手機中的主要傳感器,詳細版!

1、第六章手機中的傳感器第一節(jié)手機中的磁控傳感器一、手機中的干簧管傳感器二、手機中的霍爾傳感器第二節(jié)手機中的光線傳感器一、光敏三極管的外形及符號二、光敏三極管的工作原理三、光敏三極管在手機中的應(yīng)用四、手機光線傳感器電路詳解第三節(jié)手機中的觸摸傳感器一、電阻式觸摸屏二、電容式觸摸屏第四節(jié)手機中的攝像頭一、手機攝像頭的工作原理二、手機攝像頭的結(jié)構(gòu)三、圖像傳感器四、手機攝像頭電路詳解第五節(jié)手機中的電子指南針一、電子指南針工作原理二、電子指南針電路第六節(jié)手機中的三軸陀螺儀一、三軸陀螺儀工作原理二、三軸陀螺儀的應(yīng)用三、iphone手機中的三軸陀螺儀手機中的重力傳感器補充：重力傳感器距離傳感器溫度傳感器本章導(dǎo)讀

2、隨著技術(shù)的進步，手機已經(jīng)不再是一個簡單的通信工具，而是具有綜合功能的便攜式的電子設(shè)備。你可以用手機聽音樂，看電影，拍照等。手機變得無所不能。在這種情況下，各種傳感器在手機中的應(yīng)用應(yīng)運而生。本章主要介紹了幾種典型的傳感器及其在手機中的應(yīng)用，如磁控傳感器、光線傳感器、觸摸傳感器（觸摸屏的典型應(yīng)用）、圖像傳感器（手機攝像頭的應(yīng)用）、磁阻傳感器（電子指南針）、加速傳感器（iphone4的三軸陀螺儀）等。這些傳感器的應(yīng)用為智能手機增加感知能力，使手機能夠知道自己做什么，甚至做什么的動作。知識目標1、了解各種傳感器的工作原理；2、掌握各種傳感器功能的熟練使用；3、了解傳感器電路的功能、特點；4、能夠識別手

3、機中使用的各種傳感器電路。技能目標1、能簡單判斷各傳感器電路的故障；2、了解傳感器的特性及性能；3、能夠識別傳感器實物并排除簡單故障。第一節(jié)手機中的磁控傳感器在手機中磁控傳感器主要包括干簧管和霍爾元件，干簧管和霍爾元件都是通過磁信號來控制線路通斷的傳感器，主要用在翻蓋、滑蓋手機的控制電路中。由于干簧管易碎等原因，現(xiàn)在手機中很少見到干簧管傳感器了，使用最多的是霍爾傳感器（也叫霍爾元件）。一、手機中的干簧管傳感器由于干簧管傳感器主要應(yīng)用于老式的手機中，在新型手機中已經(jīng)很少采用了，所以只對干簧管傳感器進行簡單介紹。1、干簧管傳感器的外形特征干簧管傳感器就是一個密閉的玻璃管有兩個簧片，干簧管傳感器分為

4、常開型和常閉型，下圖是干簧管傳感器的常見外形。干簧管傳感器的常見外形2、干簧管傳感器的工作原理干簧管傳感器是利用磁場信號來控制的一種線路開關(guān)器件。干簧管傳感器又被稱為磁控管傳感器。干簧管傳感器的外殼一般是一根密封的玻璃管，在玻璃管中裝有兩個鐵質(zhì)的彈性簧片電極，玻璃管中充有某種惰性氣體。平時玻璃管中的兩個簧片是分開的，當有磁性物質(zhì)靠近玻璃管時，在磁場磁力線的作用下，管的兩個簧片被磁化而互相吸引接觸，使兩個引腳所接的電路連通。外磁場消失后，兩個簧片由本身的彈性而分開，線路就斷開。干簧管傳感器的工作原理如圖所示。干簧管傳感器的工作原理在實際運用中，通常使用磁鐵采控制這兩根金屬片的接通與否，所以，又稱

5、其為磁控管傳感器。磁控管傳感器在手機中常常被用于翻蓋手機、折疊式手機電路中，特別是早期的摩托羅拉、愛立信、三星手機使用最多。通過翻蓋的動作，使翻蓋上磁鐵控制磁控管傳感器閉合或斷開，從而掛斷或接聽等。在采用干簧管傳感器結(jié)構(gòu)的手機中，除有一個干簧管傳感器外，還有有一個輔助磁鐵，手機在通話時，磁鐵應(yīng)遠離干簧管傳感器，故這類手機有個共同的特點，就是磁鐵在翻蓋上（翻蓋式手機）或聽筒旁（折疊式手機）。如果手機既不是折疊式，又不是翻蓋式，則不需采用干簧管傳感器。3、干簧管傳感器的故障特征干簧管傳感器本身是一種玻璃管，而玻璃易碎，所以干簧管傳感器很容易損壞，特別是摔過的手機尤其如此，因此，目前一些新式的折疊式

