动态校准磁传感器.pdf

提供了一种计算设备、系统、装置，以及至少一种机器可读介质，用于动态地校准磁传感器。该计算设备包括传感器集线器以及通信地耦合于该传感器集线器的磁传感器。该磁传感器配置为收集与该计算设备相对应的传感器数据。该计算设备还包括处理器，配置为执行存储的指令，以及存储指令的存储装置。该存储装置包括处理器可执行代码，当由处理器执行时，配置为确定该计算设备的系统状态，并将该计算设备的所确定的系统状态发送给传感器集线器。该传感器集线器配置为基于经由该磁传感器收集的传感器数据以及该计算设备的所确定的系统状态来动态地校准该磁传感器。

1.  一种计算设备，包括：
传感器集线器；
磁传感器，通信地耦合于所述传感器集线器，其中所述磁传感器配置为收集与所述计算设备相对应的传感器数据；
处理器；以及
存储装置，其包括处理器可执行代码，所述代码当由所述处理器执行时配置为：确定所述计算设备的系统状态；以及
将所述计算设备的所确定的系统状态发送给所述传感器集线器；以及
其中所述传感器集线器配置为基于经由所述磁传感器收集的所述传感器数据以及所述计算设备的所述所确定的系统状态来动态地校准所述磁传感器。

2.  如权利要求1的计算设备，其中所述传感器集线器配置为通过为与所述计算设备的所确定系统状态相对应的系统状态改变事件确定校准偏移值，以及利用所述校准偏移值来校正包括所述传感器数据的所述磁传感器的输出，来动态地校准所述磁传感器。

3.  如权利要求2的计算设备，其中所述传感器集线器配置为通过从所述磁传感器的输出的值减去所述校准偏移值来校正所述磁传感器的输出。

4.  如权利要求2的计算设备，其中所述磁传感器的校正输出包括与所述计算设备相对应的环境磁场，并且其中所述存储器集线器配置为将所述环境磁场提供给在所述计算设备上执行的应用程序。

5.  如权利要求1的计算设备，其中所述传感器集线器配置为通过为与所述计算设备的所确定系统状态相对应的多个系统状态改变事件的每一个确定校准偏移值，并且利用所述校准偏移值来校正包括所述传感器数据的所述磁传感器的输出，来动态地校准所述磁传感器。

6.  如权利要求5的计算设备，其中所述传感器集线器配置为：
通过为所述多个系统状态改变事件求和所述校准偏移值，确定对应于所述计算设备的所确定系统状态的组合的校准偏移值；以及
通过从所述磁传感器的输出的值减去所述组合的校准偏移值，校正所述磁传感 器的输出。

7.  如权利要求5的计算设备，其中所述磁传感器的所述校正输出包括与所述计算设备相对应的环境磁场，并且其中所述传感器集线器配置为提供所述环境磁场给在所述计算设备上执行的应用程序。

8.  如权利要求1的计算设备，其中所述传感器集线器是经由所述计算设备的操作系统来执行的。

9.  如权利要求1的计算设备，其中所述传感器集线器是经由所述计算设备的所述处理器来执行的。

10.  如权利要求1的计算设备，其中所述传感器集线器是经由所述计算设备的操作系统和所述计算设备的所述处理器来执行的。

11.  如权利要求1的计算设备，其中所述磁传感器是经由传感器接口被通信地耦合到所述传感器集线器以及所述处理器。

12.  一种方法，用于动态地校准计算设备的磁传感器，包括：
经由磁传感器为计算设备收集传感器数据；
确定所述计算设备的系统状态；以及
基于所述传感器数据以及所述计算设备的所述系统状态动态地校准所述计算设备的所述磁传感器。

