Telefones inteligentes e wearables ligam a era de inovação do sensor Fusion

- Jun 12, 2019-

De acordo com a Mamms Consulting, a fusão de sensores pode ser integrada em múltiplos sensores para análise de dados e está sendo usada rapidamente em smartphones, wearables, automotivos e Internet of Things (IoT). A fusão de sensores também injeta vitalidade em aplicações tecnológicas emergentes, como realidade aumentada (AR) e realidade virtual (VR), veículos autônomos.


Smart phones and wearables turn on sensor fusion innovation era


Primeiro, é importante entender a diferença entre a fusão do sensor e o hub do sensor. A fusão de sensores coleta dados de todos os sensores e, em seguida, faz referência cruzada a várias fontes usando algoritmos de software para criar uma imagem consistente. Por exemplo, ele integra dados de acelerômetros e giroscópios para fornecer reconhecimento de contexto de movimento para dispositivos vestíveis aptos para rastreamento.


Os hubs de sensores, por outro lado, usam a fusão de sensores para fornecer informações e transformá-las em conteúdo significativo. Geralmente é um microcontrolador (MCU) ou microprocessador (MPU) que executa tarefas especializadas, como a função de contador de passos no pedômetro.


Nos últimos anos, a tecnologia de fusão de sensores e os hubs de sensores mudaram o design de smartphones, tablets, wearables, controladores de jogos e dispositivos IoT. Tornou-se um elemento essencial na otimização de arquiteturas de sensores e é dedicado a criar novas experiências para usuários móveis.


Tudo começou com smartphones que começaram a classificar dados de sensores, como acelerômetros, giroscópios e magnetômetros, para aplicativos de navegação e monitoramento de atividades na era pós-Apple. Desde então, a fusão de sensores tem tentado criar diferentes experiências de usuário ao coordenar diferentes combinações de sensores em várias plataformas móveis.


Smartphones e outros dispositivos portáteis


Quase todos os smartphones Android high-end agora incorporam sensores como o hub de conexão para acelerômetros, giroscópios e outros sensores. Primeiro, em prédios onde os sinais de GPS não estão disponíveis ou são ruins, os fabricantes de smartphones estão tentando melhorar o rastreamento e a percepção da localização por GPS usando a fusão de sensores.


Nesse ponto, a fusão de sensores pode ajudar a rastrear a localização exata do dispositivo, integrando dados de acelerômetros, giroscópios e outros sensores. Por exemplo, um sensor de pressão de ar integrado aprimora muitos dos recursos do smartphone, incluindo previsão do tempo, reconhecimento de altitude e outros recursos de posicionamento.

Portanto, não é surpresa que a maioria dos novos smartphones sejam projetados com vários sensores para posicionamento interno preciso.


No espaço móvel, a próxima fronteira da tecnologia de fusão de sensores é o desenvolvimento de dispositivos portáteis. Aqui, a convergência de sensores está se tornando uma tecnologia fundamental para dispositivos portáteis nos mercados de condicionamento físico, saúde e consumo.


Considere o chip Snapdragon Wear 2500 da Qualcomm como exemplo. Este chip é projetado para relógios inteligentes para crianças. Ele usa a tecnologia de fusão de sensores para fornecer rastreamento de posição em vez de depender de um dispositivo GPS separado. O chip possui um hub de sensor integrado e é pré-integrado com algoritmos de sensores que permitem que os fabricantes de dispositivos portáteis adicionem sensores adicionais.


O consumo de energia é um ponto-chave em projetos portáteis compactos que continuam impulsionando o desenvolvimento de algoritmos de eficiência energética. Ao mesmo tempo, os algoritmos de fusão de sensores desempenham um papel vital na promoção de dispositivos vestíveis para movimento ativo, testes clínicos e eletrônica de AR / VR com precisão e precisão sem precedentes.


Suplemento de software


No projeto de fusão de sensores, os algoritmos para manter a posição, a orientação e a percepção de atitude constituem uma base essencial para a análise complexa de dados. Por exemplo, algoritmos de posicionamento e rastreamento podem inferir dados incompletos, introduzir redundância e tolerância a falhas e inferir informações relevantes como seres humanos.


