惯性传感器在运动感应游戏中的应用

一旦降级到航空航天应用，如高度和航向参考系统，惯性传感器 - 通常在高度集成的惯性测量单元（IMU）中找到，它结合了陀螺仪，加速度计，磁力计和压力传感器 - 正在寻找高级游戏的新生命

惯性传感器检测和测量加速度，倾斜，冲击，振动，旋转和多自由度（DoF）运动。直到最近，它们主要用于惯性导航系统（INS）作为导航技术，其中由加速度计和陀螺仪提供的测量跟踪物体相对于已知起始点，方向和速度的位置和取向。他们曾经 - 并且 - 被用于飞机，战术和战略导弹，航天器，潜艇和船舶等大型应用中。

然而，MEMS技术的进步使得小型INS单元的制造成为可能。它们在更多应用中的使用，包括那些涉及动作捕捉的应用。手势识别界面就是一个很好的例子。定义的手势（例如轻击，双击或摇动）允许用户激活不同的功能或调整游戏控制器的操作模式。在工业中，手势识别还使得设备在物理按钮和开关难以操作的地方更加可用。无按钮设计还可以降低整体系统成本，同时提高最终产品的耐用性，例如水下相机，按钮周围的开口会让水渗入相机机身。

运动感应游戏在早期的世嘉和索尼PlayStation游戏中都可以看到，但真的与Ninetendo Wii一起蓬勃发展。随着微软Kinect外设的第一次无控制器游戏，行业迅速升温，传感器用于游戏之外的各种应用，如可穿戴设备。

继Wii之后，然后是Kinect， Razer Hydra，也称为Sixense TrueMotion，是传感器实现的最新破坏性游戏技术。设计用于无线运动和方向检测游戏控制器，它使用磁场可穿戴物体来检测控制器的绝对位置和方向;它可以全3D实时跟踪控制器上的玩家双手，并具有精确的10毫秒刷新率。该控制器具有6个DoF和1 mm和1度的惊人精度。

一些良好的惯性传感器选项

探索惯性传感选项的设计人员将在单个封装中找到更多传感器而不会受到影响关于性能，小外形尺寸，热稳定性和机械稳定性，软件兼容性以及增强的用户体验，例如游戏控制中的运动感应真实感。

STMicroelectronics INEMO-M1系统就是一个例子。板（SoB）集成了多个传感器（加速度计，陀螺仪和磁力计）。作为iNEMO模块系列中最小的9轴SoB，它集成了6轴地磁模块，3轴陀螺仪和STM32F103 32位ARM Cortex-M3 32位MCU。该系统级板卡在相同的占位面积和引脚排列中提供可扩展的计算和传感功能。 INEMO-M1可与ST的传感器融合软件结合使用，无缝设计高性能3D定位和动作感应应用 - 这两者在游戏和可穿戴设备中都很重要。

工程师将找到STEVAL-MKI121V1 Discovery-M1板基于INEMO-M1（图1），可用于开发惯性传感器应用。 M1采用开放式架构，因此用户软件可轻松访问MCU和传感器的外围设备和通信接口。该架构还减少了对额外外部组件的需求。

为了帮助用户开发和分析，Discovery-M1演示套件包括用于传感器输出显示的PC GUI和用于快速支持演示板功能使用的固件库。

图1：iNEMO M1开发套件允许工程师探索iNEMO模块系列的第一个9轴运动感应系统（SoB）（由STMicroelectronics提供） ST的iNEMO引擎传感器融合套件采用过滤和预测软件，并使用先进的算法以独立于环境条件的智能方式集成来自多个MEMS传感器的输出，以达到最佳性能。 iNEMO引擎与ST的iNEMO惯性模块相结合，可创建完整且可定制的硬件/软件多轴MEMS传感器解决方案。

实时运动传感器数据融合可改善用户体验，提高精度，分辨率，稳定性和在机器人，虚拟现实和用于医疗，健身，运动训练和分析以及游戏的可穿戴传感器等应用中的响应时间。

另一个很好的例子是ADI公司的ADIS16407 iSensor器件，一个完整的惯性系统包括三轴陀螺仪，三轴加速度计，三轴磁力计和压力传感器。每个传感器都将供应商的iMEMS技术与信号调理相结合，以获得最佳性能。工厂校准表征每个传感器的灵敏度，偏置，对齐和线性加速度。因此，每个传感器都有自己的动态补偿公式，以提高精度。

图2：ADI公司的ADIS16407为设计人员提供了完整的功能惯性系统（由ADI公司提供）。

ADIS16407为集成精确的多轴惯性传感提供了一种简单，经济的方法，特别是考虑到与分立设计相关的复杂性和投资。所有必要的运动测试和校准都是工厂生产过程的一部分，缩短了系统集成时间。 SPI和寄存器结构为数据收集和配置控制提供了简单的接口。 ADIS16407采用大约23 mm×23 mm×23 mm的模块封装，并具有标准连接器接口。

功能包括三轴数字陀螺仪，数字范围缩放±75°/秒，±150°/秒，±300°/秒设置，轴到轴对齐，<0.05°，三轴数字加速度计，±18 g最小和三轴数字磁力计，最小±2.5高斯，数字气压计，10 mbar至1200 mbar，校准压力范围为300 mbar至1100 mbar。无需外部配置命令即可实现自主操作和数据采集。

该器件快速响应：ADI公司声称启动时间为210 ms，睡眠模式恢复时间为4 ms。它具有工厂校准的灵敏度，偏置和轴向对准，校准温度范围为-40°C至+ 85°C。还包括SPI兼容的串行接口，嵌入式温度传感器以及可编程操作和控制。

传感器驱动的颠覆性技术将在未来继续成为游戏的一部分。自2006年和2010年成立以来，已有超过9000万台Nintendo Wii设备和1000万台微软Xbox 360 Kinect控制台进入家庭，游戏技术发展正在加速而不是放缓。

更高传感器融合和测量单元模块的高级集成可能是新游戏系统的核心。来自YEI Technology的PrioVR游戏套装（图3）使用高性能惯性传感器提供360度低延迟，实时运动跟踪，无需相机，光学系统，视线或大型，尴尬的设备。

图3：PrioVR的传感器放置在游戏者身体的关键点上，以捕捉动作并在屏幕上实时转换。 PrioVR是无线的，允许多个同时用户，并且可以在室内或室外，任何大小的捕获空间中工作。