仪旋转的平均速度为每分钟几十万转，故运行时间较长。陀螺仪获取旋转轴当前指向的方位后，就会将数据转化为相应的信息传输给控制系统。陀螺仪内置一个陀螺，其旋转轴因为陀螺原理一直与初始方向保持平行，这样就可以经过计算与初始方向的偏差从而得到实际方向。陀螺仪作为传感器，被设计成构造精细的芯片，芯片内含有直径非常小的陀螺。
陀螺仪能测量转动角速度，且是在设备偏转、倾斜时进行测量，这是和加速度计（G-sensor）的差异之处。在移动设备上，加速度计（G-sensor）不能测量出转动的动作，更不必提测量或完整构建出3D动作了。故加速度计（G-sensor）一般用于测量简单的二维动作。而陀螺仪就可以较为准确的测量出转动、偏转的动作。按照陀螺仪的测量结果，能够准确的判辨用户的现实行动，从而对移动设备做出相应的操作。陀螺仪是在重力传感器的基础上构造出来的，这样说的原因在于重力传感器只能检测两个方位——左和右，而陀螺仪则能检测任何方位。
陀螺仪最开始主要应用于航空航天等方面，随着陀螺仪的微型化，使得陀螺仪能够应用在一些移动设备上，这对提升用户的体验感至关重要。手机里有了陀螺仪传感器后，就能任意固定住一个方向，不管手机向着什么方向挪动或歪斜，这个固定的方向是稳定不变的。比如在部分射击类手游中，射击的靶心是不会改变的，这样就可以不断改变手机的位置来瞄准靶心。通过分析判断使用者的动作达到操控游戏的目的，会有很多创新空间。开发者可以通过陀螺仪检测全方位（3D范围内）动作的结果，实现对游戏的操作，比如，在游戏中，手机可以当作一个方向盘，使用者上下、左右地倾斜手机，屏幕上被操控的对象就可以做上下、左右的动作。由于陀螺仪能够瞬间检测到手机或平板旋转角度的微小变化，且检测结果十分精准，足够满足一些对分辨率和反应速度要求很高的应用，从而较好的提升用户的体验感。除此之外，陀螺仪还可以应用于动作感应的GUI，用户稍微倾斜手机，就能对菜单进行选择，极具人性化。 陀螺仪还有一个非常重要的作用是对拍照进行防抖操作。和相机的光学防抖很像，但陀螺仪的结构相对简单，相当于电子防抖[5]。在移动设备拍照的时候，手在按下快门的瞬间避免不了抖动，陀螺仪通过检测抖动的方向和距离，控制手机弥补与抖动方向相反的相同距离的位移，就可以消除这些抖动[6]。
2.3 距离传感器
距离传感器也是手机中不可或缺的传感器，通常其集成位置靠近听筒。距离传感器首先会发射光脉冲，记下此时的时间；然后测量此光脉冲被物体反射回来的时间，两个时间做差，就可以通过测量时间的方法来测量距离[7]。
距离传感器主要应用于两点：一、通话过程中，距离传感器检测到用户的面部接近听筒，就会使手机“黑屏”，防止用户不小心触碰屏幕，并且节约电量。 二、翻转手机就可以自动挂断。
3 传感器的发展趋势
3.1 多領域应用
近几年里，手机巨头三星在移动设备上增加的功能不胜枚举，在Galaxy S4和S5两款旗舰手机上也可以体现出来。这两款手机都增加了温度和湿度传感器，通过S Health这个应用就可以知道当前的温度和湿度，实现让手机来关注周围的境况。在未来，智能手机既能显示空气质量，还能实时监视污染源或过敏原，并将这些信息发布到互联网上，提示用户关注气候的变化。不仅如此，将来的智能手机还可以追踪用户的心率和监测用户的情绪状态，比如，当你感到焦灼的时候，设备会自行播放轻松缓和的音乐。著名半导体厂商飞思卡尔公司总监Ivan Kari-mi曾说过，即使是一些价格便宜的传感器，也可能实现这一切。在将来，你的设备会观测你的情感，这就意味着，一个手机或平板会比你还了解你本身。
电信业巨头AT&T;的老牌技术员Milosz表达了自己对传感器将来发展的主旋律的推测。Milosz在AT&T;的实验室中承担模块的是移动传感系统和大数据分析。“将来的移动设备中会涌现出更多的传感器。或许我们还会拥有3D立体摄像头、雷达、声纳等，甚至还会有某种形式的传感器可以用于医疗上。我们领会到手机传感器微型化日新月异，我们可以实现的愿望会日渐增多。”
3.2 电子器件的融合
以后MEMS器件或许会把一些常用的手机传感器与应用处理器集成在一起，成为一个 COM（Chip on MEMS），如此一来，不但缩减了面积，节约成本，提高系统的整合性，还有利于开发和应用。譬如加速度计、陀螺仪和重力传感器就可以被集成在一起，用其中一个传感器去弥补另外两个传感器的不足。因此，这三种传感器并不是互相独立的，而是彼此依靠。三者协作组合，更充分发挥各自的特性，给用户带来更好的体验感。
当把传感器集成在一起之后，需要有一个MCU去分析这些传感器的数据，在未来的某一天，应该会将传感器和MCU进行整合，这样等同于将传感器的功能和MCU的功能整合到了一起。
4 结语
目前在智能手机领域里，各类硬件不仅在性能方面堆叠，形形色色的功能堆叠也层见迭出。手机里的大多数新功能都有对应的传感器在支撑，传感器会有更广阔的用武之地， 必将进一步改变我们的生活方式。
【参考文献】
[1]杜丽君.论述传感器在各个领域的应用及其发挥的作用[J].城市建设理论研究（电子版），2015（35）：916-916.
[2]王忠利.传感器在汽车上的应用[C].第三届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集.2006.
[3]李晋宏，李淑伟.基于Ventuz软件的人机交互应用研究[J].计算机光盘软件与应用，2014（6）：74-75，78.
[4]劳永新.从旋转中体会发明之道[J].发明与创新（综合版），2009（3）：13-14.
[5]姚远.智能手机与传感器[J].新电脑，2011（10）：38-41.
[6]刘为.传感器在智能手机中的应用[J].职大学报，2013（6）：76-78，100.
[7]孙晶.传感器的原理与应用研究[J].科技资讯，2011（21）：4-4.
