智能传感创新驱动

栏目：公司新闻发布时间：2018-04-23

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2018年4月13日，苏州捷杰传感应中国半导体协会邀请，参加了在南京举办的MEMS技术论坛—智能传感，创新驱动。首席科学家蔡浩原博士作为受邀嘉宾，做了题为《新型智能传感器模块》的特邀报告，与业内专业人士分享和探讨传感技术如何创新改变生活。

1.何为智能？

近年来，“智能”二字在业界和投资界都非常热门，受到大家的追捧。那么智能的定义或者标准是什么呢？

人工智能的鼻祖阿兰.图灵早在上世纪50年代，就为“人工智能”给出了一个很通俗易懂的定义：“如果一台机器能够与人类展开对话（通过电传设备），而不能被人类辨别出其机器身份，那么这台机器可被称为具有智能”。这一标准提出几十年来，尽管时不时有研究者或者公司宣称研究出达到此标准的人工智能软件，然而实际使用中，还有很长的道路需要走。

具体到智能传感器的定义，IEEE协会和教科书上给出这样的定义：“智能传感器是一种将敏感元件、信号处理电路和微处理器集成，兼具信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维与判断功能的传感器。”。

这样的定义为智能传感器定义了一个硬件系统框架，然而，按照这样的定义，我们目前在工业、消费电子领域使用的传感器基本都可称为智能传感器。显然，这样的智能的标准太低了。

我们认为，智能传感器应该对外界信息具有一定的检测、自诊断、数据处理以及自适应能力的传感器。这里，“自适应”是判断传感器智能与否的一个重要标准。传感器在安装部署后，会受到温度、湿度、振动、时间等各种外界因素的影响，能否适应外界条件的变化，给出满足精度要求的读数，是智能为传感器带来的最大好处。

另外，由于微处理器的加入，使得多种传感器信号融合成为可能，结合多种传感器的优点，有可能为我们带来更高精度的传感器。

蔡浩原博士介绍了9轴运动传感器和GPS/IMU两种新型智能传感器模块，并结合自己在传感器行业多年的经验，介绍智能传感器给这个行业带来的新的机遇和挑战。

2.9轴运动传感器

9轴运动传感器包含了3轴加速度计、3轴陀螺仪和3轴磁强计。这3种传感器各有优缺点，比如加速度计可以感应重力矢量，提供俯仰角和翻滚角的信息，然而它的噪声较大，而且动态响应不好；磁强计可以感应地磁矢量，提供一个不会随时间漂移的航向角信息；陀螺仪具有很好的动态响应特性，但是由于积分特性，微小的偏置随着时间积分，会产生巨大的漂移。

通过融合这三种传感器的数据，就有可实现一个测量航向角、俯仰角和翻滚角的运动传感器模块。

运动传感器的应用十分广泛，可应用于动作捕捉、AR/VR和机器人等消费电子和工业场合，可以说，所有与运动检测相关的领域，都需要用到运动传感器。

通过介绍常用的三种数据融合算法：（1）扩展卡尔曼滤波法（EKF）；（2）梯度下降法；（3）互补滤波方法。这三种算法各有优缺点。简单来说，EKF方法滤波效果较好，可以动态迭代多个参数，但运算复杂度较高，很难在资源有限的嵌入式系统上实现，另外的两种方法运算复杂度低，但对动态幅度大的场合，误差较大。

我们提出了一种融合EKF和互补滤波的融合算法，能够（1）智能检测和消除陀螺仪零点偏置；（2）根据外部振动幅度，自适应的调整滤波参数；（3）自动磁场校准，抗外部磁场干扰。

通过与某知名品牌的模块进行对比，我们的算法与该模块的性能在+/-1度以内。

● 融合EKF与互补滤波方法

● 智能估计陀螺仪零值偏置

● 自动根据振动幅度，调整滤波参数

● 磁场自动校准

  与某知名品牌 9轴模块对比

MA10静态性能演示

磁场自动校准

MA10在AR眼镜上的应用
   MA10可能是市面上最小的9轴模块

3.高精度车载GPS/IMU模块
随着智能时代的到来,车载GPS导航已经获得了广泛的应用,但是由于卫星导航本身的技术缺陷，在高楼林立的城市道路上、高架桥下、大树旁、地下隧道和地下停车场等场所，卫星信号变的非常弱，甚至完全丢失，此时卫星导航就变得无能为力，根本无法提供准确的车辆定位信息，有人开车错过岔道甚至将车直接开入河中也是“情有可原”。

在军工领域已经拥有整套的解决方案，即卫星+惯导融合的组合导航系统，但其高昂的价格让人望而却步，根本无法在车辆上批量化应用。苏州捷杰推出Geniitek-MG10就是一款低价高性能民用车载亚米级智能导航系统。该系统包含支持北斗和GPS的卫星定位接收芯片、三轴陀螺仪、三轴加速度计等，通过在线的自适应智能导航算法，提供实时高精度的车辆定位、测速和测姿信息，解决了困扰车载高精度导航的“难点”。