智能手機的信號采集

黃欣

摘要

從信號處理系統的角度，歸納了智能手機的多種信號采集方式，包括從傳感器、定位系統和數據接口獲取信號。利用數據接口進行系統擴展，可以極大地擴大智能手機的應用范圍。

【關鍵詞】智能手機 信號采集 系統擴展

移動、聯通、電信三大運營商的智能手機用戶加起來超過了10億，智能手機成為數量最多的通信終端。智能手機不僅是通信終端，它還是典型的嵌入式平臺，并且軟硬件配置豐富，計算和存儲能力超過一般的嵌入式平臺，性價比很高。除了通信收發器，還配置多種傳感器、定位系統和多種數據接口。除了通信功能，智能手機有很強的信號采集和處理能力，可以構造信號處理系統。本文將對其信號采集進行總結，除了從傳感器和定位系統獲取信號，還關注擴展系統。

1 媒體信號的采集

通過麥克風和攝像頭，智能手機可以采集聲音、圖像和視頻信號，并實時數字化。其軟件系統提供了聲音、圖像、視頻管理的應用程序接口，還包含媒體信號處理模塊，用戶可以比較方便的構建這些信號的處理系統。

以華為手機榮耀10為例，音頻方面，支持多種音頻格式，包括mp3、mp4、3gp、ogg、amr、aac、flac、wav、midi;圖像方面，攝像頭支持1200萬像素（彩色）+2000萬像素（黑白），可以滿足許多應用;視頻方面，攝像頭最大可支持4K（3840*2160）30fps視頻拍攝，超過了HDTV的標準。

智能手機采集的聲音、圖像、視頻信號，可以滿足一般應用的指標要求，但可能達不到某些特殊應用的要求。例如手機采集的聲音信號的頻帶主要是300-340OHz的話音范圍，如果系統要求更寬頻帶的聲音信號，就必須對聲音采集模塊進行擴展。

2 從其他傳感器獲取信號

智能手機主要配置有以下傳感器，可以用來采集多種信號。

2.1 光線傳感器

采用光敏元件，敏感波長一般包括可見光和紅外光。其基本功能是測量環境可見光強度，用于自動調整屏幕亮度。另一個功能是測量紅外線強度，協助接近傳感器工作。在信號處理系統中可用于采集光強信號。

2.2 磁場傳感器

采用三軸電子羅盤，能夠全面探測磁場強度，并輸出數字化數據。一般用于實現指南針功能，也用于配合定位系統工作。在信號處理系統中可用于采集磁場強度信號。

2.3 重力感應器

屬于加速傳感器，一般利用可移動電極板的電容構成，電容值的變化反映加速度的大小。其基本功能用于檢測手機的姿態，從而執行調整屏幕顯示、翻屏靜音等操作。還應用于計步、游戲等應用程序中。在信號處理系統中可用于采集運動信號。

2.4 陀螺儀

采用三軸微電機陀螺，可以測量六個方向的加速度。與加速傳感器不同，陀螺儀測量的是角加速度，可以測到轉動。可以用于慣性導航、拍照防抖動、游戲軟件。在信號處理系統中也可用于采集運動信號。

智能手機中的多種傳感器可以作為信號處理系統的信號源，構建多種信號處理系統，但仍然存在局限性。首先，手機的傳感器不可能包羅萬象;其次手機傳感器測量的大多是手機內部的環境。為了擴大手機平臺的應用范圍，需要在手機外部擴展特定的傳感器測量模塊。例如要測量比較高的溫度，用手機內部的溫度傳感器是不行的。

3 從定位系統獲取信號

衛星定位系統包括GPS、Glonass和北斗。智能手機最基本配置的定位系統是GPS，從GPS可以獲取三維地理信息（經緯度和高度），還可以獲取一個10MHz的同步脈沖信號和一個精度為Ipps的時間信號。這些信號可以應用于某些信號處理系統中，尤其是需要多個系統同步協調工作時，GPS是一個覆蓋范圍很寬且使用方便的同步基準。

國內一些新出產的手機配置了北斗衛星導航系統，可以提供與GPS類似的信號。從定位系統獲取的信號一般不是處理對象，但可以作為輔助信號，實現計時、同步等功能。

4 利用數據接口擴展系統采集信號

一般情況下，智能手機傳感器的輸出可以直接作為信號處理系統的輸入，但是這些傳感器的信號指標不可能適合所有的應用，這時可以考慮把信號采集模塊作為手機的擴展，在手機外部實現，然后把采集到的數據傳遞給手機處理。擴展部分與手機的聯系可通過數據接口實現。

對一般應用，最方便的數據接口是USB、它的優點是傳輸速率大，缺點是需要數據線連接。智能手機支持USB3.1版本，理論傳輸速率達到10Gbps、這個數據率滿足智能手機所能處理的最大數據速率要求。

如果要求無線傳輸，可選擇藍牙或者WLAN，其中藍牙4.0版本典型傳輸距離為10m、最大數據率為24Mbps。藍牙的設備要簡單些，WLAN則可以有更大的數據率和更遠的傳輸距離。

5 總結

智能手機配置多種傳感器，能夠采集多種信號;配置定位系統，可以獲取地理信息和同步信號;配置多種數據接口，可以擴展信號采集模塊。利用手機的數據接口實現系統的擴展，可以采集各種各樣的信號，極大挖掘了智能手機的應用潛力。除了信號處理系統，如果利用數據接口擴展執行機構，智能手機還可以應用于控制系統。研究制定一個類似于IEEE488的接口標準，使得智能手機的擴展規范化，是下一步的研究方向。

參考文獻

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