Vale a pena da Mamms Consulting que os designers que trabalham com algoritmos de rastreamento e sistema de navegação geralmente criam algumas ferramentas internas de software que são difíceis de manter e reutilizar. Como resultado, empresas como a MathWorks oferecem conjuntos de ferramentas que permitem aos engenheiros projetar, simular e analisar sistemas com fusão de dados com vários sensores.


O kit de ferramentas de fusão e rastreamento de sensores da MathWorks permite que engenheiros explorem vários projetos sem ter que escrever uma biblioteca personalizada. Isso ajuda o algoritmo a correlacionar dados e avaliar a arquitetura de fusão usando dados reais e sintéticos. Além disso, existem rastreadores de múltiplos alvos, filtros de fusão de sensores e modelos de movimento e sensor que complementam o conjunto de ferramentas.


Multi-platform radar detection generation with MathWorks Sensor Fusion and Tracking Toolbox

Geração de detecção de radar multiplataforma com MathWorks Sensor Fusion e Tracking Toolbox


O conjunto de ferramentas facilita a síntese de dados para sensores ativos e passivos, incluindo sensores de radiofrequência (RF), acústicos, infravermelhos, GPS e unidade de medição inercial (IMU), bem como ferramentas para gerar cenas e trajetórias. Também amplia os fluxos de trabalho baseados no MATLAB para ajudar os engenheiros a desenvolver algoritmos de detecção precisos para sistemas de fusão de sensores.


O fornecedor de chips sensores TDK InvenSense também oferece algoritmos de fusão de sensores e firmware de calibração de tempo de execução. Isso, por sua vez, não apenas elimina a necessidade de componentes discretos, como também garante que o procedimento de calibração e o algoritmo de fusão do sensor se complementem para fornecer um posicionamento preciso e absoluto.


Da mesma forma, o fornecedor de sensores Bosch Sensortec fez uma parceria com a empresa de software da InterDigital, a Hillcrest Labs, para fornecer uma solução de fusão de sensor único. Por exemplo, os módulos BNO080 e BNO085 da Bosch integram um acelerômetro de três eixos, um giroscópio de três eixos e um magnetômetro, além de um microcontrolador Arm Cortex-M0 + de 32 bits executando o firmware SH-2 da Hillcrest.


Bosch BNO085 System-in-Package (SiP) Module Runs Hillcrest's SH-2 Firmware

Módulo Bosch BNO085 System-in-Package (SiP) Executa o Firmware SH-2 da Hillcrest


O SH-2 inclui o software MotionEngine, que fornece algoritmos avançados de processamento de sinais para processar dados do sensor e fornece posicionamento em 3D em tempo real preciso, rumo, aceleração de calibração e velocidade angular calibrada. O software MotionEngine usa a tecnologia avançada de calibração e fusão de sensores para converter dados de sensores individuais em aplicativos de movimento, como rastreamento de movimento, reconhecimento de contexto, jogos avançados e rastreamento da cabeça.


Hotspot de inovação


Os sensores são quase onipresentes, tornando a fusão de sensores uma parte importante do design de dispositivos móveis. Como resultado, a tecnologia de fusão de sensores continuará a evoluir com o advento de novos aplicativos para smartphones, wearables e outros dispositivos móveis.


A fusão de sensores está no design de smartphones e outros dispositivos móveis há mais de uma década, mas a fusão de sensores ainda pode desempenhar um papel mais importante. Por exemplo, a tecnologia de fusão de sensores desempenha um papel importante na melhoria do ruído e da imprecisão nos dados de retorno do sensor. Especialmente para a popular plataforma de ativação de voz do sensor inteligente atual, isso reduzirá bastante o tempo de processamento. Além disso, headsets e wearables inteligentes habilitados para Bluetooth adicionam suporte de ponta a ponta para os serviços de voz do Alexa.


Em alguns aplicativos que sempre ligam ou escutam a fala, a fusão do sensor também terá um papel importante na prevenção do consumo de bateria e na garantia de que as palavras de acionamento sejam efetivas. Ao mesmo tempo, novos serviços baseados em localização e ambientes de jogos baseados em ação continuarão a impulsionar a convergência de sensores para uma nova era de inovação.


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