13.  如权利要求12的方法，其中动态地校准所述磁传感器包括为与所述计算设备的所确定的系统状态相对应的系统状态改变事件确定校准偏移值。

14.  如权利要求13的方法，包括利用所述校准偏移值来校正包括所述传感器数据的所述磁传感器输出。

15.  如权利要求14的方法，包括将所述磁传感器的校正输出提供给在所述计算设备上执行的应用程序。

16.  如权利要求12的方法，其中动态地校准所述磁传感器包括：
为与所述计算设备的所确定系统状态相对应的多个系统状态改变事件的每一个确定校准偏移值；
通过为所述多个系统状态改变事件求和所述校准偏移值来确定组合的校准偏移值；以及通过从所述磁传感器的输出的值减去所述组合的校准偏移值来校正所述磁传感器的输出。

17.  如权利要求16的方法，包括将所述磁传感器的所述校正输出提供给在所述计算设备上执行的应用程序。

18.  至少一种机器可读介质，具有存储在其中的指令，所述指令响应于在处理器上执行，使得所述处理器：
确定驻留在计算设备中的磁传感器的输出，其中所述输出包括传感器数据；
确定所述计算设备的系统状态；
为对应于所确定的系统状态的每个系统状态改变事件确定校准偏移值；
通过为所述系统状态改变事件求和所述校准偏移值来计算组合的校准偏移值；通过从所述磁传感器的输出的值减去所述组合的校准偏移值来计算所述磁传感器的校正输出；以及
通过基于所述组合的校准偏移值和所述磁传感器的所述校正输出为任何所述系统状态改变事件更新所述校准偏移值，动态地校准所述磁传感器。

19.  如权利要求18的至少一种机器可读介质，其中所述指令使得所述处理器将所述磁传感器的所述校正输出提供给在所述计算设备上执行的一个或多个应用程序。

20.  如权利要求18的至少一种机器可读介质，其中所述磁传感器的所述校正输出包括与所述计算设备相对应的环境磁场。

21.  一种装置，用于动态地校准磁传感器，包括：
磁传感器；
处理器；
存储装置，其包括处理器可执行代码，所述代码当由所述处理器执行时，其配置为：
经由所述磁传感器为所述装置收集传感器数据；以及
确定所述装置的系统状态；以及
控制器，配置为基于所述传感器数据和所述装置的所述系统状态动态地校准所述磁传感器。

22.  如权利要求21的装置，其中所述控制器包括传感器集线器。

23.  如权利要求21的装置，其中所述控制器配置为通过为与所述装置的所确定系统状态相对应的系统状态改变事件确定校准偏移值，以及利用所述校准偏移 值来校正包括所述传感器数据的所述磁传感器的输出，动态地校准所述磁传感器。

