为什么要介绍传感器呢？因为手机是我们平时用得最多的，也是最直观的一个硬件。那接下来就让我们一起来了解一下关于手机传感器的功能、应用以及其他的拓展吧！
#00
课前思考
有几个问题大家可以先去思考一下：
- 你知不知道手机里有哪些传感器？
- 知不知道这些传感器的工作原理是什么？为什么能实现传感？
- 传感器在手机里的用途是什么？为什么要把传感器放到手机里？它们在手机里承担了哪些工作？
- 你还能不能给它们开发一些新的用途，就是在它们现有的用作基础上做一些拓展
- 如果有可能，你还想给手机添加哪些新的传感器？
PART1
传感器的工作原理
首先我们要明确传感器的作用是什么？它的根本作用就是感知，对于任何一个传感器来讲，不管它是什么类型的，其实它的工作原理都包含三个部分：
输入信号 >
就是说这个传感器要 感知什么类型的信号，根据不同的输入类型的传感器，你可以看到各种比如感知光的传感器，它就叫光敏传感器；感知温湿度的就是温湿度传感器，这取决于他它输入的、感知的、接收的是什么信号。
转换信号 >
所有传感器都包含一个逻辑—— 转换逻辑（转换单元），即传感器把输入的信号转换成电脑或者计算机能看懂的信号来做计算。
每个传感器都有转换单元，其实不管是光还是温湿度，我们说的都是抽象的信号，计算机能看懂的信号本质上就是电信号，如果是转换成数字信号，它将会转换成0-1；如果是转换成模拟信号，它会转换成连续的0-1。如果没有转换单元，我们的硬件是读不懂传感器的。
输出信号 >
所有的传感器都会有输出单元，输出单元处理的是 对信号的具体识别。
输出单元通过识别、计算理解、处理最后输出呈现的是具体的数值，它会测出数值、范围或者分类。不管测出什么，它本质上都是对电信号的理解，这个输出信号可能会涉及到它跟传感器相关的更多概念，比如说测出的精度，传感器的精度和灵敏度很多时候可能跟输出有关，包括感知范围，也可能跟输入有关。
所以 输入、转换、输出 这三个部分组成了所有传感器的 内在逻辑。
传感器的命名 >
在网上能搜索到各式各样的传感器，有的传感器是以它的 输入信号的类型去命名 的，比如说常见的光敏传感器、加速度传感器；还有一些是以它的 转换逻辑命名 的，比如说电阻式传感器、压电传感器、霍尔传感器，它是基于一个物理原理或者化学原理命名的；还有就是把它的 输入信号映射成电信号，这是它的另一种命名逻辑。传感器 以输出类型去命名 的，比如像数字传感器或者是模拟传感器。
尽管传感器的命名是各式各样的，但对任何传感器的认识核心仍在于它的输入和输出，你只需要知道它能感知什么、能分析出什么结果就可以了。
PART2
传感器的概念
当提到传感器时，大家对它的印象是什么呢？你可能会想到一个小元器件、一个小芯片，如果你家里有智能家居，你可能会见到过人体传感器，它可能是你手握拳的大小；但也有大型的传感器，比如说军用的传感器或者是对精度要求非常高的传感器像雷达。
因此当我们讨论传感器这个概念的时候，不能把它单纯的映射成一个硬件形态，任何一个设备只要它具备一定的 识别输入、逻辑转化、分析输出 功能，那它都可以作为一个传感器。
举一个最简单的例子，比如像WiFi，它本身并不是一个硬件传感器，但是Wifi具备传感的功能，比如说有些技术可以通过Wifi信号的变化去做体感交互、去识别人的姿势，虽然这是实验室层面才能做到的事情，但它本质上是在做传感这个功能的。
因此，传感功能不一定只是传感器去实现的，但是传感器是 集成好的、专门用来做传感的 设备。我们需要运用的是传感的逻辑。
PART3
手机中的传感器
