智能傳感創新驅動

欄目：》公司新聞發布時間：2018-04-23

2018年4月13日，蘇州捷杰傳感應中國半導體協會邀請，參加了在南京舉辦的MEMS技術論壇—智能傳感，創新驅動。首席科學家蔡浩原博士作為受邀嘉賓，做了題為《新型智能傳感器模塊》的特邀報告，與業內專業人士分享和探討傳感技術如何創新改變生活。

1.何為智能？

近年來，“智能”二字在業界和投資界都非常熱門，受到大家的追捧。那么智能的定義或者標準是什么呢？

人工智能的鼻祖阿蘭.圖靈早在上世紀50年代，就為“人工智能”給出了一個很通俗易懂的定義：“如果一臺機器能夠與人類展開對話（通過電傳設備），而不能被人類辨別出其機器身份，那么這臺機器可被稱為具有智能”。這一標準提出幾十年來，盡管時不時有研究者或者公司宣稱研究出達到此標準的人工智能軟件，然而實際使用中，還有很長的道路需要走。

具體到智能傳感器的定義，IEEE協會和教科書上給出這樣的定義：“智能傳感器是一種將敏感元件、信號處理電路和微處理器集成，兼具信息檢測、信息處理、信息記憶、邏輯思維與判斷功能的傳感器。”。

這樣的定義為智能傳感器定義了一個硬件系統框架，然而，按照這樣的定義，我們目前在工業、消費電子領域使用的傳感器基本都可稱為智能傳感器。顯然，這樣的智能的標準太低了。

我們認為，智能傳感器應該對外界信息具有一定的檢測、自診斷、數據處理以及自適應能力的傳感器。這里，“自適應”是判斷傳感器智能與否的一個重要標準。傳感器在安裝部署后，會受到溫度、濕度、振動、時間等各種外界因素的影響，能否適應外界條件的變化，給出滿足精度要求的讀數，是智能為傳感器帶來的最大好處。

另外，由于微處理器的加入，使得多種傳感器信號融合成為可能，結合多種傳感器的優點，有可能為我們帶來更高精度的傳感器。

蔡浩原博士介紹了9軸運動傳感器和GPS/IMU兩種新型智能傳感器模塊，并結合自己在傳感器行業多年的經驗，介紹智能傳感器給這個行業帶來的新的機遇和挑戰。

2.9軸運動傳感器

9軸運動傳感器包含了3軸加速度計、3軸陀螺儀和3軸磁強計。這3種傳感器各有優缺點，比如加速度計可以感應重力矢量，提供俯仰角和翻滾角的信息，然而它的噪聲較大，而且動態響應不好；磁強計可以感應地磁矢量，提供一個不會隨時間漂移的航向角信息；陀螺儀具有很好的動態響應特性，但是由于積分特性，微小的偏置隨著時間積分，會產生巨大的漂移。

通過融合這三種傳感器的數據，就有可實現一個測量航向角、俯仰角和翻滾角的運動傳感器模塊。

運動傳感器的應用十分廣泛，可應用于動作捕捉、AR/VR和機器人等消費電子和工業場合，可以說，所有與運動檢測相關的領域，都需要用到運動傳感器。

通過介紹常用的三種數據融合算法：（1）擴展卡爾曼濾波法（EKF）；（2）梯度下降法；（3）互補濾波方法。這三種算法各有優缺點。簡單來說，EKF方法濾波效果較好，可以動態迭代多個參數，但運算復雜度較高，很難在資源有限的嵌入式系統上實現，另外的兩種方法運算復雜度低，但對動態幅度大的場合，誤差較大。

我們提出了一種融合EKF和互補濾波的融合算法，能夠（1）智能檢測和消除陀螺儀零點偏置；（2）根據外部振動幅度，自適應的調整濾波參數；（3）自動磁場校準，抗外部磁場干擾。

通過與某知名品牌的模塊進行對比，我們的算法與該模塊的性能在+/-1度以內。

● 融合EKF與互補濾波方法

● 智能估計陀螺儀零值偏置

● 自動根據振動幅度，調整濾波參數

● 磁場自動校準

  與某知名品牌 9軸模塊對比

MA10靜態性能演示

磁場自動校準

MA10在AR眼鏡上的應用
   MA10可能是市面上最小的9軸模塊

3.高精度車載GPS/IMU模塊
隨著智能時代的到來,車載GPS導航已經獲得了廣泛的應用,但是由于衛星導航本身的技術缺陷，在高樓林立的城市道路上、高架橋下、大樹旁、地下隧道和地下停車場等場所，衛星信號變的非常弱，甚至完全丟失，此時衛星導航就變得無能為力，根本無法提供準確的車輛定位信息，有人開車錯過岔道甚至將車直接開入河中也是“情有可原”。

在軍工領域已經擁有整套的解決方案，即衛星+慣導融合的組合導航系統，但其高昂的價格讓人望而卻步，根本無法在車輛上批量化應用。蘇州捷杰推出Geniitek-MG10就是一款低價高性能民用車載亞米級智能導航系統。該系統包含支持北斗和GPS的衛星定位接收芯片、三軸陀螺儀、三軸加速度計等，通過在線的自適應智能導航算法，提供實時高精度的車輛定位、測速和測姿信息，解決了困擾車載高精度導航的“難點”。