6、和翻蓋式手機已不再采用干簧管傳感器，而采用了原理與干簧管傳感器類似的霍爾傳感器。當干簧管傳感器損壞時，手機會出現(xiàn)一些很復(fù)雜的故障，如部分或全部按鍵失靈、開機困難、不顯示等。因此，在檢修手機開機困難、按鍵失靈、不顯示等故障時，不可忘記對干簧管傳感器的檢查。二、手機中的霍爾傳感器霍爾傳感器一個使用非常廣泛的電子器件，在錄像機、電動車、汽車、電腦散熱風(fēng)扇中都有應(yīng)用。在手機中主要應(yīng)用在翻蓋或滑蓋的控制電路中，通過翻蓋或滑蓋的動作來控制掛掉或接聽、鎖定鍵盤及解除鍵盤鎖等。1、霍爾傳感器的外形特征霍爾傳感器的作用與干簧管傳感器一樣，工作原理非常相似的，都是在磁場作用下直接產(chǎn)生通與斷的動作?；魻杺鞲衅魇且环N

7、電子元件，其外型封裝很似三極管，但看起來比三極管更胖一些。手機中霍爾傳感器的外形如圖所示。在手機中，霍爾傳感器的封裝有3個引腳的，也有4個引腳的。攝地鑰出博出證地鐵電懸空昴空接地供電壊地輸出手機中霍爾傳感器的外形2、霍爾效應(yīng)所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。金屬的霍爾效應(yīng)是1879年被美國物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)的。當電流通過金屬箔片時，若在垂直于電流的方向施加磁場，則金屬箔片兩側(cè)面會出現(xiàn)橫向電位差。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)極強的霍爾效應(yīng)。利用霍爾效應(yīng)可以設(shè)計制成多種傳感器。由于通電導(dǎo)線周圍存在磁場，其

8、大小與導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍爾元件測量出磁場，就可確定導(dǎo)線電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計制成霍爾電流傳感器。其優(yōu)點是不與被測電路發(fā)生電接觸，不影響被測電路，不消耗被測電源的功率，特別適合于大電流傳感。如果把霍爾傳感器集成的開關(guān)按預(yù)定位置有規(guī)律地布置在物體上，當裝在運動物體上的永磁體經(jīng)過它時，可以從測量電路上測得脈沖信號。根據(jù)脈沖信號列可以傳感出該運動物體的位移。若測出單位時間發(fā)出的脈沖數(shù)，則可以確定其運動速度。3、霍爾傳感器利用霍爾效應(yīng)做成的半導(dǎo)體元件就是霍爾元件（霍爾傳感器）?；魻杺鞲衅骺捎枚喾N半導(dǎo)體材料制作，如Ge、Si、InSb、GaAs、InAs、InAsP以及多層半導(dǎo)體異

9、質(zhì)結(jié)構(gòu)量子阱材料等等?；魻杺鞲衅骶哂性S多優(yōu)點，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達1MHZ）,耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。相對于干簧管傳感器來說，霍爾傳感器壽命較長，不易損壞。且對振動，加速度不敏感。作用時開關(guān)時間較快，一般為0.12ms,較干簧管傳感器的13ms快得多。4、霍爾傳感器分類霍爾傳感器分為線性型霍爾傳感器件和開關(guān)型霍爾傳感器兩種。（1）線性霍爾傳感器線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。（2）開關(guān)型霍爾傳感器開關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，它輸出數(shù)字量

10、。手機中使用的霍爾傳感器是微功耗開關(guān)型霍爾傳感器。5、手機霍爾傳感器電路詳解下圖是N0KIAN73滑蓋手機的霍爾傳感器電路，當磁場作用于霍爾元件時產(chǎn)生一微小的電壓，經(jīng)放大器放大及施密特電路后使三極管導(dǎo)通輸出低電平；當無磁場作用時三極管截止，輸出為高電平。在滑蓋手機中，霍爾傳感器件在上蓋對應(yīng)的方向有一個磁鐵，用磁鐵來控制霍爾傳感器傳感信號的輸出，當合上滑蓋的時候，霍爾傳感器輸出低電平做為中斷信號到CPU,強制手機退出正在運行的程序（例如正在通話的），并且鎖定鍵盤、關(guān)閉LCD背景燈，當打開滑蓋的時候，霍爾傳感器輸出1.8V高電平，手機解鎖、背景燈發(fā)光、接通正在打入的。在翻蓋或滑蓋手機中霍爾傳感器也

11、比較容易找，它的位置一般在磁鐵對應(yīng)的主板的正面或反面，只要找到磁鐵就一定能找到霍爾傳感器。直板手機中沒有這個電路。NOKIAN73滑蓋手機的霍爾傳感器電路第二節(jié)手機中的光線傳感器從2002年，NOKIA7650手機開始使用光線傳感器，到最新款的iphone手機中使用光線傳感器。光線傳感器在手機中的使用給人們增加了更多的便利。在手機中使用的光線傳感器件一般是光敏三極管，也叫光電三極管，光敏三極管有電流放大作用，所以比光敏電阻和光敏二極管應(yīng)用更廣泛。一、光敏三極管的外形及符號光敏三極管有2個PN結(jié)，其基本原理與光敏二極管相同，但是它把光信號變成電信號的同時，還放大了信號電流，因此具有更高的靈敏度，

12、一般光敏三極管的基極已在管連接，只有C和E兩根引線引出（也有將基極引出的）。在使用光敏三極管時，不能從外形來區(qū)分是光敏二極管還是光敏三極管，只能從型號來進行區(qū)分。光敏三極管的外形及符號如圖所示，一般只有兩個引腳引出，樣子非常像普通的發(fā)光二極管。手機中的光敏三極管及符號二、光敏三極管的工作原理光敏三極管與普通半導(dǎo)體三極管一樣，是采用半導(dǎo)體制作工藝制成的具有NPN或PNP結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體管。它在結(jié)構(gòu)上與半導(dǎo)體三極管相似，它的引出電極通常只有兩個，也有三個的。光敏三極管的結(jié)構(gòu)如圖所示。為適應(yīng)光電轉(zhuǎn)換的要求，它的基區(qū)面積做得較大，發(fā)射區(qū)面積做得較小，入射光主要被基區(qū)吸收。和光敏二極管一樣，管子的芯片被裝在

