【正文】 第六章 手機中的傳感器 第一節(jié) 手機中的磁控傳感器 一、手機中的干簧管傳感器 二、手機中的霍爾傳感器 第二節(jié) 手機中的光線傳感器 一、光敏三極管的外形及符號 二、光敏三極管的工作原理 三、光敏三極管在手機中的應(yīng)用 四、手機光線傳感器電路詳解 第三節(jié) 手機中的觸摸傳感器 一、電阻式觸摸屏 二、電容式觸摸屏 第四節(jié) 手機中的攝像頭 一、手機攝像頭的工作原理 二、手機攝像頭的結(jié)構(gòu) 三、圖像傳感器 四、手機攝像頭電路詳解 第五節(jié) 手機中的電子指南針 一、電子指南針工作原理 二、電子指南針電路 第六節(jié) 手機中的三軸 陀螺儀 一、三軸陀螺儀工作原理 二、三軸陀螺儀的應(yīng)用 三、 iphone 手機中的三軸陀螺儀 本章導(dǎo)讀 隨著技術(shù)的進步，手機已經(jīng)不再是一個簡單的通信工具，而是具有綜合功能的便攜式的電子設(shè)備。你可以用手機聽音樂，看電影，拍照等。手機變得無所不能。在這種情況下，各種傳感器在手機中的應(yīng)用應(yīng)運而生。 本章主要介紹了幾種典型的傳感器及其在手機中的應(yīng)用，如磁控傳感器、光線傳感器、觸摸傳感器（觸摸屏的典型應(yīng)用）、圖像傳感器（手機攝像頭的應(yīng)用）、磁阻傳感器（電子指南針）、加速傳感器（ iphone4 的三 軸陀螺儀）等。這些傳感器的應(yīng)用為智能手機增加感知能力，使手機能夠知道自己做什么，甚至做什么的動作。 知識目標 了解各種傳感器的工作原理； 掌握各種傳感器功能的熟練使用； 了解傳感器電路的功能、特點； 能夠識別手機中使用的各種傳感器 電路 。 技能目標 能簡單判斷各傳感器電路的故障； 了解傳感器的特性及性能； 能夠識別傳感器實物并排除簡單故障。 第一節(jié) 手機中的磁控 傳感器 在手機中磁控傳感器主要包括干簧管和霍爾元件，干簧管和霍爾元件都是通過磁信號來控制線路通斷的傳感器，主要用在翻蓋、滑蓋手 機的控制電路中。由于干簧管易碎等原因，現(xiàn)在手機中很少見到干簧管傳感器了，使用最多的是霍爾傳感器（也叫霍爾元件）。 一、手機中的 干簧管 傳感器 由于干簧管傳感器主要應(yīng)用于老式的手機中，在新型手機中已經(jīng)很少采用了，所以只對干簧管傳感器進行簡單介紹。 干簧管傳感器的外形特征 干簧管傳感器就是一個密閉的玻璃管內(nèi)有兩個簧片，干簧管傳感器分為常開型和常閉型，下圖是干簧管傳感器的常見外形。 干簧管傳感器的常見外形 干簧管 傳感器 的工作原理 干簧管 傳感器 是利用磁場信號來控制的一種線路開關(guān)器件。干 簧管 傳感器 又被稱為磁控管 傳感器 。干簧管 傳感器 的外殼一般是一根密封的玻璃管，在玻璃管中裝有兩個鐵質(zhì)的彈性簧片電極，玻璃管中充有某種惰性氣體。平時玻璃管中的兩個簧片是分開的，當有磁性物質(zhì)靠近玻璃管時，在磁場磁力線的作用下，管內(nèi)的兩個簧片被磁化而互相吸引接觸，使兩個引腳所接的電路連通。外磁場消失后，兩個簧片由本身的彈性而分開，線路就斷開。 干簧管傳感器的工作原理如圖所示。 兩個引線的干簧管 三個引線的干簧管 干簧管傳感器的工作原理 在實際運用中，通常使用磁鐵采控制這兩根金屬片的接通與否，所以，又稱其為磁控管 傳感器 。磁控管 傳感器 在手機中常常被用于 翻蓋手機、折疊式手機電路中，特 別 是 早期的 摩托羅拉、愛立信、三星手機使用最多。通過翻蓋的動作，使翻蓋上磁鐵控制磁控管 傳感器 閉合或斷開，從而掛斷電話或接聽電話等。 在采用干簧管 傳感器 結(jié)構(gòu)的手機中，除有一個干簧管 傳感器 外，還有有一個輔助磁鐵，手機在通話時，磁鐵應(yīng)遠離干簧管 傳感器 ，故這類手機有個共同的特點，就是磁鐵在翻蓋上 (翻蓋式手機 )或聽筒旁 (折疊式手機 )。如果手機既不是折疊式，又不是翻蓋式，則不需采用干簧管 傳感器 。 干簧管傳感器的故障特征 干簧管 傳感器 本身是一種玻璃管，而玻璃易碎，所以干簧管 傳感器 很容易損壞 ，特別是摔過的手機尤其如此，因此，目前一些新式的折疊式和翻蓋式手機已不再采用干簧管 傳感器 ，而采用了原理與干簧管 傳感器 類似的霍 爾傳感器 。 當干簧管 傳感器 損壞時，手機會出現(xiàn)一些很復(fù)雜的故障，如部分或全部按鍵失靈、開機困難、不顯示等。