基于MEMS的运动传感器在移动电话中的应用

可使用一只三轴加速度计测量移动电话的方位。书桌或餐桌表面非常稳定的，实际上它总是与地球表面几乎平行。因此放在书桌上的一部移动电话只有一个轴向的加速度大约为-1g，而其它两个方向几乎为零（鲁棒性算法允许测量值在-1g或0附近有一个允许误差以便与水平位置的微小偏差或由温度引起的微小0 g点漂移不会影响算法）。同时该加速度计还可测量放在坚固桌面上一动电话的微小振动。

同理，"移动电话正面向下"可以根据单轴向振动的方法确定，即其中有一个适当的轴向（该轴取决于手机中加速度计如何装配）的加速度为1 g而其它两个轴向的加速度几乎为零。衣袋中的移动电话受到的振动和移动很多，所以它根本不可能处于一个与地表平行的平面。放在桌上和衣袋里（用户坐在椅子上）的装配ADXL330的移动电话的典型波形图如图2所示。显而易见，这两种情形只根据噪声输出的差别就能区分，即使有微小的移动。

图2 桌面上的手机与口袋中的手机轴向加速度的测量结果

在环境感知应用中需要测量范围大于±1.2g的三轴加速度计。当测量手机的绝对倾角时，要求加速度计有好的0 g点性能，特别是0 g点随温度变化的稳定性（1 mg/°C应足够）。还要求低噪声性能（＜350μg/√Hz ）以便容易区分移动电话是位于衣袋中还是桌面上。

对于拿起电话检测或摇晃清除功能，仅当特定事件发生时（电话振铃或键盘输入）才可能开启加速度计。因此很低功耗是用户所希望的，但不是必需的。然而对于设置成振铃模式的加速度计，大部分时间都处于开启状态，所以非常低的功耗工作是至关重要的。像ADI公司的ADXL330三轴加速度计，其功耗电流仅为200 μA (Vs = 2V)，因此不会过分地降低电池工作寿命。

光标或游戏机控制

加速度计可作为控制系统光标的输入或者游戏机的输入。左右倾斜或前后翻倒移动电话可左右或上下移动屏幕上的光标。这种功能是大家熟知的并且已被集成到几个独立的游戏机（例如任天堂公司的滚滚卡比游戏）和游戏控制器（例如微软公司的Freestyle Pro控制器）中。跳跃动作还引入了第3个轴（Z轴）。与大多数移动电话中采用的标准8位置控制不同，加速度计能提供可变的（模拟）控制。用户手机倾斜得越大，光标移动速度越快。由于采用倾斜作为一种模拟信号输入并且与电话键盘输入方式相结合，所以可用一只手完成复杂的输入组合。

由于移动电话的初始位置可能位于任何方向（例如，用户可能处于平躺状态），因此游戏通常通过某一按键将光标位置设置在屏幕中间位置。从初始位置开始，移动电话可用X轴或Z轴（假定X轴沿电话的长度方向，Z轴沿电话的厚度方向）控制选择上下方向。因为每次启动游戏或光标控制时其初始位置都被复位，所以无需精确的0 g性能。

本应用中加速度计的关键指标是至少±1.2 g的测量范围。要求低噪声性能（＜500μg/√Hz ）以便防止当移动电话放在稳定的桌面上时出现光标抖动。0～50 Hz带宽比较合适（较窄的带宽低会使游戏出现迟缓）。由于游戏不会连续地玩，所以很低的功耗固然非常有利，但是不完全必需。

动态显示配置

通常，移动电话的显示采用人物模式。大多数计算机产生的文件（网页等）都采用景物模式。加速度计通过测量重力矢量能够确定手机是处于垂直方位还是水平方位（如果手机处于水平方位，还需要确定其水平的两个可能方位）。如果知道了手机的位置，就可以重新配置它的显示模式以便显示器总是保持正面朝着用户。

在动态显示配置应用中，最重要的要求是低功耗，因为无论显示器是否打开加速度计总是处于开启状态。带宽通常设置为小于1 Hz（通过软件滤波）以便不会因随机振动而引起显示晃动。

导航

集成的全球定位系统（GPS）或基站的三角网能用来确定移动电话的位置。但是利用现有的这种小显示屏，对于用来完整显示用户前面的环境是非常有利的。正常情况下采用电子式指南针确定机首方位，但是指南针必须与地球表面保持平行以便机首方位误差最小。这种误差依赖于到地球的地磁赤道的距离变化。例如在北京，指南针与地球表面平行方向每偏离1度（°），会导致3°的机首方位误差。当用户使用移动电话时，指南针可能倾斜与水平方向成45°，从而会产生很大的机首方位误差。可使用加速度计能用来确定手机（和指南针）相对地球表面的实际方位以补偿这种误差。

导航应用中加速度计的关键指标是高0 g偏置以及高灵敏度准确度和稳定性。其总误差应小于50 mg以便减小机首方位误差达到合理值。

计步器

在我们的健康意识日益提高的世界，实际上存在着采用各种灵巧器械的运动模式。为移动电话增加一片计步器——你几乎走到哪里都携带的一片精巧的便携式电子设备，是一种显而易见的应用。用户可以测量他们已经走了多远并且已消耗了多少卡路里能量。在当今市场上确实有几款这种功能的手机。