SENtral-A - концентратор датчиков для Android 4.4 KitKat

| PNI

Число встроенных датчиков в современных Android-устройствах, таких как смартфоны или планшеты, постоянно увеличивается. Это значительно расширяет возможности гаджетов, но приводит к двум негативным последствиям: росту потребления и необходимости повышения вычислительной мощности для обработки данных. Компания PNI предлагает свое решение этих проблем в виде концентраторов-сопроцессоров SENtral™, которые берут на себя всю нагрузку по обсчету сырых данных с сенсоров и отличаются минимальным потреблением. В данной статье речь пойдет о разработанном специально для ОС Android 4.4 KitKat концентраторе SENtral™-A.

Концентратор SENtral™- A от компании PNI для ОС Android 4.4 KitKat

Рис. 1. Концентратор SENtral™- A от компании PNI для ОС Android 4.4 KitKat

Если задать пользователям Android-устройств и инженерам один и тот же вопрос: «Сколько типов датчиков Вы знаете?», то ответы получатся разные. Казалось бы, что благодаря своим знаниям инженеры назовут больше разнообразных сенсоров: акселерометры, гироскопы, датчики влажности и т. д. Однако результаты могут быть неожиданными, так как продвинутый пользователь сообщит вам, что в его смартфоне/ планшете, кроме вышеперечисленных, есть также датчик шагов, счетчик шагов, датчик переворота и т. д.

Дело в том, что Android может работать не только с реальными, физически существующими, сенсорами, но и с виртуальными датчиками. Такие датчики существуют только в программном коде, например, детектор шагов – результат обсчета данных от акселерометра, показания датчика переворота – это не что иное как производная показаний гироскопа и т. д.

Список поддерживаемых реальных и виртуальных датчиков постоянно растет. Так, например, ОС Android 4.4 KitKat имеет встроенную поддержку датчиков 24 типов: акселерометр, магнитометр, датчик ориентации (азимут, поворот, вращение), гироскоп (с температурной компенсацией), датчик освещенности, барометр, датчик температуры, датчик приближения, датчик гравитации, датчик линейных ускорений, 9-осевой датчик вращения, датчик влажности, датчик окружающей среды, магнитометр (без калибровки), игровой 6-осевой сенсор (акселерометр + гироскоп), гироскоп (без калибровки), датчик ударов, детектор шагов, счетчик шагов, геомагнитный 6-осевой сенсор (акселерометр + магнитометр), датчик сердечного ритма, датчик вращения (по изменению). Конечно, не все датчики реализуются в одном устройстве, однако наиболее продвинутые модели смартфонов и планшетов очень близки к этому.

Рост количества датчиков значительно расширяет возможности гаджетов, но приводит к двум негативным последствиям:

  • Увеличение потребления, которое происходит, как за счет потребления самих сенсоров, так и за счет потребления процессора, который производит обсчет получаемых данных. Это очень важный аспект, так как большинство Android-устройств работают автономно, с питанием от аккумуляторов или батареек.
  • Повышение требований к вычислительной мощности процессоров. Необходимо не только обработать данные реальных датчиков, но и рассчитать показания виртуальных сенсоров, а это не так-то просто при работе в реальном времени.

Организовать работу с датчиками можно различными способами. В самом простом случае проблема решается «в лоб» – выбирается мощный центральный процессор (рис. 2). При этом он сам напрямую взаимодействует с сенсорами: вычитывает данные, размещает их в памяти, производит цифровую обработку сигналов (фильтрация, предсказание, свертка и т. д.). Однако, в таком решении есть недостаток. Дело в том, что не все современные процессоры могут похвастаться широким набором аппаратных блоков для цифровой обработки данных (например, тех же фильтров с предсказанием). В результате процессору приходится «вручную» работать с сырыми данными, тратя на это огромное количество времени. Для производительных устройств это недопустимо.

Подключение датчиков напрямую к центральному процессору

Рис. 2. Подключение датчиков напрямую к центральному процессору

Вторым вариантом может стать использование дополнительного микроконтроллера, главной задачей которого будет работа с датчиками. В итоге центральный процессор будет получать готовые и обработанные данные без дополнительной загрузки ядра. Однако и здесь есть недостаток. Кроме полезной периферии и памяти микроконтроллер может содержать те ресурсы и периферийные модули, которые будут излишними для данной задачи. Они будут «отъедать» ресурс от аккумулятора мобильного устройства.

Использование дополнительного микроконтроллера для обсчета датчиков

Рис. 3. Использование дополнительного микроконтроллера для обсчета датчиков

Компания PNI предлагает свое решение всех перечисленных проблем – специализированные сопроцессоры-концентраторы SENtral, которые разработаны специально для ОС Android. В частности, SENtral-A совместим с большинством функций Android 4.4 KitKat при работе с датчиками.

По сути, сопроцессоры SENtral-A заменяют собой микроконтроллеры общего назначения (рис. 3). При этом, датчики подключаются к SENtral-A по одной шине I2C, а связь с центральным процессором происходит по второй независимой шине I2C.

Использование сопроцессоров SENtral-A для обсчета датчиков

Рис. 4. Использование сопроцессоров SENtral-A для обсчета датчиков

Как уже было сказано выше, главным недостатком микроконтроллеров общего назначения является наличие лишних периферийных блоков и памяти, которые повышают потребление системы в целом. В противоположность этому, в структуре SENtral-A присутствует только все самое необходимое (рис. 5).

