手机里的传感器Word文档格式.docx

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事实上，目前智能手机应用软件生态系统不断扩展。

传感器除了能增加体现感和用户互动这些理念性的东西外。

游戏上传感器的应用也成为新的发展方向。

就是体感装置在游戏设备的崛起一样，传感器在手机和平板上的发展会越来越快。

现在在游戏、健康照护、体能训练以及许多新应用都要用到传感器。

下面介绍智能手机中的几种常见的传感器。

一.重力传感器

1.介绍：

在手机上的重力传感器：

利用压电效应实现，简单来说是测量内部一片重物（重物和压电片做成一体）重力正交两个方向的分力大小，来判定水平方向。

通过对力敏感的传感器，感受手机在变换姿势时，重心的变化，使手机光标变化位置从而实现选择的功能。

支持摇晃切换所需的界面和功能，甩歌甩屏，翻转静音，甩动切换视频等，是一种非常具有使用乐趣的功能。

重力传感器来说的简单点就是，你本来把手机拿在手里是竖着的，你将它转90度，横过来，它的页面就跟随你的重心自动反应过来，也就是说页面也转了90度，极具人性化。

2工作原理：

重力传感器是根据压电效应的原理来工作的。

所谓的压电效应就是“对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外，还将改变晶体的极化状态，在晶体内部建立电场，这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应”。

重力传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。

由于这个变形会产生电压，只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。

当然，还有很多其它方法来制作加速度传感器，比如电容效应，热气泡效应，光效应，但是其最基本的原理都是由于加速度产生某个介质产生变形，通过测量其变形量并用相关电路转化成电压输出。

3.应用状况

1、通过重力传感器测量由于重力引起的加速度，可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度。

通过分析动态加速度，你可以分析出设备移动的方式。

但是刚开始的时候，你会发现光测量倾角和加速度好像不是很有用。

但是，现在工程师们已经想出了很多方法获得更多的有用的信息。

2、加速度传感器可以帮助仿生学机器人了解它现在身处的环境。

是在爬山，还是在走下坡，是否摔倒。

或者对于飞行类的机器人来说，对于控制姿态也是至关重要的。

一个好的程序员能够使用加速度传感器来回答所有上述问题。

3、重力传感器可以用来分析发动机的振动。

4、重力传感器在进入消费电子市场之前，实际上已被广泛应用于汽车电子领域，主要集中在车身操控、安全系统和导航，典型的应用如汽车安全气囊（Airbag）、ABS防抱死刹车系统、电子稳定程序（ESP）、电控悬挂系统等。

二．光线传感器

从2002年，NOKIA7650手机开始使用光线传感器，到最新款的iphone手机中使用光线传感器。

光线传感器在手机中的使用给人们增加了更多的便利。

在手机中使用的光线传感器件一般是光敏三极管，也叫光电三极管，光敏三极管有电流放大作用，所以比光敏电阻和光敏二极管应用更广泛。

一、光敏三极管的外形及符号

光敏三极管有2个PN结，其基本原理与光敏二极管相同，但是它把光信号变成电信号的同时，还放大了信号电流，因此具有更高的灵敏度，一般光敏三极管的基极已在管内连接，只有C和E两根引线引出（也有将基极引出的）。

在使用光敏三极管时，不能从外形来区分是光敏二极管还是光敏三极管，只能从型号来进行区分。

光敏三极管的外形及符号如图所示，一般只有两个引脚引出，样子非常像普通的发光二极管。

手机中的光敏三极管及符号

二、光敏三极管的工作原理

光敏三极管与普通半导体三极管一样，是采用半导体制作工艺制成的具有NPN或PNP结构的半导体管。

它在结构上与半导体三极管相似，它的引出电极通常只有两个，也有三个的。

光敏三极管的结构如图所示。

为适应光电转换的要求，它的基区面积做得较大，发射区面积做得较小，入射光主要被基区吸收。

和光敏二极管一样，管子的芯片被装在带有玻璃透镜金属管壳内，当光照射时，光线通过透镜集中照射在芯片上。

光敏三极管的芯片结构示意图

将光敏三极管接在图所示的电路中，光敏三极管的集电极接正电位，其发射极接负电位。

当无光照射时，流过光敏三极管的电流，就是正常情况下光敏三极管集电极与发射极之间的穿透电流Iceo它也是光敏三极管的暗电流，其大小为：

Iceo=（1+hFE）I（式中:

