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几种常用的传感器(加速度传感器、重力传感器、方向传感器、陀螺仪)简介
来源:CSDN 发表于 2020/4/22

现在的手机或者其他便携设备中用到了越来越多的传感器,什么加速度传感器,方向传感器、重力传感器、陀螺仪、g-sensor、o-sensor等等,这些传感器到底是干什么用的,各自有什么特点,彼此之间又有什么区分?本文就对他们进行简单的对比介绍。


1、加速度传感器


加速度传感器又叫G-sensor,获取的是x、y、z三轴的加速度数值。 

该数值包含地心引力的影响,单位是m/s^2。 

将手机平放在桌面上,x轴默认为0,y轴默认0,z轴默认9.81。 

将手机朝下放在桌面上,z轴为-9.81。


加速度传感器可能是最为成熟的一种mems产品,市场上的加速度传感器种类很多。手机中常用的加速度传感器有BOSCH(博世)的BMA系列,AMK的897X系列,ST的LIS3X系列等。这些传感器一般提供±2G至±16G的加速度测量范围,采用I2C或SPI接口和MCU相连,数据精度小于16bit。


2、磁力传感器


磁力传感器简称为M-sensor,返回x、y、z三轴的环境磁场数据。 

该数值的单位是微特斯拉(micro-Tesla),用uT表示。也可以是高斯(Gauss),1Tesla=10000Gauss。 

硬件上一般没有独立的磁力传感器,磁力数据由电子罗盘传感器提供(E-compass)。电子罗盘传感器在提供磁力传感器数据的同时,还能提供方向传感器数据。


3、方向传感器


方向传感器简称为O-sensor,返回三轴的角度数据,方向数据的单位是角度。 

如上所述,电子罗盘E-compass在获取到G-sensor的数据之后,经过计算生产O-sensor数据以及M-sensor数据。


O-sensor提供三个数据,分别为azimuth、pitch和roll。


azimuth:方位,返回水平时磁北极和Y轴的夹角,范围为0°至360°。0°=北,90°=东,180°=南,270°=西。

pitch:x轴和水平面的夹角,范围为-180°至180°。当z轴向y轴转动时,角度为正值。

roll:y轴和水平面的夹角,由于历史原因,范围为-90°至90°。当x轴向z轴移动时,角度为正值。

电子罗盘在获取正确的数据前需要进行校准,通常可用8字校准法。8字校准法要求用户使用需要校准的设备在空中做8字晃动,原则上尽量多的让设备法线方向指向空间的所有8个象限。


4、陀螺仪传感器


陀螺仪传感器叫做Gyro-sensor,返回x、y、z三轴的角加速度数据。 

角加速度的单位是radians/second。


根据Nexus S手机实测: 

水平逆时针旋转,Z轴为正。 

水平逆时针旋转,z轴为负。 

向左旋转,y轴为负。 

向右旋转,y轴为正。 

向上旋转,x轴为负。 

向下旋转,x轴为正。


5、重力传感器


重力传感器简称GV-sensor,输出重力数据。 

在地球上,重力数值为9.8,单位是m/s^2。 

坐标系统与加速度传感器相同。 

当设备复位时,重力传感器的输出与加速度传感器相同。


6、线性加速度传感器


线性加速度传感器简称LA-sensor。 

线性加速度传感器是加速度传感器减去重力影响获取的数据。 

单位是m/s^2,坐标系统与加速度传感器相同。 

加速度传感器、重力传感器和线性加速度传感器的计算公式如下: 

加速度 = 重力 + 线性加速度。


7、旋转矢量传感器


旋转矢量传感器简称RV-sensor。 

旋转矢量代表设备的方向,是一个将坐标轴和角度混合计算得到的数据。 

RV-sensor输出三个数据:


x*sin(theta/2)

y*sin(theta/2)

z*sin(theta/2)

sin(theta/2)是RV的数量级。 

RV的方向与轴旋转的方向相同。 

RV的三个数值,与cos(theta/2)组成一个四元组。


RV的数据没有单位,使用的坐标系与加速度相同。


举例: 

sensors_event_t.data[0] = x*sin(theta/2) 

sensors_event_t.data[1] = y*sin(theta/2) 

sensors_event_t.data[2] = z*sin(theta/2) 

sensors_event_t.data[3] = cos(theta/2)


GV、LA和RV的数值没有物理传感器可以直接给出,需要G-sensor、O-sensor和Gyro-sensor经过算法计算后得出。


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