隨著時間的推移，傳感器已經從簡單的模擬和機械結構演變?yōu)?a href="http://m.1cnz.cn/v/tag/137/" target="_blank">芯片化的數字器件，它可以連接到一個機器并監(jiān)控機器的運行以及環(huán)境狀況。同樣的，傳感器融合——讓多種類型的傳感器一起合作來解決問題——可以把許多其它技術融合并可以創(chuàng)造令人興奮的全新事物。這太令人激動了！

利用一個計算裝置把來自多個傳感器的數據和信息結合起來，得出一個結論，這種做法可以上溯到二十世紀五十年代。但實現起來難度很大。1960年左右，一些數學家開發(fā)了一套算法，試圖在一個機器上基于多個傳感器的輸入得出一個結論。這些過濾器可以除掉噪聲或其它來源引入的無效數據。不久之后，軍方決定采用這項技術。通過對多來源輸入進行處理并與存儲數據相比較，軍方得以更好地跟蹤和識別潛在的空中目標，甚至計算出確切結果。隨著更好的計算機和傳感器出現，該技術也在發(fā)展，但仍然有些問題過于復雜，解決代價也過高。

潛在應用

當微處理器開始出現時，人們把它描繪成一個可以給搜索問題解決方案的裝置，同樣的情況也出現在傳感器融合上。如果你有能力和智慧來監(jiān)控多個傳感器，實時分析數據，并能提供一個簡單的指示或控制行動，則它可以實現的應用簡直撐爆你的腦洞！下面的例子只是淺嘗輒止：

健康監(jiān)測——包括健康的競技人員，病人的監(jiān)護，以及研究

監(jiān)測老人——健康監(jiān)控，以減少人員負擔

汽車，交通運輸系統(tǒng)——監(jiān)測和控制效率及安全功能

公共安全——比簡單的消防和安全系統(tǒng)更加準確的識別潛在危險情況

娛樂——游戲，包括控制器和虛擬現實頭戴式耳機

天氣——智能天氣預報站，不僅警告天氣條件變化，還可以控制系統(tǒng)為風暴來臨做好準備（如關閉風暴百葉窗，關閉閥門等）

暖通空調/空氣質量——對室內溫度、濕度、空氣質量、系統(tǒng)維護等進行智能控制

盡管所有上述各類功能已經以某種形式存在多年，但系統(tǒng)通過觀察多個傳感器并得出現一個智能結論、甚至采取行動的能力，卻是革命性的。

圖1：運動以及其它類健康監(jiān)測是第一批采用傳感器融合技術的消費產品。

如同其它電子領域已經發(fā)生過的，技術的融合已經在實現，一些IC廠商已經著手這一繁重任務。除了其它一些途徑，通過使用現成的傳感器融合和傳感器hub芯片，目前可以有效地連接各種數字傳感器，也不用自己去開發(fā)算法了。

盡管技術術語可能會有所不同，一些IC廠商要么修改現有的產品線，要么為解決傳感器融合任務創(chuàng)造全新產品。這樣的處理由一個專門控制芯片完成，它可以是一個MCU、一個傳感器hub或一個傳感器融合處理器。我們已經看到了這項技術應用在智能手機、運動監(jiān)視器以及其它設備等消費市場。

最新一代蘋果、三星等智能手機含有多種強大的傳感功能，甚至無需外部接口。這些傳感器包括三軸磁力計、三軸加速度計和一個三軸陀螺儀。這種結合功能通常被稱為9-DoF，即有九個自由度，也稱九軸傳感功能。

多數情況下，手機中這些功能做到“always on”。如果對這些傳感器數據的處理由手機中央微控制器來管理，電池壽命將顯著縮短。相反，高效專用微控制器芯片作為傳感器hub來處理數據，僅使用小部分功耗。恩智浦的ARM M3系列MCU是一個示例。EETimes報道稱據產品拆解公司Chipworks說，蘋果使用了恩智浦芯片的定制版本，以監(jiān)控其在iPhone5S中的傳感器。“該M7控制各種分立的傳感器功能，包括陀螺儀、加速計和羅盤。”三星處理該任務的是來自Atmel的微控制器，它是一個8位AVR MCU核。

