傳感器組合如何為移動設(shè)備提供更加智能的通知

Ernst Haselsteiner

摘要：智能手機有許多能夠探測到設(shè)備周圍環(huán)境的傳感器。這些傳感器主要包括接近傳感器、環(huán)境光傳感器、加速計和麥克風(fēng)。按照現(xiàn)在的部署方式，每個傳感器都負(fù)責(zé)一個主要的功能，不兼具其它功能。智能手機運行的一個方面，比如來電、短信和郵件及提醒通知，目前都是通過傳感器輸入的離散使用。不過，通知可以變得更“智能”，即根據(jù)環(huán)境進(jìn)行最適合的調(diào)整。文章概括了實現(xiàn)智能通知的硬件和軟件的框架。利用智能手機現(xiàn)有的以及額外增加的感知能力，通過對設(shè)備基本設(shè)計做出一些小改動以提供更好的用戶體驗。

關(guān)鍵詞：傳感器組合；手機；智能通知

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2016.2.020Ernst Haselsteiner，博士，在嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)領(lǐng)域擁有15年經(jīng)驗。每個人都在聚精會神地忙工作.寂靜忽然被一陣吵鬧的流行音樂打破，某個同事的手機在房間里響起，而他正好在外面吸煙休息。手機放在桌面上，由于振動一直移向桌子邊沿，另外一個同事不得不起身把它放到一個安全的地方。

從表面上看，智能手機這樣的表現(xiàn)確實不夠智能。畢竟，智能手機通常很容易察覺到它們和外部環(huán)境之間的關(guān)系。

事實上，智能手機還需要一些額外的部件，并與多種傳感器輸出結(jié)合，從而使移動設(shè)備可以自動完成適當(dāng)?shù)耐ㄖ?。本文概略地描述了一個硬件和軟件的架構(gòu)，可以使移動設(shè)備保持原有功能的同時具備這種智能通知功能。

智能手機有各種各樣的傳感器

每款智能手機都已經(jīng)包含很多傳感器。有些還可以直接支持智能通知：

當(dāng)手機舉到使用者耳邊的時候，顯示屏中內(nèi)嵌的接近傳感器就會探測到這一變化，從而使手機關(guān)閉顯示屏以及觸屏。

環(huán)境光傳感器使系統(tǒng)可以根據(jù)環(huán)境光的強度自行調(diào)節(jié)顯示屏的亮度。高級的環(huán)境光傳感器，比如艾邁斯半導(dǎo)體的TMD3782x系列產(chǎn)品可將數(shù)字顏色傳感和接近傳感結(jié)合起來，實現(xiàn)更加復(fù)雜的顯示屏管理。

加速計可感知屏幕的方向，這樣顯示屏的內(nèi)容可適當(dāng)旋轉(zhuǎn)以適應(yīng)手機方向或手勢變化。

麥克風(fēng)可以感知環(huán)境噪音大小。

按照現(xiàn)在的配置，每個傳感器通常只負(fù)責(zé)一個主要的功能，而不兼具其它功能。而加速計是個例外，它通常會被用于游戲應(yīng)用中以支持玩家的用戶界面。

對于環(huán)境的部分感知

如今智能手機中的傳感器有一部分已經(jīng)可以用來支持智能的通知，如來電、短信和郵件。例如，智能手機中的環(huán)境光傳感器和加速計可以探測到智能手機正處在靜止且明亮的環(huán)境中（如太陽光或人造光）。這就意味著手機不在用戶身上（因為如果在口袋里，環(huán)境光傳感器就不會檢測到有很強的光）。這時手機可自動關(guān)閉振動功能.

進(jìn)一步，只需要多幾個組件，用戶通知將變得更為智能。例如，如果手機是正面朝下放在桌上，那么環(huán)境光傳感器就無法正常工作。為了使智能手機可以看到兩個方向，需要兩個環(huán)境光傳感器，一個在正面，一個在背面.這樣無論如何放置都可以獲得環(huán)境光信息。

同樣的原理也適用于接近探測：手機的背面需要第二個接近傳感器。艾邁斯半導(dǎo)體TMD277xx系列中的模塊將接近和環(huán)境光感知功能結(jié)合在一起，所以只需要在手機背面添加一個額外的設(shè)備。如果使用顏色傳感器/接近傳感器模塊，該設(shè)備就可以測量環(huán)境光的色溫，從而區(qū)分人造光（表明手機在室內(nèi)）和太陽光（表明手機在室外）。

