传感器与嵌入式 嵌入式系统中常见传感器介绍

嵌入式系统中常见传感器介绍

（本文为简单介绍，内容取材网络）

传感器是嵌入式系统接入外部环境信息的重要接口,根据测量物理量的不同,传感器可以分为温度传感器、湿度传感器、压力传感器、加速度传感器等多种类型。选择合适的传感器,对于实现嵌入式系统的控制和互动功能至关重要。

温度传感器根据温度敏感特性的不同,可以使用热电偶、热敏电阻、热敏二极管等来测量环境温度。这些传感器输出的电压或电阻值与温度成正比或成反比关系,通过信号转换和计算,可以实现温度的精确测量。

湿度传感器常用的有电容式湿度传感器和电阻式湿度传感器。电容式湿度传感器使用湿敏电容测量空气中的水分子含量,从而检测相对湿度。电阻式湿度传感器中含水膜包裹的电极会因吸湿而改变电阻值,根据电阻值变化计算空气湿度。

压力传感器也有多种类型,如电阻应变片、电容式压力传感器、压电压敏传感器等。其工作原理是基于物理压力作用产生的电参数变化,通过检测电参数计算压力大小。

加速度传感器用于测量运动物体的加速度变化。其核心部件是悬浮的质量块和压敏电阻。当外加加速度时,质量块会因惯性作用使压敏电阻产生微小变形,由此检测加速度变化。

光敏传感器利用光电效应或光伏效应,在受光时产生电流或电压信号。常用的光敏器件有光敏二极管、光敏三极管、光电池、光敏电阻等。应用光敏传感器可以检测光线强度或实现物体遮挡检测。

声音传感器是一种特殊的压力传感器,可以将声音信号转化为电信号。常用的声音传感器有压电式、电容式和电阻式声音传感器。它们能实时检测环境噪声和特定声音信号的强度和频率特征。

距离传感器测量空间中的距离变化,常用的距离传感器有红外测距模块、超声波测距模块、激光测距模块等。这些传感器发射光或声波,并根据返回信号计算距离。应用距离传感器可实现避障和物体检测等功能。

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哪些传感器嵌入式功能适用于我的应用？

本文介绍部分意法半导体MEMS传感器所具备的嵌入式可编程功能，特别介绍了有限状态机 (FSM)、机器学习内核 (MLC) 和智能传感器处理单元 (ISPU)

意法半导体的数据处理方法不断变化，从传感器连续将数据流式传输到MCU进行处理和分析的标准解决方案，演变为在传感器中本地处理数据的边缘方法。

最近，意法半导体推出了独具匠心的MEMS传感器，它具有可编程逻辑和完全可编程DSP架构，能够降低功耗，减少I²C/SPI总线流量，减轻MCU负荷。

• 这种可编程逻辑架构旨在最大限度降低特定处理模型的功耗，同时可以运行FSM和MLC算法。触发中断时，MCU读取模型结果，还可以读取原始数据

• 完全可编程DSP可以实现在传感器内部运行的任何自定义代码（需考虑计算和编译限制），MCU从传感器中读取处理后的数据。

2. 有限状态机 (FSM)

有限状态机是一种行为模型，由有限数量的状态组成，且状态之间会发生特定迁移，类似于流程图，能够处理内部和外部数据（通过传感器集线器配置）。多个状态机可以并行运行。

有限状态机方法适用于需要识别用户定义手势模式的所有应用。

最新意法半导体传感器采用FSM模型，并引入了自适应自配置 (ASC) 功能。这意味着，可以利用FSM中断来触发器件设置更改（包括ODR、FS、BW、功率模式和FIFO），因此MCU可以保持睡眠模式。

3. 机器学习内核 (MLC)

机器学习内核包含一组可配置参数和决策树。决策树的表示形式为二进制树，包含两类节点 - 内部节点和叶节点。决策树的内部节点按照 (if-then-else) 方法分成两个子节点，以便进入下一路径（可以是true或false）。决策树的叶节点不包含任何子节点，只包含一个用户定义的类 - 结果

适用于通过归纳方法实现的应用，该方法涉及从观察结果中搜索模式。这类应用包括：活动识别、健身活动识别、运动强度检测、振动强度检测、携带位置识别和环境感知。

4. 智能传感器处理单元 (ISPU)

ISPU是一种小巧紧凑的超低功耗高性能可编程内核，它基于意法半导体开发的专有架构。这款内核支持处理内部（加速度计、陀螺仪和温度传感器）和外部（通过传感器集线器连接到传感器）数据。ISPU可以运行意法半导体ISPU工具链编译的C语言算法，也可以使用NanoEdge AI Studio生成异常检测库。该器件具备灵活的编程能力，适用于在不使用MCU的情况下，实现任何AI、传感器融合算法。

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