1 FUNCTIONAL BLOCKS

 Блок-схема сопроцессора SENtral-A от PNI

Рис. 5. Блок-схема сопроцессора SENtral-A от PNI

Интерфейсы. SENtral-A использует две шины: шина I2C для процессора и шина I2C для датчиков.

Блок определения вращения. Необходим для формирования сигналов ориентации устройства. Частота этих данных ограничена скоростью опроса гироскопа и может достигать 400 Гц.

Фильтр Калмана. Использует данные от 3-хосевого гироскопа, 3-хосевого акселерометра, 3-хосевого магнитометра, детектора магнитных отклонений, блока автокалибровки для определения положения устройства с предсказанием.

Блок автокалибровки. Использует как аппаратные, так и программные алгоритмы автокалибровки. SENtral – это единственные сопроцессоры на рынке, которые могут похвастаться учетом погрешностей не только от сильных магнитных воздействий, но и от слабых магнитных полей.

Блок магнитных отклонений. Служит для обнаружения воздействий различных магнитных полей.

ОЗУ. Используется для хранения параметров, заданных пользователем.

Транзитная схема. Необходима для организации прямого обмена между шиной I2C процессора и шиной I2C датчиков.

Входными датчиками для SENtral-A являются 3-хосевой гироскоп, 3-хосевой акселерометр, 3-хосевой магнитометр. На выходе SENtral-A имитирует сигналы: акселерометра, магнитометра, датчика ориентации (азимут, поворот, вращение), гироскопа (с температурной компенсацией), датчика вращения (по изменению), 9-осевого датчика вращения, 6-осевого геомагнитного сенсора (акселерометр + магнитометр), датчика гравитации, датчика линейных ускорений, 6-осевого сенсора (акселерометр + гироскоп), датчика ударов, детектора шагов, счетчика шагов, некалиброванных и калиброванных датчиков, временные метки.

Сопроцессоры SENtral-A дают пользователям следующие преимущества:

  • Поддержка большей части реальных и виртуальных датчиков, предусмотренных ОС ОС Android 4.4 KitKat.
  • Минимальный уровень потребления. Ориентировочно SENtral-A тратят только 10% от мощности микроконтроллеров общего назначения. Это возможно благодаря высокому уровню оптимизации внутренней структуры (в которой нет ничего лишнего) и наличию режимов пониженного потребления. В результате потребление SENtral-A при максимальной производительности не превышает 800 мкА, а в режиме ожидания всего 5 мкА!
  • Возможность гибкой работы с датчиками различных производителей.
  • Высокая точность расчетов.
  • Поддержка аппаратных и программных алгоритмов калибровки.
  • Компенсация внешних магнитных полей.
  • Минимальные габариты корпуса: 1,6 x 1,6 x 0,5 мм.

В качестве заключения хочется отметить, что вопросы оптимизации потребления, производительности и габаритных размеров очень остро стоят в области современных мобильных устройств. Использование специализированных высокоэффективных решений, таких как SENtral-A, оказывается практически безальтернативным. По этой причине можно утверждать, что новые сопроцессоры будут востребованы в первую очередь в смартфонах и планшетах. Кроме того, они будут интересны и для других приложений.

Характеристики сопроцессора SENtral™-A:

  • выходные данные реальных и виртуальных датчиков: акселерометр, магнитометр, датчик ориентации (азимут, поворот, вращение), гироскоп (с температурной компенсацией), датчик вращения (по изменению), 9-осевой датчик вращения, 6-осевой геомагнитный сенсор (акселерометр + магнитометр), датчик гравитации, датчик линейных ускорений, 6-осевой сенсор (акселерометр + гироскоп), датчик ударов, детектор шагов, счетчик шагов и др.;
  • точность: 2˚ rms;
  • скорость опроса: магнитометр 7 Гц, акселерометр 100 Гц, гироскоп 95 Гц;
  • коммуникационный интерфейс с датчиками: I2C;
  • коммуникационный интерфейс с ведущим процессором: I2C;
  • напряжение питания: 1,6…3,3 В;
  • максимальное потребление в активном режиме (0…+40°C): менее 800 мкА;
  • потребление в активном режиме (0…+40°C): 350 мкА;
  • потребление в режиме сна (0…+40°C): 40/7 мкА;
  • потребление в режиме ожидания (0…+40°C): 6 мкА;
  • диапазон рабочих температур: -40…+85°C;
  • корпус: 1,6 x 1,6 x 0,5 мм.
Производитель: PNI
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
13864 SENtral-A Sensor Fusion Coprocessor For Android
13864 SENtral-A Sensor Fusion Coprocessor For Android
PNI
Арт.: 2202082 ИНФО PDF
Доступно: 50 шт. от: 163 руб.
Специализированные сопроцессоры-концентраторы SENtral разработаны специально для ОС Android. В частности SENtral-A совместим с большинством функций Android 4.4 KitKat при работе с датчиками.
13864 SENtral-A Sensor Fusion Coprocessor For Android от 163,00 от 15 шт. 163,00 от 33 шт. 163,00 от 70 шт. 163,00 от 184 шт. 163,00
50 шт.
(на складе)
13864P SENtral-A
13864P SENtral-A
PNI
Арт.: 2202083 ИНФО PDF
Поиск
предложений
Специализированные сопроцессоры-концентраторы SENtral разработаны специально для ОС Android. В частности SENtral-A совместим с большинством функций Android 4.4 KitKat при работе с датчиками.
13864P SENtral-A
-
Поиск
предложений

Сравнение позиций

  • ()