傳感器組合如何為移動(dòng)設備提供更加智能的通知

摘要：智能手機有許多能夠探測到設備周?chē)h(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)。按照現在的部署方式，每個(gè)傳感器都負責一個(gè)主要的功能，不兼具其它功能。智能手機運行的一個(gè)方面，比如來(lái)電、短信和郵件及提醒通知，目前都是通過(guò)傳感器輸入的離散使用。不過(guò)，通知可以變得更“智能”，即根據環(huán)境進(jìn)行最適合的調整。文章概括了實(shí)現智能通知的硬件和軟件的框架。利用智能手機現有的以及額外增加的感知能力，通過(guò)對設備基本設計做出一些小改動(dòng)以提供更好的用戶(hù)體驗。

　　智能手機有時(shí)也會(huì )非常不智能。例如：辦公室里坐滿(mǎn)了人，每個(gè)人都在聚精會(huì )神地忙工作。寂靜忽然被一陣吵鬧的流行音樂(lè )打破，某個(gè)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(dòng)一直移向桌子邊沿，另外一個(gè)同事不得不起身把它放到一個(gè)安全的地方。

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

　　事實(shí)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合，從而使移動(dòng)設備可以自動(dòng)完成適當的通知。本文概略地描述了一個(gè)硬件和軟件的架構，可以使移動(dòng)設備保持原有功能的同時(shí)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：

　　? 當手機舉到使用者耳邊的時(shí)候，顯示屏中內嵌的接近傳感器就會(huì )探測到這一變化，從而使手機關(guān)閉顯示屏以及觸屏。

　　? 環(huán)境光傳感器使系統可以根據環(huán)境光的強度自行調節顯示屏的亮度。高級的環(huán)境光傳感器，比如艾邁斯半導體的TMD3782x系列產(chǎn)品可將數字顏色傳感和接近傳感結合起來(lái)，實(shí)現更加復雜的顯示屏管理。

　　? 加速計可感知屏幕的方向，這樣顯示屏的內容可適當旋轉以適應手機方向或手勢變化。

　　? 麥克風(fēng)可以感知環(huán)境噪音大小。

　　按照現在的配置，每個(gè)傳感器通常只負責一個(gè)主要的功能，而不兼具其它功能。而加速計是個(gè)例外，它通常會(huì )被用于游戲應用中以支持玩家的用戶(hù)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(lái)支持智能的通知，如來(lái)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(yáng)光或人造光)。這就意味著(zhù)手機不在用戶(hù)身上(因為如果在口袋里，環(huán)境光傳感器就不會(huì )檢測到有很強的光)。這時(shí)手機可自動(dòng)關(guān)閉振動(dòng)功能。

　　進(jìn)一步，只需要多幾個(gè)組件，用戶(hù)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(wú)法正常工作。為了使智能手機可以看到兩個(gè)方向，需要兩個(gè)環(huán)境光傳感器，一個(gè)在正面，一個(gè)在背面。這樣無(wú)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(gè)接近傳感器。艾邁斯半導體TMD277xx系列中的模塊將接近和環(huán)境光感知功能結合在一起，所以只需要在手機背面添加一個(gè)額外的設備。如果使用顏色傳感器/接近傳感器模塊，該設備就可以測量環(huán)境光的色溫，從而區分人造光(表明手機在室內)和太陽(yáng)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)中的傳感輸入結合數字信號處理，從而確定設備附近的噪聲大小。將麥克風(fēng)輸出信號的振幅轉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備主應用處理器的計算能力。

　　智能通知系統需要的最后一個(gè)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離發(fā)熱元件以減輕手機本身對測量的影響，同時(shí)要經(jīng)過(guò)適當的信號處理后)可使移動(dòng)設備能偵測周?chē)h(huán)境的溫度。測量結果是否絕對準確并不重要：它的功能主要在于確定手機是否處于靠近用戶(hù)身體的位置。

　　現在當智能手機需要通知用戶(hù)某個(gè)信息時(shí)，通過(guò)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(gè)綜合的判斷(如圖1)。換句話(huà)，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(guò)一個(gè)算法可以更準確地判斷手機所處的環(huán)境。

如何綜合不同的傳感器數據得出有用的信息

　　回到文章開(kāi)頭提到的情景，當音量傳感器感知到設備處在一個(gè)安靜的環(huán)境中時(shí)，智能算法就可以降低響鈴通知的音量。此外，正面和背面接近傳感器的結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(hù)身上。如果不在用戶(hù)身上時(shí)就可關(guān)閉振動(dòng)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備準確感知外部環(huán)境，并且根據外部環(huán)境智能地調整通知方式。

　　通過(guò)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(chǎng)景，并為每種典型的場(chǎng)景設置合適的通知方式。例如：在“用戶(hù)口袋里”時(shí)，手機立即振動(dòng);“在包里，在走動(dòng)中”時(shí)，手機會(huì )立即使用高音量的提示音;“在安靜房間里的桌面上”手機會(huì )減少提示音的音量。

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

用戶(hù)配置和自學(xué)能力

　　智能手機的功能可由用戶(hù)按照樹(shù)形算法進(jìn)行配置。事實(shí)上，這不是一件容易的事，因此可能很少有用戶(hù)會(huì )修改預設的決策樹(shù)。

　　但是自學(xué)算法往往可以提升用戶(hù)的體驗。預設的算法包含了簡(jiǎn)單的決策樹(shù)和預先定義的通知選擇。但是這些規則可以根據用戶(hù)的輸入和行為自動(dòng)進(jìn)行修改。

　　比如，如果用戶(hù)傾向于在特定情境下將手機調成振動(dòng)，設備會(huì )自動(dòng)將這一情境下的通知方式設置成振動(dòng)。這樣做后，隨著(zhù)時(shí)間流逝，用戶(hù)會(huì )覺(jué)得智能設備在預測并且理解她的行為。當然，這樣的改變必須要小心謹慎地實(shí)行，以避免由小概率隨機事件引起的理解偏差。

結論

　　智能手機已經(jīng)配備了一系列可以探測到設備周?chē)h(huán)境的傳感器。但是它們仍然以孤立的方式運行。通過(guò)綜合傳感器的測量信息，手機可以感知到完整的場(chǎng)景，而單一的傳感器則無(wú)法實(shí)現。通過(guò)結合軟件實(shí)現的決策流，手機中的傳感器組合可以模仿人類(lèi)的行為，使用多重傳感器輸入實(shí)現對周邊環(huán)境的智能反應。

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

本文來(lái)源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第2期第73頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。