为什么现在的手机是智能适应人的需求的？它的智能点在哪里？其实这都是与手机的交互有关。你是否思考过以下这些问题，比如：
- 为什么你的手机能自动调节屏幕的亮度？
- 为什么看视频的时候，手机能够横竖屏切换？
- 为什么打电话的时候，手机会自动熄屏？为什么当你抬起手机的时候，它能自动亮屏？
- 为什么手机能记载你每天走了多少步？为什么你的手机能实现“摇一摇”的功能？
- 为什么手机能识别到你手指的触摸与滑动？
- 为什么你能呼叫出你的智能助手？
- 为什么手机能实现导航功能？
- 为什么你的手机能做到一定的光学防抖？
通过这些问题，你会发现很多这些问题都是你日常生活中不会注意到的，经过手机的更新迭代，你会认为这些功能都是理所当然存在的。
传感器的类别 >
当然，运用手机传感器的软件也有很多，比如Sensor box、ZIGSIM。
我们以ZIGSIM为例。ZIGSIM能实现手机的传感器同步到电脑上，你能用它做一些交互，甚至如果你需要做作品集或者自己做一些小项目，它也能够帮你完成；另外它还能连UE去实现通过手机的传感器控制电脑上的形象。
# 加速度传感器
通过ZIGSIM我们可以看到，第一个界面内有三个轴，也就是三个维度。因为ZIGSIM是记录手机传感器的变化数据情况，当你随便摇摇手机时，你可以看到加速传感器的数据正在变化。
因为它分了x、y、z三个轴，你可以看到图像的峰值，所以这个信号图像是可以被检测提取出来的。因此我们可以设置一个程序，当传感器识别到人在做甩这个动作时，我们就可以添加一个好玩的机制和交互。
# 光敏传感器
光敏传感器大家应该比较熟悉，可以先想一想光线传感器大概在什么位置呢？比如像iPhone，光敏传感器就在它的“刘海”的位置上，它的基本原理很简单，它感知的是光照的强度。
光敏传感器能够使手机自动调节亮度，这样手机既能省电也能护眼，并且能够给你提供一些交互上的便利，为你节省一些调节的时间。另外光线传感器配合距离传感器能检测到你的手机是不是在裤袋里，被窝里，你能为你调节更适合环境的手机亮度。
# 距离传感器
距离传感器与光敏传感器一样，它在iPhone的设计中也位于“刘海”上，它的基本原理是感知物体与手机的距离，例如打电话时你把脸贴近手机，手机将会自动熄屏或者切换扬声器与听筒。
距离传感器需要两部分去完成基本的传感，首先要有一个发射器，其次要有一个接收器。距离传感器一般是基于红外线的系统，当给出信号时，红外光发射出去，被物体挡住后反弹回来，它能够计算时间、信号差等，去判断障碍物与它的距离。红外线距离传感器的感知范围一般是在10米左右，但手机的距离传感器并不能达到这个数值一般是在400nm~1000nm左右。因此我们也通过距离传感器做一些隔空交互。
# 重力传感器
重力传感器一般集成在手机内部，它感知的是竖直方向力的感觉。我们可以通过横屏竖屏的切换去观察到，它在一定程度上能通过重力加速度去做变换。
它可以应用于检测到你竖直方向上的动作、手机是否坠落等，因此可以开发类似于坠落保护程序，或是像老人他在拿着手机时摔倒了，相应的软件能够立即检测到情况并做出处理。
# 加速度计
它和重力传感器本质上都是在测加速度，它们的区别在于测量的方向，加速传感器检测范围更广、更精确一些，一般测量的是线性的加速，你可以拿手机摇一摇、震一震或者把你的手机放在桌子上敲一敲你的手机，你也可以发现它的数值在变化。
它是如何实现这种交互的呢？当你敲击之后，手机会产生震动，传感器通过加速度器去感知你的加速度的变化。加速传感器一般会配合陀螺仪，去检测你的走路轨迹实现计步功能。