通過這樣強大的板級傳感技術，應用程序開始利用手機中的9-DoF功能來提供健康和活動監(jiān)控，或者結合GPS和外部數據來為用戶提供更多信息。現在，還可以通過藍牙通信為那些多功能傳感器添加來自于外部設備的數據，并且該功能似乎沒有限制。芯片制造商的目標是讓其實用化，為工程師的設計提供實時傳感數據，該實時數據可用于提供上下文感知信息，同時該系統(tǒng)又可以消耗最小功耗，電池壽命也盡可能長。除了智能手機，高度優(yōu)化的方案，也能夠滿足平板電腦、超級本、物聯網功能設備、游戲機、醫(yī)療保健、環(huán)境監(jiān)測和可穿戴計算等各類應用需求。

這樣的開發(fā)板已經發(fā)布，可以幫助工程師輕松地體驗這項技術。其中一個示例是愛特梅爾公司的ATAVRSBIN2。愛特梅爾已經將融合傳感器集成在很多產品中，他們稱之為“完整傳感器生態(tài)系統(tǒng)。”愛特梅爾公司確定，將來自不同傳感器和傳感器類型的數據進行同時分析與融合并非一個可以獨立處理的任務。為了解決該問題的復雜性，該公司與多家領先的傳感器制造商和傳感器融合專家合作，提供一個完整的、易于實現的傳感器中樞方案。

目前的趨勢是將三個或更多的MEMS傳感器與MCU封裝在一起。其中一個示例是意法半導體的LIS331EB，它組合了一個高精度三軸數字加速度計與一個微控器，采用了一個3×3×1毫米的封裝。微控器采用的是超低功耗ARM Cortex-M0，帶有64K字節(jié)的閃存、128K字節(jié)RAM、嵌入式定時器、2個I2C（主從）和SPI（主從）。該LIS331EB也可以處理外部傳感器的數據（共九個），如陀螺儀、磁力計和壓力傳感器。作為一個傳感器中樞，它使用iNemo引擎軟件融合所有輸入。意法半導體的iNemo引擎?zhèn)鞲衅魅诤宪浖准捎昧艘惶鬃赃m應預測和濾波算法來處理（或融合）多個傳感器傳來的復雜信息。

飛思卡爾也提供了一個將微控器和傳感器組合在一個封裝中的設備產品線。他們的FXLC95000 Xtrinsic運動傳感平臺集成了一個MEMS加速度計和一個32位ColdFire微控制器。類似于意法半導體的器件，FXLC95000可以同時管理內部和外部傳感器的數據。飛思卡爾是第一家為市場提供集成傳感中心的微控器的公司，該微控器還具備為客戶定制應用程序和算法的可編程功能。一個器件可管理最多16個傳感器輸入，可使校準、補償和傳感器功能從應用處理器中分離開來。它可以使用飛思卡爾自帶的或第三方驅動程序。

圖2：帶有加速度計的飛思卡爾Xtrinsic FXLC9500 32位微控器傳感器融合中心，提供了一個開放架構下具備本地計算和傳感器管理的可擴展、自主、高精度多傳感器中樞方案

其它頗具實力的制造商包括博世、飛兆半導體、霍尼韋爾、微芯和德州儀器等。

融合與云

盡管相當多的功能可以通過本地實現，但與云的交互才是真正樂趣的開始。遙感數據可以通過傳感器融合器件處理后送到云處以記錄、進一步分析，或甚至發(fā)起一次動作。

例如，一個無人看管的遠程泵操作總是存在一定的宕機風險。幾年前，一個遠程傳感器可能用來辨別它是在運行還是宕機。現在，還可以監(jiān)測該泵的振動、排氣化學、軸承噪聲和外圍狀況。預定程序可以使傳感器融合控制器關閉泵或甚至循環(huán)操作直至技術人員到來。該系統(tǒng)還將提前知道是整個泵還是僅僅其中一個部件需要更換。在這里，傳感器融合方案可以消除停機時間以及昂貴的緊急服務請求，甚至收集數據來分析該泵隨時間的工作好壞狀況。相同的理念也應用于飛行中的飛機發(fā)動機監(jiān)控，建筑物中的電梯，或任何機械裝置。

云計算的另一個應用可以在云端進行傳感器融合，而不是要在現場融合。隨著開源傳感器融合軟件的出現，單獨傳感器數據可以被傳送到服務器，隨后在那里進行數據處理。

結論

傳感器融合技術時代已經來臨，目前正處于恰當的時機以充分地融合利用傳感器、無線通信和其他技術。一旦從最先進的政府實驗室落地，則該技術將成熟并可以出售，價格最終也會在多數消費品BOM預算之內。

因為與移動技術和飛速發(fā)展的低成本數字傳感器緊密相關，傳感器融合即將迎來爆炸性增長。對于設計工程師來說，這是應用創(chuàng)造性思維的良機，請即刻著手開始！