13、帶有玻璃透鏡金屬管殼，當光照射時，光線通過透鏡集中照射在芯片上。將光敏三極管接在圖所示的電路中，光敏三極管的集電極接正電位，其發(fā)射極接負電位。當無光照射時，流過光敏三極管的電流，就是正常情況下光敏三極管集電極與發(fā)射極之間的穿透電流Iceo它也是光敏三極管的暗電流，其大小為：Iceo=(1+hFE)I(式中：Icbo-一集電極與基極間的飽和電流；hFE-共發(fā)射極直流放大系數(shù))。光敏三極管等效電路圖當有光照射在基區(qū)時，激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對增加了少數(shù)載流子的濃度，使集電結(jié)反向飽和電流大大增加，這就是光敏三極管集電結(jié)的光生電流。該電流注入發(fā)射結(jié)進行放大，成為光敏三極管集電極與發(fā)射極間電流，它就是光敏

14、三極管的光電流。可以看出，光敏三極管利用普通半導(dǎo)體三極管的放大作用，將光敏二極管的光電流放大了(I+hFE)倍。所以，光敏三極管比光敏二極管具有更高的靈敏度。三、光敏三極管在手機中的應(yīng)用光敏三極管在手機上應(yīng)用主要是根據(jù)環(huán)境光線明暗來判斷用戶的使用條件，從而對手機進行智能調(diào)節(jié)，達到節(jié)能和方便用戶使用的目的。黑暗環(huán)境下自動降低背光亮度，以免背光太亮刺眼。太陽下自動增加屏幕亮度，使顯示更清楚。手機移動到耳邊打時，自動關(guān)閉屏幕和背光，可以延長手機的續(xù)航時間，同時關(guān)閉觸屏，又可以達到防止打過程中誤觸屏幕掛斷的誤操作。甚至還有手機設(shè)計成利用光線亮度控制鈴聲音量的功能，即通過外界光線的強弱，來控制鈴聲的大小

15、，如手機裝在衣服口袋或是皮包里時，就大聲振鈴，而取出時，環(huán)境光線改變了，振鈴就隨著減小，這個功能很有意思，一方面可以避免鈴聲過小誤接，一方面又可以適應(yīng)環(huán)境的需要，避免影響他人，同時還能節(jié)省電量。以N0KIAN73手機為例，光敏三極管位于前攝像頭旁邊，如果在光線充足的情況下(室外或者是燈光充足的室)，大概在2-3秒之后，鍵盤燈會自動熄滅，即使你再操作手機，鍵盤燈也不會亮，除非到了光線比較暗的地方，鍵盤燈才會自動的亮起來；如果在光線充足的情況下，你試著用手將光線感應(yīng)器遮上2-3秒之后，鍵盤燈會自動亮起來，這個就是光線感應(yīng)器的作用。四、手機光線傳感器電路詳解NOKIAN73手機的光線傳感器電路如圖所

16、示，光敏三極管V6501將感應(yīng)到的光線變成電信號送到電源管理/音頻IC中的檢測電路中，然后輸出控制信號，控制LCD背光燈，使之能夠隨環(huán)境光線的強弱變換亮度，以達到節(jié)省電量滿足視覺需要的目的。fW陰I4TkGNDGNDNOKIAN73手機的光線傳感器電路OHDGNDX傳感信號輜人lookV65A1嗣4駁4T-D*L7551電幗嚴DLM11GH5015Z2D112.5V第三節(jié)手機中的觸摸傳感器在手機中使用的觸摸傳感器(touchsensor)就是平時我們俗稱的觸摸屏（Touchpanel），又稱為觸控面板，觸摸傳感器的使用使人機交互更加方便和直觀，增加了人機交流的樂趣。觸摸傳感器的使用減少了手機菜

17、單按鍵，操作更加簡單、便捷。在手機中使用的觸摸傳感器分為兩類，第一類是電阻式觸摸傳感器，其代表就是國產(chǎn)大部分手機采用；第二類是電容式觸摸傳感器，其代表就是iphone手機等采用。一、電阻式觸摸屏電阻式觸摸屏是一種傳感器，它將矩形區(qū)域中觸摸點（X,Y）的物理位置轉(zhuǎn)換為代表X坐標和Y坐標的電壓。很多LCD模塊都采用了電阻式觸摸屏，這種屏幕可以用四線、五線、七線或八線來產(chǎn)生屏幕偏置電壓，同時讀回觸摸點的電壓。電阻式觸摸屏基本上是薄膜加上玻璃的結(jié)構(gòu)，薄膜和玻璃相鄰的一面上均涂有IT0（納米銦錫金屬氧化物）涂層，IT0具有很好的導(dǎo)電性和透明性。當觸摸操作時，薄膜下層的ITO會接觸到玻璃上層的ITO,經(jīng)由