# 陀螺仪
陀螺仪主要测量手机的旋转和角度，一般我们采用x、y、z三轴的陀螺仪，x轴测俯仰角、y轴测偏行角、z轴测滚动角。在手机中，它的功能有辅助防眩晕、相机防抖、导航定位、广角拍摄、全景模式、游戏中的一些控制等。除了手机上又陀螺仪，VR眼镜里同样也有，它可以在一定程度上测量你头动的范围、方向等，完成像立体声场的控制等一系列内容。
# 磁力传感器
磁力传感器本质上是感知磁场的变化。它应用在手机导航上。我们常用的GPS在高速移动时，测量的位置是最准确的，它测量的精度一般是5-10米，因此在5米以内的测量需要磁力传感器配合GPS一起作用。并且，当GPS信号弱时磁力传感器起到先做预估的作用。因此，当我们拿一块磁铁靠近手机时，手机会产生相应的反应。
这可以有什么应用呢？举个例子，Google推出的Cardboard纸壳VR眼镜，你可以将手机卡在眼镜的侧面，然后将屏幕靠近你的眼睛，当你戴上眼镜之后，它能自动把你的手机分成两个屏，形成一个3D的影像。它也是通过在卡手机的位置上布置了一个磁力按钮，通过手机的磁力传感器进行交互这个设计非常巧妙，它利用了手机原来的传感器，并且不增加额外负担和成本。
# 惯性传感单元（IMU）
惯性传感单元是我们做设计时最常用的传感器。IMU是一个集成的传感器单元组，它有三轴、六轴、九轴的类别之分。IMU包括陀螺仪、磁力传感器、加速传感器，这三者有很多功能需要配合在一起，就像刚才我们说的“摇一摇“等。
# GPS
GPS感知的是位置的变化或者是经纬度的变化。它的基本原理是通过卫星间歇的发射信号，手机感知到卫星发射的信号之后去计算时间差，再计算出目前你所在的经纬度。
跟GPS相关的一个技术叫RTK，它是通过设置一个基站做信号中转，以此对GPS的精度进行一定程度上的提升。
GPS不仅能运用于导航，目前还能运用于”电子围栏“技术。例如一些智能家居的设置，它通过在特定的地理位置做标注，当你车开到家附近的时候，它可以自动启动家里的设备，像打开热水器、空调等。
# 气压传感器
气压传感器可以精确的测量海拔高度。
# 温湿度传感器
湿度传感器是集成在一起的，可以对手机过冷或者过热等现象产生保护机制。
# 声音传感器
声音传感器是集成跟声音相关的感知，可以测量分贝、音调、声音的远近等。例如我们可以通过声音唤醒一些手机助手，这也是借助了声音传感器感知手机周围的声波，通过麦克风收集声波的震动进行传感。
# 触摸屏
手机上的触摸屏是电容屏，基本原理就是搭建电容，它可以检测到手的触点，当你的手触到屏幕会产生静电场，静电场会导致电流产生变化，它会有一个信号反馈。触摸屏感知识别指纹有多种方案，有基于电容的方案，也有基于光敏的方案。
# 照相机
照相机本质上它也是一个感光的传感器，它有一个感光芯片叫SIMOS。iPhone的是在动态的悬浮结构上，它配合IMU去做防抖的功能。
# 雷达
雷达扫描可以对三维场景进行测距和物体扫描。它应用于一些软件比如说3D scanner、AR测距仪等。
# 深度摄像机
深度摄像机类似于雷达，它可以测量三维场景的深度信息。它是基于TOF的原理，即要有发射器发射信号，它碰到一个物体再反弹回来，通过计算时间差去通来测量距离。
# 血氧传感器
现在很多手表都会结集成测量血氧的传感器，它的原理是通过手表的底部集成一些红外光的发射器，照在手腕的血管上，因为红细胞对红外光过滤的不同，它能通过过滤反射回来的光判断你的血氧的含量。
手机传感器对生活的影响 >
手机是一个非常大的传感器集成盒，你的手机一定程度上能反映你个人的生活习惯，甚至能反映你身边发生的事件。