因此，在檢修手機開機困難、按鍵失靈、不顯示等故障時，不可忘記對干簧管 傳感器 的檢查。 二、手機中的霍爾 傳感器 霍爾傳感器一個使用非常廣泛的電子器件，在錄像機、電動車、汽車、電腦散熱風(fēng)扇中都有應(yīng)用。 在手機中主要應(yīng)用在翻蓋或滑蓋的控制電路中，通過翻蓋或滑蓋的動作來控制掛掉電話或接聽電話、 鎖定鍵盤及解除鍵盤鎖等。 霍爾 傳感器 的外形特征 霍 爾 傳感器 的作用與干簧管 傳感器 一樣，工作原理非常相似的，都是在磁場作用下直接產(chǎn)生通與斷的動作。霍 爾 傳感器是一種電子元件，其外型封裝很似三極管 ，但看起來比三極管更胖一些。 手機中霍爾傳感器的外形如圖所示。在手機中，霍爾傳感器的封裝有 3 個引腳的，也有 4 個引腳的。 手機中霍爾傳感器的外形 霍爾 效應(yīng) 所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。 金屬的霍爾效應(yīng)是 1879 年被美國物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)的。當電流 通過金屬箔片時，若在垂直于電流的方向施加磁場，則金屬箔片兩側(cè)面會出現(xiàn)橫向電位差。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居里溫度以下將呈現(xiàn)極強的霍爾效應(yīng)。利用霍爾效應(yīng)可以設(shè)計制成多種傳感器。 由于通電導(dǎo)線周圍存在磁場，其大小與導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍爾元件測量出磁場，就可確定導(dǎo)線電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計制成霍爾電流傳感器。其優(yōu)點是不與被測電路發(fā)生電接觸，不影響被測電路，不消耗被測電源的功率，特別適合于大電流傳感。 如果把霍爾 傳感器 集成的開關(guān)按預(yù)定位置有規(guī)律地布置在物體上，當 裝在運動物體上的永磁體經(jīng)過它時，可以從測量電路上測得脈沖信號。根據(jù)脈沖信號列可以傳感出該運動物體的位移。若測出單位時間內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)，則可以確定其運動速度。 霍爾傳感器 利用霍爾效應(yīng)做成的半導(dǎo)體元件就是霍爾元件（霍爾傳感器）。 霍爾 傳感器 可用多種半導(dǎo)體材料制作，如 Ge、 Si、 InSb、 GaAs、 InAs、 InAsP以及多層半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)量子阱材料等等 。 霍爾 傳感器 具有許多優(yōu)點，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達 1MHZ），耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐 蝕。 相對于干簧管 傳感器 來說，霍 爾 傳感器壽命較長，不易損壞。且對振動，加速度不敏感。作用時開關(guān)時間較快，一般為 ～ 2ms，較干簧管 傳感器 的 1～ 3ms快得多。 霍爾 傳感器 分類 霍爾傳感器 分為線性型霍爾 傳感器件 和開關(guān)型霍爾 傳感器 兩種。 （ 1）線性霍爾 傳感器 線性型霍爾傳感器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模擬量。 （ 2）開關(guān)型霍爾 傳感器 開關(guān)型霍爾 傳感器 由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸出級組成，它輸出數(shù)字量。 手機中使用的霍爾傳感器是微功耗開關(guān)型霍爾傳感器。 手機霍爾 傳感器 電路詳解 下圖是 NOKIA N73 滑蓋手機的霍爾傳感器電路， 當磁場作用于霍 爾 元件時產(chǎn)生一微小的電壓，經(jīng)放大器放大及施密特