18、感應(yīng)器傳出相應(yīng)的電信號,經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路送到處理器，通過運算轉(zhuǎn)化為屏幕上的X、Y值，而完成點選的動作，并呈現(xiàn)在屏幕上。1、電阻式觸摸屏的工作原理觸摸屏包含上下疊合的兩個透明層，四線和八線觸摸屏由兩層具有相同表面電阻的透明阻性材料組成，五線和七線觸摸屏由一個阻性層和一個導(dǎo)電層組成，通常還要用一種彈性材料來將兩層隔開。觸摸屏的結(jié)構(gòu)當觸摸屏表面受到的壓力(如通過筆尖或手指進行按壓)足夠大時，頂層與底層之間會產(chǎn)生接觸。所有的電阻式觸摸屏都采用分壓器原理來產(chǎn)生代表X坐標和Y坐標的電壓。如圖3，分壓器是通過將兩個電阻進行串聯(lián)來實現(xiàn)的。上面的電阻(R1)連接正參考電壓(VREF),下面的電阻(R2)接地。兩個電

19、阻連接點處的電壓測量值與下面那個電阻的阻值成正比。觸摸屏的分壓原理為了在電阻式觸摸屏上的特定方向測量一個坐標,需要對一個阻性層進行偏置：將它的一邊接VREF，另一邊接地。同時，將未偏置的那一層連接到一個ADC的高阻抗輸入端。當觸摸屏上的壓力足夠大,使兩層之間發(fā)生接觸時,電阻性表面被分隔為兩個電阻。它們的阻值與觸摸點到偏置邊緣的距離成正比。觸摸點與接地邊之間的電阻相當于分壓器中下面的那個電阻。因此，在未偏置層上測得的電壓與觸摸點到接地邊之間的距離成正比。2、四線電阻式觸摸屏在手機中使用電阻式觸摸屏幾乎全部都是四線觸摸屏。四線觸摸屏包含兩個阻性層。其中一層在屏幕的左右邊緣各有一條垂直總在觸摸屏幕后

20、，起到電壓計作用的觸摸管理芯片首先在X+點上施加電壓梯度VDD，在X-點上施加接地電壓GND。然后，檢測Y軸電阻上的模擬電壓，并把模擬電壓轉(zhuǎn)化成數(shù)值，用模數(shù)轉(zhuǎn)換器計算X坐標。在這種情況下，Y-軸變成感應(yīng)線。同樣地，在Y+和Y-點分施加電壓梯度，可以測量Y軸坐標。3、電阻式觸摸屏的外觀及結(jié)構(gòu)電阻式觸摸屏是覆蓋在LCD上面一層玻璃結(jié)構(gòu)的透明的材料，它與LCD是可以分離的，可以單獨進行更換，有些手機的觸摸屏和LCD做在一起，如果觸摸屏損壞的時候只能一起更換。部分手機會在觸摸屏上面加一個屏幕面板，用來保護觸摸屏和LCD。觸摸屏的外形結(jié)構(gòu)如圖所示。屛幕面板顯示屏(LCD)植摸搏制器電阻式觸摸屏外形結(jié)構(gòu)4

21、、電阻式觸摸屏電路詳解下圖是是一款手機的電阻式觸摸屏電路，電路由觸摸檢測部件、觸摸屏控制芯片、CPU組成，觸摸屏安裝在LCD的前面，用戶檢測用戶的觸摸位置，當手指觸摸圖標或菜單位置時，觸摸屏將檢測的信息送入觸摸屏控制芯片，觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標，再送給CPU，它同時能接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。手機的電阻式觸摸屏電路二、電容式觸摸屏電容式觸摸屏是在玻璃表面貼上一層透明的特殊金屬導(dǎo)電物質(zhì)。當手指觸摸在金屬層上時，觸點的電容就會發(fā)生變化，使得與之相連的振蕩器頻率發(fā)生變化，通過測量頻率變化可以確定觸摸位置獲得信息。1、電容式觸摸屏工作原理電容

22、式觸摸屏的構(gòu)造主要是在玻璃屏幕上鍍一層透明的薄膜體層，再在導(dǎo)體層外加上一塊保護玻璃，雙玻璃設(shè)計能徹底保護導(dǎo)體層及感應(yīng)器。電容式觸摸屏在觸摸屏四邊均鍍上狹長的電極，在導(dǎo)電體形成一個低電壓交流電場。在觸摸屏幕時，由于人體電場，手指與導(dǎo)體層間會形成一個耦合電容，四邊電極發(fā)出的電流會流向觸點，而電流強弱與手指到電極的距離成正比，位于觸摸屏幕后的控制器便會計算電流的比例及強弱，準確算出觸摸點的位置。電容觸摸屏的雙玻璃不但能保護導(dǎo)體及感應(yīng)器，更有效地防止外在環(huán)境因素對觸摸屏造成影響，就算屏幕沾有污穢、塵?；蛴蜐n，電容式觸摸屏依然能準確算出觸摸位置。1電容式觸摸屏III訓(xùn)林沖丫建收電槻收電容式觸摸屏工作原理

23、2、電容式觸摸屏的特性電容式觸摸屏的感應(yīng)屏是一塊四層復(fù)合玻璃屏，玻璃屏的表面和夾層各涂有一層導(dǎo)電層，最外層是一薄層矽土玻璃保護層。當我們用手指觸摸在感應(yīng)屏上的時候，人體的電場讓手指和和觸摸屏表面形成一個耦合電容，對于高頻電流來說，電容是直接導(dǎo)體，于是手指從接觸點吸走一個很小的電流。這個電流分從觸摸屏的四角上的電極中流出，并且流經(jīng)這四個電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對這四個電流比例的精確計算，得出觸摸點的位置。相比傳統(tǒng)的電阻式觸摸屏，電容式觸摸屏的優(yōu)勢主要有以下幾個方面：（1）操作新奇。電容式觸摸屏支持多點觸控，操作更加直觀、更具趣味性而電阻式觸摸屏只支持單點觸控。（2）不易誤觸