智能通知也需要獲得環(huán)境噪音水平的信息。這就需要麥克風(fēng)中的傳感輸入結(jié)合數(shù)字信號處理，從而確定設(shè)備附近的噪聲大小。將麥克風(fēng)輸出信號的振幅轉(zhuǎn)化為噪音音量需要在特定的傳感器接口中進(jìn)行，這樣可以避免使用設(shè)備主應(yīng)用處理器的計算能力。

智能通知系統(tǒng)需要的最后一個硬件是環(huán)境溫度傳感器。使用PT100這樣的溫度敏感的電阻器（在電路板的位置要遠(yuǎn)離發(fā)熱元件以減輕手機本身對測量的影響，同時要經(jīng)過適當(dāng)?shù)男盘柼幚砗螅┛墒挂苿釉O(shè)備能偵測周圍環(huán)境的溫度。測量結(jié)果是否絕對準(zhǔn)確并不重要：它的功能主要在于確定手機是否處于靠近用戶身體的位置。

現(xiàn)在當(dāng)智能手機需要通知用戶某個信息時，通過分析所有這些傳感器的信息，手機可以對其所處的環(huán)境有一個綜合的判斷（如圖1）。換句話，不同的傳感器得到有關(guān)環(huán)境的不同信息，將這些信息綜合在一起，通過一個算法可以更準(zhǔn)確地判斷手機所處的環(huán)境。

如何綜合不同的傳感器數(shù)據(jù)得出有用的信息

回到文章開頭提到的情景，當(dāng)音量傳感器感知到設(shè)備處在一個安靜的環(huán)境中時，智能算法就可以降低響鈴?fù)ㄖ囊袅?。此外，正面和背面接近傳感器的結(jié)合可以感知手機是否平放在桌面上或其他平坦的表面上，由此可推斷手機在不在用戶身上。如果不在用戶身上時就可關(guān)閉振動提醒功能。

正如本例所展示的，綜合不同傳感器的輸入可以使設(shè)備準(zhǔn)確感知外部環(huán)境，并且根據(jù)外部環(huán)境智能地調(diào)整通知方式。

通過延伸這一運作原則，綜合各種傳感器輸入的組合，我們可以定義一些典型的場景，并為每種典型的場景設(shè)置合適的通知方式。例如：在“用戶口袋里”時，手機立即振動；“在包里，在走動中”時，手機會立即使用高音量的提示音；“在安靜房間里的桌面上”手機會減少提示音的音量。

圖2的流程圖是一個決策樹形圖，可以利用傳感器組合識別七個不同的場景。加速計的一系列測量可以用于判定移動設(shè)備是否處于動態(tài)狀態(tài)中。溫度傳感器可以判斷設(shè)備是否靠近用戶的身體。環(huán)境光傳感器可以識別室內(nèi)和戶外環(huán)境（≥2，000 lux表明設(shè)備處于戶外），或者判定設(shè)備是否在昏暗的環(huán)境下，比如包里或者口袋里。

用戶配置和自學(xué)能力

智能手機的功能可由用戶按照樹形算法進(jìn)行配置。事實上，這不是一件容易的事，因此可能很少有用戶會修改預(yù)設(shè)的決策樹。

但是自學(xué)算法往往可以提升用戶的體驗.預(yù)設(shè)的算法包含了簡單的決策樹和預(yù)先定義的通知選擇。但是這些規(guī)則可以根據(jù)用戶的輸入和行為自動進(jìn)行修改。

比如，如果用戶傾向于在特定情境下將手機調(diào)成振動，設(shè)備會自動將這一情境下的通知方式設(shè)置成振動。這樣做后，隨著時間流逝，用戶會覺得智能設(shè)備在預(yù)測并且理解她的行為。當(dāng)然，這樣的改變必須要小心謹(jǐn)慎地實行，以避免由小概率隨機事件引起的理解偏差。

結(jié)論

智能手機已經(jīng)配備了一系列可以探測到設(shè)備周圍環(huán)境的傳感器。但是它們?nèi)匀灰怨铝⒌姆绞竭\行。通過綜合傳感器的測量信息，手機可以感知到完整的場景，而單一的傳感器則無法實現(xiàn)。通過結(jié)合軟件實現(xiàn)的決策流，手機中的傳感器組合可以模仿人類的行為，使用多重傳感器輸入實現(xiàn)對周邊環(huán)境的智能反應(yīng)。

這將為用戶帶來更自然、舒適、愉悅的使用感受，而與用戶身處同樣生活和工作環(huán)境的人們也將獲得同樣的體驗。