我们可以把手机定义为用户的传感器，它输入的是你和它交互的所有，它内部的转换信号是融合的转换机制，它输出是可能是好的，也可能是不好的。
手机传感器确实拓展了我们的交互能力，使手机变得更智能，但是有些传感器因为一直处于开启的状态，可以一直收集到我们的动态信息。你会发现，很多手机APP都会有权限的设置，像声音和摄像头的权限，但是这些传感器是不会让你开启权限的。并且这些传感器的信号能还原出多少信息，它对我们的隐私到底有没有影响也暂且要画上问号。
PART4
传感器的应用案例
我们以手机作为案例，介绍了许多传感器的功能以及它们的应用，接下来我们来了解一下传感器的设计。
传感器包含 输入、转换、输出 元件。传感器相关设计的核心原理就是输入、转换、输出。输入和输出的关系可能有 线性的或者是非线性的。传感器它有纯检测静态的特性，也就是状态信息。
传感器测量的是环境或者人。在输入上，你可以利用传感器精妙的映射，去把它映射成好玩的或者是你觉得能带来互动体验的东西；在输出上不管是交互体验也好还是你的互动装置给用户带来思考上的或是身体上的体验，你可以利用既有的传感器的机制，去创造一些新的互动机制，让人主动和你的装置去进行交互。
大型交互装置《对撞机》 2014 >
由师丹青带领信息系同学创作的交互装置《对撞机》探索人与机器之间的互信主题，入选2014 年奥地利林茨电子艺术节。观众沿着一条跑道向一面紧闭的大门奔跑系列传感器实时探测奔跑速度的曲线变化，并推测观众对于机器的信任程度，从而判断是否在最后一瞬间打开大门。
瑞典洗发水广告 2014 >
2014年瑞典一家洗发水地铁广告，当地铁驶进站的时候，特殊装置会感应到地铁的动态，在广告牌中的女生头发就就会被吹起。当列车静止或者离开时，女生的头发又回到了平静的状态。视频最后的广告语“Makes your hair come alive”，突出了洗发水的能使头发变得柔顺特点。
PART5
交大真题- 手机里的传感器
材料是关于压电薄膜传感器的介绍（技术背景和应用方向）
1/ 利用压电薄膜原理设计，用5w1h表达
2/ 简单介绍系统图，系统的作用和连接关系
3/ 产品原理和交互界面
22年的题目给予了“压电薄膜传感器”作为技术背景材料，并同时给出该类型传感器的部分可应用方向，要求考生由此来展开相关的应用产品设计，同时需要考生完成该方案的系统设计，产品技术原理与交互界面。
从题目直观上看，该考题要求考生对技术方面有较深入的认识，才能创造出具有现实意义与创意的应用产品，反映出对于解题方案的要求，比过去更加具体与深入，考生不仅需要设定一个具有现实意义与具有技术可实现的设计概念，同时要在短时间内就设计概念创造出较为完整具体的的系统设计。因而，这里更多的在要求考生日常中要有比较全面的知识积累，特别是对技术与技术应用领域的了解。
可以说，未来考试的要求与难度将进一步增加，依赖套题、套方案的应试思路将很难与之相适应。我们需要从提升自身知识储备，设计经验积累出发，才能更好的应对考试的新要求。备考将需要更有针对性的从过往的技法训练，转向对技术专题、行业专题的设计思路、方案创意的储备上，需要更广阔的知识面与更严密的设计逻辑，同时锻炼对设计方案的全面系统的思维能力。
PART6
课后思考
通过对手机传感器的了解，我们可以思考：它在手机的哪个部分？它感知的是什么？它的基本原理是什么？你认为还能为它们增加哪些新的用途？
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