24、。由于電容式觸摸屏需要感應(yīng)到人體的電流，只有人體才能對其進行操作，用其他物體觸碰時并不會有所相應(yīng)，所以基本避免了誤觸的可能。（3）耐用度高。比起電阻式觸摸屏，電容式觸摸屏在防塵、防水、耐磨等方面有更好的表現(xiàn)。作為目前正當紅的觸摸屏技術(shù)，電容式觸摸屏雖然具有界面華麗、多點觸控、只對人體感應(yīng)等優(yōu)勢，但與此同時，它也有以下幾個缺點：（1）精度不高。由于技術(shù)原因，電容式觸摸屏的精度比起電阻式觸摸屏還有所欠缺。而且只能使用手指進行輸入，在小屏幕上還很難實現(xiàn)辨識比較復(fù)雜的手寫輸入。（2）易受環(huán)境影響。溫度和濕度等環(huán)境因素發(fā)生改變時，也會引起電容式觸摸屏的不穩(wěn)定甚至漂移。例如用戶在使用的同時將身體靠近屏幕就

25、可能引起漂移，甚至在擁擠的人群中操作也會引起漂移。這主要是由于電容式觸摸屏技術(shù)的工作原理所致，雖然用戶的手指距離屏幕更近，但屏幕附近還有很多體積遠大于手指的電場同時作用，這樣就會影響到觸摸位置的判斷。（3）成本偏高。此外，當前電容式觸控屏在觸控板貼附到LCD面板的步驟中還存在一定的技術(shù)困難，所以無形中也增加了電容式觸控屏的成本。3、電容式觸摸屏外觀結(jié)構(gòu)下圖是iphone手機的純平觸摸屏（touchlens，中文俗稱有“鏡面式觸摸屏”、“純屏觸摸屏”）的外觀，iphone手機使用的電容式觸摸屏，屏幕面板和觸摸屏合二為一，透光率高，使用壽命長，適合手機的超薄化設(shè)計，加上可以多點觸摸功能，深受iph

26、one用戶的喜愛。Iphone手機的電容式觸摸屏觸摸傳感器除了以上介紹的電阻式觸摸屏和電容式觸摸屏，還有其他類型的觸摸屏，在此不再累述。第四節(jié)手機中的攝像頭手機的攝像功能指的是手機是否可以通過置或是外接的攝像頭進行拍攝靜態(tài)圖片或短片拍攝，作為手機的一項新的附加功能，手機的攝像功能得到了迅速的發(fā)展。手機的攝像功能離不開攝像頭，攝像頭是組成數(shù)碼相機功能的重要部件，現(xiàn)在使用的手機中，沒有攝像功能的可能寥寥無幾。一、手機攝像頭的工作原理1、主要原理景物通過鏡頭（LENS）生成的光學(xué)圖像投射到圖像傳感器表面上，然后轉(zhuǎn)為電信號，經(jīng)過A/D（模數(shù)轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字圖像信號，再送到數(shù)字信號處理芯片（DSP）

27、中加工處理，再通過CPU進行處理后，通過顯示屏（LCD）就可以看到圖像了。攝像頭工作流程圖2、攝像頭的分類攝像頭分為數(shù)字攝像頭和模擬攝像頭兩大類。數(shù)字攝像頭可以直接捕捉影像，然后通過數(shù)字信號處理芯片進行處理后，送到CPU，通過顯示屏顯示出來?，F(xiàn)在手機上的攝像頭基本以數(shù)字攝像頭為主。手機中的數(shù)字攝像頭如圖所示。手機中的數(shù)字攝像頭模擬攝像頭可以將視頻采集設(shè)備產(chǎn)生的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，進而將其儲存在計算機里。模擬攝像頭捕捉到的視頻信號必須經(jīng)過特定的視頻捕捉卡將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字模式，并加以壓縮后才可以轉(zhuǎn)換到計算機上運用。二、手機攝像頭的結(jié)構(gòu)手機攝像頭的結(jié)構(gòu)如圖所示，一般由鏡頭、圖像傳感器、接

28、口、數(shù)字信號處理器、CPU、顯示屏等組成。1、鏡頭（LENS）手機攝像頭鏡頭通常采用鋼化玻璃或PMMA（有機玻璃，也叫亞克力），鏡頭固定在圖像傳感器的上方，可以通過手動調(diào)節(jié)鏡頭來改變聚焦，不過大部分手機不能手動調(diào)節(jié)聚焦，手機攝像頭鏡頭在出廠時已經(jīng)調(diào)好固定。2、手機攝像頭的圖像攝像頭鏡頭攝像頭手機主接口的FPC3、手機1、手機5、LCD將攝像頭捕捉的圖像顯示在屏幕上。和CPU對圖像信號進行處理。手機攝像頭的結(jié)構(gòu)2、圖像傳感器（SENSOR）傳統(tǒng)相機使用“膠卷”作為其記錄信息的載體，而數(shù)碼相機的“膠卷”就是其成像感光器件，而且是與相機一體的，是數(shù)碼相機的心臟。圖像傳感器是數(shù)碼相機的核心，也是最關(guān)鍵

