智能手机的信号采集

黄欣

摘要

从信号处理系统的角度，归纳了智能手机的多种信号采集方式，包括从传感器、定位系统和数据接口获取信号。利用数据接口进行系统扩展，可以极大地扩大智能手机的应用范围。

【关键词】智能手机 信号采集 系统扩展

移动、联通、电信三大运营商的智能手机用户加起来超过了10亿，智能手机成为数量最多的通信终端。智能手机不仅是通信终端，它还是典型的嵌入式平台，并且软硬件配置丰富，计算和存储能力超过一般的嵌入式平台，性价比很高。除了通信收发器，还配置多种传感器、定位系统和多种数据接口。除了通信功能，智能手机有很强的信号采集和处理能力，可以构造信号处理系统。本文将对其信号采集进行总结，除了从传感器和定位系统获取信号，还关注扩展系统。

1 媒体信号的采集

通过麦克风和摄像头，智能手机可以采集声音、图像和视频信号，并实时数字化。其软件系统提供了声音、图像、视频管理的应用程序接口，还包含媒体信号处理模块，用户可以比较方便的构建这些信号的处理系统。

以华为手机荣耀10为例，音频方面，支持多种音频格式，包括mp3、mp4、3gp、ogg、amr、aac、flac、wav、midi;图像方面，摄像头支持1200万像素（彩色）+2000万像素（黑白），可以满足许多应用;视频方面，摄像头最大可支持4K（3840*2160）30fps视频拍摄，超过了HDTV的标准。

智能手机采集的声音、图像、视频信号，可以满足一般应用的指标要求，但可能达不到某些特殊应用的要求。例如手机采集的声音信号的频带主要是300-340OHz的话音范围，如果系统要求更宽频带的声音信号，就必须对声音采集模块进行扩展。

2 从其他传感器获取信号

智能手机主要配置有以下传感器，可以用来采集多种信号。

2.1 光线传感器

采用光敏元件，敏感波长一般包括可见光和红外光。其基本功能是测量环境可见光强度，用于自动调整屏幕亮度。另一个功能是测量红外线强度，协助接近传感器工作。在信号处理系统中可用于采集光强信号。

2.2 磁场传感器

采用三轴电子羅盘，能够全面探测磁场强度，并输出数字化数据。一般用于实现指南针功能，也用于配合定位系统工作。在信号处理系统中可用于采集磁场强度信号。

2.3 重力感应器

属于加速传感器，一般利用可移动电极板的电容构成，电容值的变化反映加速度的大小。其基本功能用于检测手机的姿态，从而执行调整屏幕显示、翻屏静音等操作。还应用于计步、游戏等应用程序中。在信号处理系统中可用于采集运动信号。

2.4 陀螺仪

采用三轴微电机陀螺，可以测量六个方向的加速度。与加速传感器不同，陀螺仪测量的是角加速度，可以测到转动。可以用于惯性导航、拍照防抖动、游戏软件。在信号处理系统中也可用于采集运动信号。

智能手机中的多种传感器可以作为信号处理系统的信号源，构建多种信号处理系统，但仍然存在局限性。首先，手机的传感器不可能包罗万象;其次手机传感器测量的大多是手机内部的环境。为了扩大手机平台的应用范围，需要在手机外部扩展特定的传感器测量模块。例如要测量比较高的温度，用手机内部的温度传感器是不行的。

3 从定位系统获取信号

卫星定位系统包括GPS、Glonass和北斗。智能手机最基本配置的定位系统是GPS，从GPS可以获取三维地理信息（经纬度和高度），还可以获取一个10MHz的同步脉冲信号和一个精度为Ipps的时间信号。这些信号可以应用于某些信号处理系统中，尤其是需要多个系统同步协调工作时，GPS是一个覆盖范围很宽且使用方便的同步基准。

国内一些新出产的手机配置了北斗卫星导航系统，可以提供与GPS类似的信号。从定位系统获取的信号一般不是处理对象，但可以作为辅助信号，实现计时、同步等功能。

4 利用数据接口扩展系统采集信号

一般情况下，智能手机传感器的输出可以直接作为信号处理系统的输入，但是这些传感器的信号指标不可能适合所有的应用，这时可以考虑把信号采集模块作为手机的扩展，在手机外部实现，然后把采集到的数据传递给手机处理。扩展部分与手机的联系可通过数据接口实现。

对一般应用，最方便的数据接口是USB、它的优点是传输速率大，缺点是需要数据线连接。智能手机支持USB3.1版本，理论传输速率达到10Gbps、这个数据率满足智能手机所能处理的最大数据速率要求。

如果要求无线传输，可选择蓝牙或者WLAN，其中蓝牙4.0版本典型传输距离为10m、最大数据率为24Mbps。蓝牙的设备要简单些，WLAN则可以有更大的数据率和更远的传输距离。

5 总结

智能手机配置多种传感器，能够采集多种信号;配置定位系统，可以获取地理信息和同步信号;配置多种数据接口，可以扩展信号采集模块。利用手机的数据接口实现系统的扩展，可以采集各种各样的信号，极大挖掘了智能手机的应用潜力。除了信号处理系统，如果利用数据接口扩展执行机构，智能手机还可以应用于控制系统。研究制定一个类似于IEEE488的接口标准，使得智能手机的扩展规范化，是下一步的研究方向。

参考文献

[1]裴春梅.传感器在智能手机中的应用[J].湖南农业大学学报：自然科学版.2009，35（I）：109-110.

[2]谢钢.GPS原理与接收机设计[M].电子工业出版社，2017.

[3]喻宗泉.蓝牙技术基础[M].机械工业出版社，2006.