Icbo---集电极与基极间的饱和电流;

hFE---共发射极直流放大系数）。

光敏三极管等效电路图

当有光照射在基区时，激发产生的电子--空穴对增加了少数载流子的浓度，使集电结反向饱和电流大大增加，这就是光敏三极管集电结的光生电流。

该电流注入发射结进行放大，成为光敏三极管集电极与发射极间电流，它就是光敏三极管的光电流。

可以看出，光敏三极管利用普通半导体三极管的放大作用，将光敏二极管的光电流放大了（I+hFE）倍。

所以，光敏三极管比光敏二极管具有更高的灵敏度。

三、光敏三极管在手机中的应用

光敏三极管在手机上应用主要是根据环境光线明暗来判断用户的使用条件，从而对手机进行智能调节，达到节能和方便用户使用的目的。

黑暗环境下自动降低背光亮度，以免背光太亮刺眼。

太阳下自动增加屏幕亮度，使显示更清楚。

手机移动到耳边打电话时，自动关闭屏幕和背光，可以延长手机的续航时间，同时关闭触屏，又可以达到防止打电话过程中误触屏幕挂断电话的误操作。

甚至还有手机设计成利用光线亮度控制铃声音量的功能，即通过外界光线的强弱，来控制铃声的大小，如手机装在衣服口袋或是皮包里时，就大声振铃，而取出时，环境光线改变了，振铃就随着减小，这个功能很有意思，一方面可以避免铃声过小误接电话，一方面又可以适应环境的需要，避免影响他人，同时还能节省电量。

　　以NOKIAN73手机为例，光敏三极管位于前摄像头旁边，如果在光线充足的情况下（室外或者是灯光充足的室内），大概在2-3秒之后，键盘灯会自动熄灭，即使你再操作手机，键盘灯也不会亮，除非到了光线比较暗的地方，键盘灯才会自动的亮起来；

如果在光线充足的情况下，你试着用手将光线感应器遮上2-3秒之后，键盘灯会自动亮起来，这个就是光线感应器的作用。

四、手机光线传感器电路详解

NOKIAN73手机的光线传感器电路如图所示，光敏三极管V6501将感应到的光线变成电信号送到电源管理/音频IC中的检测电路中，然后输出控制信号，控制LCD背光灯，使之能够随环境光线的强弱变换亮度，以达到节省电量满足视觉需要的目的。

NOKIAN73手机的光线传感器电路

三．触摸传感器

在手机中使用的触摸传感器（touchsensor）就是平时我们俗称的触摸屏（Touchpanel）,又称为触控面板，触摸传感器的使用使人机交互更加方便和直观，增加了人机交流的乐趣。

触摸传感器的使用减少了手机菜单按键，操作更加简单、便捷。

在手机中使用的触摸传感器分为两类，第一类是电阻式触摸传感器，其代表就是国产大部分手机采用；

第二类是电容式触摸传感器，其代表就是iphone手机等采用。

一、电阻式触摸屏

电阻式触摸屏是一种传感器，它将矩形区域中触摸点（X,Y）的物理位置转换为代表X坐标和Y坐标的电压。

很多LCD模块都采用了电阻式触摸屏，这种屏幕可以用四线、五线、七线或八线来产生屏幕偏置电压，同时读回触摸点的电压。

电阻式触摸屏基本上是薄膜加上玻璃的结构，薄膜和玻璃相邻的一面上均涂有ITO（纳米铟锡金属氧化物）涂层，ITO具有很好的导电性和透明性。

当触摸操作时，薄膜下层的ITO会接触到玻璃上层的ITO，经由感应器传出相应的电信号，经过转换电路送到处理器，通过运算转化为屏幕上的X、Y值，而完成点选的动作，并呈现在屏幕上。

1、电阻式触摸屏的工作原理

触摸屏包含上下叠合的两个透明层，四线和八线触摸屏由两层具有相同表面电阻的透明阻性材料组成，五线和七线触摸屏由一个阻性层和一个导电层组成，通常还要用一种弹性材料来将两层隔开。