29、的技術(shù)。目前手機數(shù)碼相機的核心成像部件有兩種：一種是廣泛使用的CCD（電荷藕合）元件；另一種是CMOS（互補金屬氧化物導(dǎo)體）器件。3、接口手機中置的攝像頭本身是一個完整的組件，一般采用排線、板對板連接器、彈簧卡式連接方式與手機主板進行連接，將圖像信號送到手機主板的數(shù)字信號處理芯片中進行處理。4、數(shù)字信號處理芯片（DSP）數(shù)字信號處理芯片DSP（DIGITALSIGNALPROCESSING）的作用是，通過一系列復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法運算，對數(shù)字圖像信號參數(shù)進行優(yōu)化處理。數(shù)字信號處理芯片在手機主板上，將圖像進行處理后，在CPU的控制下送到顯示屏，然后就能夠在顯示屏上到鏡頭捕捉的景物了。三、圖像傳感器圖像

30、傳感器，是組成數(shù)字攝像頭的重要組成部分。根據(jù)元件的不同，可分為CCD（ChargeCoupledDevice,電荷耦合元件）和CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor，金屬氧化物半導(dǎo)體元件）兩大類。1、CCDCCD（ChargeCoupledDevice），即“電荷耦合器件，以百萬像素為單位。數(shù)碼相機規(guī)格中的多少百萬像素，指的就是CCD的分辨率。CCD是一種感光半導(dǎo)體芯片，用于捕捉圖形，廣泛運用于掃描儀、復(fù)印機以及無膠片相機等設(shè)備。與膠卷的原理相似，光線穿過一個鏡頭，將圖形信息投射到CCD上。但與膠卷不同的是，CCD既沒有能力記錄圖形數(shù)據(jù)，也沒有能力

31、永久保存下來，甚至不具備“曝光”能力。所有圖形數(shù)據(jù)都會不停留地送入一個“模-數(shù)”轉(zhuǎn)換器，一個信號處理器以及一個存儲設(shè)備（比如存芯片或存卡）。CCD有各式各樣的尺寸和形狀，最大的有2X2平方英寸。2、CMOSCMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）,即“互補金屬氧化物半導(dǎo)體”CMOS傳感器便于大規(guī)模生產(chǎn)，且速度快，成本較低，是數(shù)碼相機關(guān)鍵器件的發(fā)展方向之一?；パa性氧化金屬半導(dǎo)體CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor）和CCD一樣同為在數(shù)碼相機中可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)和一般計算機芯片沒什么

32、差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶-電）和P（帶+電）級的半導(dǎo)體，這兩個互補效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影像。然而，CMOS的缺點就是太容易出現(xiàn)雜點，這主要是因為早期的設(shè)計使CMOS在處理快速變化的影像時，由于電流變化過于頻繁而會產(chǎn)生過熱的現(xiàn)象。四、手機攝像頭電路詳解下圖是MTK芯片組手機的攝像頭電路，當手機進入拍照或攝像狀態(tài)時，電源會分別提供2.8V和1.8V供電電壓給攝像頭組件接口的2腳和19腳，同時CPU送出復(fù)位信號到攝像頭組件接口的4腳使攝像頭復(fù)位，I2C總線信號送到攝像頭組件接口的9腳、10腳，攝像頭的控制信號分別送到攝像頭組

33、件接口的3腳、5腳、6腳、7腳、8腳。此時攝像頭組件進入工作狀態(tài)，攝像頭捕捉的景物在圖像傳感器上轉(zhuǎn)化成電信號后，經(jīng)過攝像頭組件U500的11腳一18腳數(shù)據(jù)通信接口，送至CPUMT6225部，在CPU部的數(shù)字信號處理器中處理后，送至LCD顯示出攝像頭捕捉的景物。手機攝像頭接口4:OWDATA9手機的攝像頭組件。CWA哪OWDATa*MlATwSCLSCdCWFCLKCliFFHGWWB=CW1STlMFCfJVDP_C*ERAGND手機攝像頭模塊的2.8V供電電壓。攝像頭的控制信號。手機攝像頭模塊的1.8V供電電壓。M嗎T電:T-_亡肛T越2MC!Ta：:MD.4T.:：r：ATM攝像頭數(shù)據(jù)信號

34、,8-10個。MTK芯片組手機的攝像頭電路第五節(jié)手機中的電子指南針指南針是重要的導(dǎo)航工具，在很多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。電子指南針將替代羅盤指南針，因為它全部采用固態(tài)元件，而且可以方便的和其他電子系統(tǒng)連接。電子指南針系統(tǒng)中磁場傳感器的磁阻（MR）技術(shù)是最佳的解決方法，它比磁通量閘門傳感器和霍爾元件都更先進。一、電子指南針工作原理電子指南針（又稱為電子羅盤）是一種重要的導(dǎo)航工具，能實時提供移動物體的航向和姿態(tài)。隨著半導(dǎo)體工藝的進步和手機操作系統(tǒng)的發(fā)展，集成了越來越多傳感器的智能手機變得功能強大，很多手機上都實現(xiàn)了電子指南針的功能。而基于電子指南針的應(yīng)用（如Android的Skymap）在各個軟件平臺

