物联网中的传感器融合和远程情感计算

器功能的手机（而不是挂在髋关节的皮带上）。在这个使用案例中，手臂运动引入了寄生运动。陀螺仪可测量手臂的旋转运动并对其进行补偿。

　　将三种传感器（加速计、高度计和陀螺仪）和 MCU 结合在一起来测量和处理读数，就产生了高精度计步器。

　　4. 传感器融合如何工作

　　最基本的传感器融合示例是电子罗盘，它结合了 3D 磁力计和 3D 加速计来提供罗盘功能。更复杂的传感器融合技术增强了用户体验，充分利用 3D 加速计、3D 陀螺仪和 3D 磁力计（，测量相对于给定器件空间方向的特定方向上的磁场组成），并将它们融合在一起。每种传感器都有独特的功能，但也有其局限性：

　　• 加速计：x 轴、y 轴和 z 轴线性运动感测，但对振动比较敏感

　　• 陀螺仪：俯仰、翻滚和方位角感测，但有零位漂移

　　• 磁力计：x 轴、y 轴和 z 轴磁场感测，但对磁干扰比较敏感

　　传感器融合将所有这些技术结合在一起，接收来自多个传感器的同时输入，并对输入进行处理，产生一个综合了各个部件输出的最终输出值（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－类似于上述人体的功能）。

　　传感器融合提供了一套完整的功能，可使我们的生活更简单，并支持可以利用这些功能的各种服务。

　　传感器行业目前面临的问题之一是各个操作系统 （OS） 缺乏标准化。目前，大多数OS驱动程序需要最基本的传感器数据，这使传感器无法发挥其所有功能。

　　传感器融合是 Microsoft战略的一部分，因此 Windows 8 OS 都支持传感器，使用传感器级驱动程序，这些驱动符合其与微软的生态系统合作伙伴共同制定的标准 （Human Interface Device specificaTIon 2011）。Windows RunTIme 编程模块允许轻量级执行调用，使传感器能够在硬件级进行处理。

　　传感器融合通常是指将 3D 加速计、3D 陀螺仪和 3D 磁力计结合在一起，这种配置被称为 9 轴系统，为用户提供 9 个自由度 （9-DoF）。2012 年，飞思卡尔推出了面向 Windows 8 的 12 轴 Xtrinsic 传感器平台，提供了 12-DoF 传感器融合解决方案，该解决方案包括气压传感器、温度传感器和环境光感测功能。

　　图3 面向Windows 8的12轴Xtrinsic传感器数据流

　　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 Windows 8 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板电脑应用的功能。飞思卡尔凭借其传感器融合平台，从微软获得了 Windows 8 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 18–20 MIPS 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。

　　5. 其他传感器融合示例

　　飞思卡尔正在进行有关传感器在医疗电子中的使用和非医疗应用的多传感器处理的研究。José Fernández Villase&nTIlde;or 博士是一位医学博士兼电气工程师，他既是飞思卡尔医疗产品市场营销专家，同时也是一家医院的医生，研究使用传感器（这是 REC 技术的较大的基本构件）进行情感分析，他将这两个身份完美地结合在一起。研究表明由于物理活动导致心律增加的模式和幅度与由于肾上腺素激发的心率增加的不同。因此，人们可以使用算法并分析传感器数据，以电子方式检测一个人所显示的情感的类型。

　　下面是一个游戏平台示例，这个游戏平台能够监控生理变化和状态并采集数据，从而以电子方式检测情感，例如：

　　• 肌肉放松（MR）－通过压力传感器

　　• 心律变化（HRV）－通过一个芯片上的双电极 ECG

　　• 流汗（S）－通过电容式传感器

　　• 姿态（A）－通过加速计监测一个人的放松状态（生涩的动作和平稳的手）

　　• 肌肉收缩（MC）－通过压力传感器

　　图4 使用情感感测的环境感知：工作方式

使用采集的传感器数据，游戏平台里的 MCU 能够在游戏情境过程中检测情感，并为玩家提供反馈，使游戏更精彩。是否可以在赛车游戏中当检测到玩家处于更放松的状态（加速计的读数减少）然后使转弯速度更快、更难操控？这样，能够更好地控制情感的，沉稳的驾驶员得分会更高（与现实生活相似）。如果本地控制台的 MCU 提供处理功能，这将被视为本地情感