garfield

【原创】物联网之传感器融合

0
阅读(1723)

物联网时代已经到来了,随着物联网的快速发展已经智能移动设备的大量应用,智能传感器被广泛的应用在生活的各个方面,借助于微机电系统(MEMS)的基数进步,传感器技术正在向着微型化和智能化迈进。

传感器现在用于各种应用中,如智能移动设备、汽车系统、工业控制、医疗保健、石油勘探和气候监测·传感器无处不在,现在传感器技术已开始密切模仿终极感知设备, 即人类。各种传感器采集了大量的数据,其中包含了我们所需要的各种信息,但是这大量的信息需要采取专门手段来提取,而且需要将各种传感器所采集的数据进行融合,这就使传感器融合技术显得十分必要了。
传感器融合支持环境感知这对物联网(loT) 来说蕴藏着巨大潜力。传感器融合针对远程情感计算(情感感测和处理)的演进在未来还可能产生激动人心的新应用'包括智能医疗。然而,这些功能也带来了物联网监管中需要解决的严重的隐私问题。随着传感器融合和REC技术的使用不断增加,将采集大量的环境感知数据·这些数据结合物联网对"空中全球神经网络"和基于云的处理资源的访问,将进一步推动为给定情况提供自定义的环境感知服务。这些服务可基于单个用户正在做什么、设备正在做什么、基础设施正在做什么、大自然正在做什么等环境,以及所有上述内容的各种组合。

以人体为例,我们先来人类是如何进行传感器融合的。-个人在许多方面体验外部世界。视觉、昕觉、化学感觉(噢觉和昧觉)和表面感觉(触觉)都提供关于-个人周围环境的感官信息,这些信息通过外周神经系统(PNS)传递给大脑。然后大脑决定如何晌应-个给定的情况就体验。PNS对它传输的信息不制定复杂的决策,这些决策由大脑制定·对感觉输入,大脑的反应是发送运动信息,这是人类对输入的晌应。例如,一个行人看到一辆汽车向他开过来,他的大脑告诉他的肌肉以更快的速度走到路的另-边,避免发生事故·人还接收来自他们内脏器官的信息,其中一些信息非常明显,如胃疼。还有其他类型的体内信息是人无法感知的,如血压,这些信息用于调节人体的内部环境。大脑是最终的决策者。然而,如果没有外周神经系统带来感知信息并发出运动信息,人将无法行走、说话或我们经常认为理所当然的许多其他功能。大脑经常使用多个感官输入源来验证事件,并完善非"完整性"信息,从而做出决策。例如,人可能看不到汽车引擎盖下的火焰,但橡胶燃烧的气昧和仪表盘散发的热量将告诉大脑需要离开这辆汽车,因为引擎起火了。在这种情况下'使大脑做出反应的信息大于独立感应输入之和。

image

那么,传感器融合是如何工作的呢?举个例子,电子罗盘。电子罗盘是基本的传感器融合示例,它结合了3D磁力计和3D加速度传感器提供罗盘功能。更复杂的传感器融合技术增强了用户体验,充分利用3D加速叶、3D陀螺锐和3D磁力计,并将他们融合在-起·每种传感器都有其独特的功能,但也有其周限性:
·加速计x 轴、y袖和z轴线性运动感测,但对震动比较敏感
·陀螺仪:俯仰、翻转和方位角感测,但有零位漂移
·磁力计:x 袖、y袖和z轴磁场感测,但对磁干扰比较敏盛
传感器融合将所有这些技术结合在-起,接收来自多个传感器的同时输入 ,并对输入进行处理,产生-个综合了各个部件输出的量的最终输出值(即传感器融合使用特殊算法和滤波技术,消除了各个独立传感器的不足之处-这类似于人类处理的过程。

2012 年,飞思卡尔推出了面向windows8的12轴Xtrinsic传感器平台,提供了12- DoF传感器融合解决方案,该解决方案除包括3D加速计,3D陀螺仪和3D磁力计之外还有气压传感器、温度传感器和环境光感测功能。

飞思卡尔面向Windows80S 的12轴Xtrfnsic传感器平台
这个全面的硬件和软件解决方案使用飞思卡尔32位MCU 融合了加速计、磁力计和陀螺仪数据,并提供了易于集成的特性,从而简化了开发。微软的windonws8 os针对平板电脑、笔记本电脑和其他移动设备借助个人计算机的计算能力,扩展了运行智能手机和平扳电脑应用的功能。飞思卡尔凭借其传感器融合平台,从微软获得了Windows8认证,成为第一批获得该认证的公司之一。基本的传感器融合处理需要10-12 MIPS. 对于9-DoF传感器融合,这种要求可达到18-20MIPS处理周期。有各种方法可以满足这些处理要求(每种方法都有优缺点) .包括为传感器处理添加专用的协处理器,或使用有足够的性能扩展空间、允许随着时间的推移增加新功能的功能强大的MCU.
image

在物联网中充分利用传感器融合
联网包含了许多应用实例一一从互连家居和城市、互连的汽车和道路到跟踪个人 的行为并使用采集的数据来推送服务的设备。物联网是一种普遍的空中全球神经网络,将触及我们生活的各个方面,从技术角度看,物联网被定义为与其他机器、对象、环境和基础设施进行交互和通信的智能机,会产生大量数据,并将这些数据处理成有用的信息。

image

物联网技术实现的主要功能是:

image

情景感知:情景的定义是构成时间、声明、情况或想法的设置的情况或事实。在软件编程中,开发情景感知的应用这一想法已经提出有一段时间了。简单点儿说,情景感知就是用来明确时间、地点、人物、环境特点、时间内容,软件设计人员使用情景信息确定某种情况的发生,然后在应用中解码一系列的行为。

传感器融合支持环境感知:

image

为了进行处理而传输的环境数据

image

环境助力大数据处理

image

好了,先说到这里,我的理解可能也不是很准确,欢迎拍砖。

Baidu
map