35、上也流行起來。下圖是一款手機的電子指南針功能。D149SE.ir.ATIT3G11:00PM手機的電子指南針功能要實現(xiàn)電子指南針功能，需要一個檢測磁場的三軸磁力傳感器和一個三軸加速度傳感器。隨著微機械工藝的成熟，意法半導(dǎo)體推出將三軸磁力計和三軸加速計集成在一個封裝里的二合一傳感器模塊LSM303DLH,這是一款成本低、性能高的電子指南針模塊。1、地磁場和航向角的背景知識如圖1所示，地球的磁場象一個條形磁體一樣由磁南極指向磁北極。在磁極點處磁場和當?shù)氐乃矫娲怪?，在赤道磁場和當?shù)氐乃矫嫫叫?，所以在北半球磁場方向傾斜指向地面。用來衡量磁感應(yīng)強度大小的單位是Tesla或者Gauss（lTesla=

36、10000Gauss）。隨著地理位置的不同，通常地磁場的強度是0.4-0.6Gauss。需要注意的是，磁北極和地理上的北極并不重合，通常他們之間有11度左右的夾角。地磁場分布圖地磁場是一個矢量，對于一個固定的地點來說，這個矢量可以被分解為兩個與當?shù)厮矫嫫叫械姆至亢鸵粋€與當?shù)厮矫娲怪钡姆至?。如果保持電子羅盤和當?shù)氐乃矫嫫叫?，那么羅盤中磁力計的三個軸就和這三個分量對應(yīng)起來，如圖2所示。lesrfhidown)Xifdiward)*；*jj-rHriOrthtt=AzimuthorHeading地磁場矢量分解示意圖實際上對水平方向的兩個分量來說，他們的矢量和總是指向磁北的。電子指南針中的航向角

37、（Azimuth）就是當前方向和磁北的夾角。由于電子指南針保持水平，只需要用磁力計水平方向兩軸（通常為X軸和Y軸）的檢測數(shù)據(jù)就可以計算出航向角。當指南針水平旋轉(zhuǎn)的時候，航向角在0-360之間變化。2、磁力計工作原理在LSM303DLH中磁力計采用各向異性磁致電阻（AnisotropicMagneto-Resistance）材料來檢測空間中磁感應(yīng)強度的大小。這種具有晶體結(jié)構(gòu)的合金材料對外界的磁場很敏感，磁場的強弱變化會導(dǎo)致AMR自身電阻值發(fā)生變化。在制造過程中，將一個強磁場加在AMR上使其在某一方向上磁化，建立起一個主磁域，與主磁域垂直的軸被稱為該AMR的敏感軸，如圖3所示。為了使測量結(jié)果以線性

38、的方式變化，AMR材料上的金屬導(dǎo)線呈45角傾斜排列，電流從這些導(dǎo)線上流過，如圖4所示。由初始的強磁場在AMR材料上建立起來的主磁域和電流的方向有45的夾角。圖3AMR材料示意圖圖445角排列的導(dǎo)線當有外界磁場Ha時，AMR上主磁域方向就會發(fā)生變化而不再是初始的方向了，那么磁場方向和電流的夾角。也會發(fā)生變化，如圖5所示。對于AMR材料來說，。角的變化會引起AMR自身阻值的變化，并且呈線性關(guān)系，如圖6所示。圖69-R特性曲線ST利用惠斯通電橋檢測AMR阻值的變化，如圖7所示。R1/R2/R3/R4是初始狀態(tài)相同的AMR電阻，但是R1/R2和R3/R4具有相反的磁化特性。當檢測到外界磁場的時候，R1

39、/R2阻值增加AR；而R3/R4減少AR。這樣在沒有外界磁場的情況下，電橋的輸出為零；而在有外界磁場時電橋的輸出為一個微小的電壓V。圖7惠斯通電橋當R1=R2=R3=R4=R，在外界磁場的作用下電阻變化為R時，電橋輸出V正比于AR。這就是磁力計的工作原理。二、電子指南針電路下面以意法半導(dǎo)體的LSM303DLH模塊為例介紹電子指南針電路，一個傳統(tǒng)的電子指南針系統(tǒng)至少需要一個三軸的磁力計以測量磁場數(shù)據(jù)，一個三軸加速計以測量指南針傾角，通過信號條理和數(shù)據(jù)采集部分將三維空間中的重力分布和磁場數(shù)據(jù)傳送給處理器。處理器通過磁場數(shù)據(jù)計算出方位角，通過重力數(shù)據(jù)進行傾斜補償。這樣處理后輸出的方位角不受電子指南針

40、盤空間姿態(tài)的影響，如圖9所示。圖9電子指南針結(jié)構(gòu)示意圖LSM303DLH將上述的加速計、磁力計、A/D轉(zhuǎn)化器及信號條理電路集成在一起，仍然通過I2C總線和處理器通信。這樣只用一顆芯片就實現(xiàn)了6軸的數(shù)據(jù)檢測和輸出，減小了PCB板的占用面積，降低了器件成本。LSM303DLH的應(yīng)用如圖10所示。它需要的周邊器件很少，連接也很簡單，磁力計和加速計各自有一條I2C總線和處理器通信。如果I/O接口電平為1.8V,Vdd_dig_M、Vdd_IO_A和Vdd_I2C_Bus均可接1.8V供電，Vdd使用2.5V以上供電即可；如果接口電平為2.6V，除了Vdd_dig_M要求1.8V以外，其他皆可以用2.6