触摸屏的结构如图所示。

触摸屏的结构

当触摸屏表面受到的压力（如通过笔尖或手指进行按压）足够大时，顶层与底层之间会产生接触。

所有的电阻式触摸屏都采用分压器原理来产生代表X坐标和Y坐标的电压。

如图3，分压器是通过将两个电阻进行串联来实现的。

上面的电阻（R1）连接正参考电压（VREF），下面的电阻（R2）接地。

两个电阻连接点处的电压测量值与下面那个电阻的阻值成正比。

触摸屏的分压原理

为了在电阻式触摸屏上的特定方向测量一个坐标，需要对一个阻性层进行偏置：

将它的一边接VREF，另一边接地。

同时，将未偏置的那一层连接到一个ADC的高阻抗输入端。

当触摸屏上的压力足够大，使两层之间发生接触时，电阻性表面被分隔为两个电阻。

它们的阻值与触摸点到偏置边缘的距离成正比。

触摸点与接地边之间的电阻相当于分压器中下面的那个电阻。

因此，在未偏置层上测得的电压与触摸点到接地边之间的距离成正比。

2、四线电阻式触摸屏

在手机中使用电阻式触摸屏几乎全部都是四线触摸屏。

四线触摸屏包含两个阻性层。

其中一层在屏幕的左右边缘各有一条垂直总线，另一层在屏幕的底部和顶部各有一条水平总线，如图所示。

四线电阻式触摸屏工作原理

在触摸屏幕后，起到电压计作用的触摸管理芯片首先在X+点上施加电压梯度VDD，在X-点上施加接地电压GND。

然后，检测Y轴电阻上的模拟电压，并把模拟电压转化成数值，用模数转换器计算X坐标。

在这种情况下，Y-轴变成感应线。

同样地，在Y+和Y-点分施加电压梯度，可以测量Y轴坐标。

3、电阻式触摸屏的外观及结构

电阻式触摸屏是覆盖在LCD上面一层玻璃结构的透明的材料，它与LCD是可以分离的，可以单独进行更换，有些手机的触摸屏和LCD做在一起，如果触摸屏损坏的时候只能一起更换。

部分手机会在触摸屏上面加一个屏幕面板，用来保护触摸屏和LCD。

触摸屏的外形结构如图所示。

电阻式触摸屏外形结构

4、电阻式触摸屏电路详解

下图是是一款手机的电阻式触摸屏电路，电路由触摸检测部件、触摸屏控制芯片、CPU组成，触摸屏安装在LCD的前面，用户检测用户的触摸位置，当手指触摸图标或菜单位置时，触摸屏将检测的信息送入触摸屏控制芯片，触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。

手机的电阻式触摸屏电路

二、电容式触摸屏

电容式触摸屏是在玻璃表面贴上一层透明的特殊金属导电物质。

当手指触摸在金属层上时，触点的电容就会发生变化，使得与之相连的振荡器频率发生变化，通过测量频率变化可以确定触摸位置获得信息。

1、电容式触摸屏工作原理

电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，双玻璃设计能彻底保护导体层及感应器。

电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极，在导电体内形成一个低电压交流电场。

在触摸屏幕时，由于人体电场，手指与导体层间会形成一个耦合电容，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比，位于触摸屏幕后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。

电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感应器，更有效地防止外在环境因素对触摸屏造成影响，就算屏幕沾有污秽、尘埃或油渍，电容式触摸屏依然能准确算出触摸位置。

电容式触摸屏工作原理

2、电容式触摸屏的特性

电容式触摸屏的感应屏是一块四层复合玻璃屏，玻璃屏的内表面和夹层各涂有一层导电层，最外层是一薄层矽土玻璃保护层。

当我们用手指触摸在感应屏上的时候，人体的电场让手指和和触摸屏表面形成一个耦合电容，对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走一个很小的电流。

这个电流分从触摸屏的四角上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。

相比传统的电阻式触摸屏，电容式触摸屏的优势主要有以下几个方面：

（1）操作新奇。

电容式触摸屏支持多点触控，操作更加直观、更具趣味性。

而电阻式触摸屏只支持单点触控。

（2）不易误触。

由于电容式触摸屏需要感应到人体的电流，只有人体才能对其进行操作，用其他物体触碰时并不会有所相应，所以基本避免了误触的可能。

（3）耐用度高。

比起电阻式触摸屏，电容式触摸屏在防尘、防水、耐磨等方面有更好的表现。

作为目前正当红的触摸屏技术，电容式触摸屏虽然具有界面华丽、多点触控、只对人体感应等优势，但与此同时，它也有以下几个缺点：

（1）精度不高。

由于技术原因，电容式触摸屏的精度比起电阻式触摸屏还有所欠缺。

而且只能使用手指进行输入，在小屏幕上还很难实现辨识比较复杂的手写输入。

（2）易受环境影响。

温度和湿度等环境因素发生改变时，也会引起电容式触摸屏的不稳定甚至漂移。

例如用户在使用的同时将身体靠近屏幕就可能引起漂移，甚至在拥挤的人群中操作也会引起漂移。

这主要是由于电容式触摸屏技术的工作原理所致，虽然用户的手指距离屏幕更近，但屏幕附近还有很多体积远大于手指的电场同时作用，这样就会影响到触摸位置的判断。

（3）成本偏高。

此外，当前电容式触控屏在触控板贴附到LCD面板的步骤中还存在一定的技术困难，所以无形中也增加了电容式触控屏的成本。

3、电容式触摸屏外观结构

下图是iphone手机的纯平触摸屏（touchlens，中文俗称有“镜面式触摸屏”、“纯屏触摸屏”）的外观，iphone手机使用的电容式触摸屏，屏幕面板和触摸屏合二为一，透光率高，使用寿命长，适合手机的超薄化设计，加上可以多点触摸功能，深受iphone用户的喜爱。

Iphone手机的电容式触摸屏

触摸传感器除了以上介绍的电阻式触摸屏和电容式触摸屏，还有其他类型的触摸屏，在此不再累述。