41、V。Cl和C2為置位/復(fù)位電路的外部匹配電容，由于對置位脈沖和復(fù)位脈沖有一定的要求，建議用戶不要隨意修改C1和C2的大小。snn口口口日JLi11iiicCl11弓OLSM303DLHOPVIEWFSETiC1LIll圖10LSM303DLH應(yīng)用電路圖對于便攜式設(shè)備而言，器件的功耗非常重要，直接影響其待機的時間。LSM303DLH可以分別對磁力計和加速計的供電模式進行控制，使其進入睡眠或低功耗模式。并且用戶可自行調(diào)整磁力計和加速計的數(shù)據(jù)更新頻率，以調(diào)整功耗水平。在磁力計數(shù)據(jù)更新頻率為7.5Hz、加速計數(shù)據(jù)更新頻率為50Hz時，消耗電流典型值為0.83mA。在待機模式時，消耗電流小于3uA。第六

42、節(jié)手機中的三軸陀螺儀每一次iPhone產(chǎn)品的的發(fā)布總能給我們帶來一些全新的應(yīng)用。iPhone4給我們帶來了什么呢？三軸陀螺儀應(yīng)該是iPhone4在硬件配置方面的一大亮點了。一、三軸陀螺儀工作原理三軸陀螺儀：同時測定6個方向的位置，移動軌跡，加速。單軸的只能測量一個方向的量，也就是一個系統(tǒng)需要三個陀螺儀，而3軸的一個就能替代三個單軸的。3軸的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好，是激光陀螺的發(fā)展趨勢。三軸陀螺儀原理如圖所示。三軸陀螺儀原理在最新款的iPhone4手機中置三軸陀螺儀，它可以與加速器和指南針一起工作，可以實現(xiàn)6軸方向感應(yīng)，三軸陀螺儀更多的用途會體現(xiàn)在GPS和游戲效果上。一般來說，使用三

43、軸陀螺儀后，導(dǎo)航軟件就可以加入精準的速度顯示，對于現(xiàn)有的GPS導(dǎo)航來說是個強大的沖擊，同時游戲方面的重力感應(yīng)特性更加強悍和直觀，游戲效果將大大提升。這個功能可以讓手機在進入隧道丟失GPS信號的時候，憑借陀螺儀感知的加速度方向和大小繼續(xù)為用戶導(dǎo)航。而三軸陀螺儀將會與iPhone原有的距離感應(yīng)器、光線感應(yīng)器、方向感應(yīng)器結(jié)合起來讓iPhone4的人機交互功能達到了一個新的高度。二、三軸陀螺儀的應(yīng)用在工程上，陀螺儀是一種能夠精確地確定運動物體的方位的儀器，它是現(xiàn)代航空，航海，航天和國防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導(dǎo)航儀器，它的發(fā)展對一個國家的工業(yè)，國防和其它高科技的發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。傳統(tǒng)的慣性陀

44、螺儀主要是指機械式的陀螺儀，機械式的陀螺儀對工藝結(jié)構(gòu)的要求很高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它的精度受到了很多方面的制約。自從上個世紀七十年代以來，現(xiàn)代陀螺儀的發(fā)展已經(jīng)進入了一個全新的階段。1976年美國Utah大學(xué)的Vali和Shorthill提出了現(xiàn)代光纖陀螺儀的基本設(shè)想，到八十年代以后，現(xiàn)代光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發(fā)展，與此同時激光諧振陀螺儀也有了很大的發(fā)展。由于光纖陀螺儀具有結(jié)構(gòu)緊湊，靈敏度高，工作可靠等等優(yōu)點，所以目前光纖陀螺儀在很多的領(lǐng)域已經(jīng)完全取代了機械式的傳統(tǒng)的陀螺儀，成為現(xiàn)代導(dǎo)航儀器中的關(guān)鍵部件。和光纖陀螺儀同時發(fā)展的除了環(huán)式激光陀螺儀外，還有現(xiàn)代集成式的振動陀螺儀，集成式的振動陀螺儀具有

45、更高的集成度，體積更小，也是現(xiàn)代陀螺儀的一個重要的發(fā)展方向。現(xiàn)代光纖陀螺儀包括干涉式陀螺儀和諧振式陀螺儀兩種，它們都是根據(jù)塞格尼克的理論發(fā)展起來的。塞格尼克理論的要點是這樣的：當光束在一個環(huán)形的通道中前進時，如果環(huán)形通道本身具有一個轉(zhuǎn)動速度，那么光線沿著通道轉(zhuǎn)動的方向前進所需要的時間要比沿著這個通道轉(zhuǎn)動相反的方向前進所需要的時間要多。也就是說當光學(xué)環(huán)路轉(zhuǎn)動時，在不同的前進方向上，光學(xué)環(huán)路的光程相對于環(huán)路在靜止時的光程都會產(chǎn)生變化。利用這種光程的變化，如果使不同方向上前進的光之間產(chǎn)生干涉來測量環(huán)路的轉(zhuǎn)動速度，這樣就可以制造出干涉式光纖陀螺儀，如果利用這種環(huán)路光程的變化來實現(xiàn)在環(huán)路中不斷循環(huán)的光之間的干涉，也就是通過調(diào)整光纖環(huán)路的光的諧振頻率進而測量環(huán)路的轉(zhuǎn)動速度，就可以制造出諧振式的光纖陀螺儀。從這個簡單的介紹可以看出，干涉式陀螺儀在實現(xiàn)干涉時的光程差小，所以它所要求的光源可以有較大的頻譜寬度，而諧振式的陀螺儀在實現(xiàn)干涉時，它的光程差較大，所以它所要求的光源必須有很好的單色性