24.  如权利要求23的装置，其中所述处理器可执行代码配置为将所述磁传感器的所述校正输出提供给在所述装置上执行的应用程序。

动态校准磁传感器
技术领域
本发明一般涉及磁传感器的动态标定。更特别地，本发明涉及基于该磁传感器所在的计算设备的系统状态，用于动态地标定一种磁传感器的一种计算设备、方法、装置以及至少一种机器可读介质。
背景技术
磁传感器通常是集成在计算设备的平台内并且被用作为圆规来测量或者探测朝向信息，例如，涉及计算设备指向的方向的信息。这些朝向信息可以用于导航应用程序、感知计算应用程序、博弈性应用程序等类似的。然而，通过计算设备的平台引入的干扰会阻碍磁传感器的正常运作，结果导致错误的朝向测量。特别地，由计算设备的平台在磁传感器的输入引入的磁场会基于该计算设备的各种不同的组件的系统状态以及组件向磁传感器的接近，发生偏移。
根据现有技术，这种磁场中平台引入的偏移可以通过计算、监视和追踪旋转面中磁传感器输出的形心来解释。然而，这种技术不能近似地说明由于计算设备的组件的系统状态变化引起的磁场偏移。例如，这种技术不能说明传感器上由于计算设备的电源状态的变化引起的磁场偏移(其可能发生在当计算设备的电池被充电或者计算设备的整个功耗改变的时候)。
当前，由组件的系统状态的改变引起的磁场偏移是以与由外部环境的改变引起的磁场偏移相同的方式来处理的。根据这种技术，多个传感器读数被用来检测外部环境的变化，然后使用一种算法来计算由于外部环境的改变导致的磁场偏移。作为结果，在出现磁场的物理偏移以及磁场偏移的计算以及检测期间读取磁传感器的计算设备的取向输出将是不正确的。
附图说明
图1是示出在恒定磁场内部跨过所有磁传感器取向的磁传感器的输出的示意图；
图2是示出磁传感器的输出中偏移的示意图；
图3是计算设备的框图，其中用于动态地校准本文所描述的磁传感器的技 术可以被实施；
图4是图3中计算设备的传感器集线器的框图；
图5是用于动态地校准计算设备的磁传感器的方法流程图；以及
图6是示出有形的、非易失性机器可读介质的框图，其存储了用于动态地校准计算设备的磁传感器的代码。
相同数字在整个公开及附图中被用来指代相同的组件和特征。数字100的序列指代最初是在图1中出现的特征；数字200的序列指代最初是在图2中出现的特征，等等。
具体实施方式
如以上所公开的，由计算设备的平台引入的干扰可通过由平台在磁传感器的输入上的引入磁场偏移，影响计算设备内部的磁传感器的正常工作。此外，现有技术不会自动计算计算设备的组件的系统状态中的变化引起的磁场偏移。
由磁传感器测量的磁场，例如B_sensor，在计算设备的平台中，可以通过以下公式(1)来表述成三个磁场的矢量及其各自的坐标系统，而仅有可以被忽略的旋转失真。这三个磁场包括平台引入的磁场例如B_platform，地球磁场例如B_earth，以及平台之外的任何磁力源的组合例如B_ambient。

公式(1)中，等于平台/传感器坐标，并且xy]]>等于世界坐标。另外，是平台/传感器坐标和世界坐标的旋转变换矩阵。每个矢量的绝对值为磁力源的强度以及世界和平台/传感器坐标系统中的边界的接近度的方程。
平台的真实朝向可以根据公式(2)来确定。
Magnetic North=arctan(BearthyBearthx)---(2)]]>
用于确定朝向信息的当前操作通过磁传感器上的磁场引入的平台，校正该磁传感器的输出，以便正确地计算公式(2)中所示的反正切函数的角度。然而，这个值会被计算设备的组件的系统状态中的改变引入的磁场偏移。
图1是图形100，示出了恒定磁场内部跨过所有磁传感器取向的磁传感器的 输出102。如图1所示，该磁传感器在原点形成形心104，例如在x-y坐标(0，0)，当在恒定磁场中围绕磁传感器的z轴旋转时。图形100的x轴106表示x方向上的计数数量，图形100的y轴108表示y方向上的计数数量。
图2是图形200，示出了磁传感器的输出的偏移。图形200的x轴202表示x方向上的计数数量，图形200的y轴204表示y方向上的计数数量。图形200示出了理想情况下磁传感器的输出206。图形200还示出了磁传感器的输出208，当计算设备包含了该磁传感器的相同参考帧内部被修复的磁场源时，并因此产生一个跨过所有取向的恒定的偏移的情况。当计算设备已经在一个或更多组件的系统状态中经历变化，传感器输出可以被偏移。
根据当前技术，计算设备依赖于复杂的追踪算法，或者依赖于工厂校准时确定的静态补偿来评估由于磁场引入平台导致的偏移。然而，如果足够相近的话，计算设备的一个或多个组件的系统状态的变化会引起磁传感器可以检测的一个或多个新取向的磁场。根据当前技术，由这种磁场引起的磁传感器的输出的瞬时偏移不是被自动地计算。
因此，本文描述的实施例提供磁传感器的状态驱动的校准。特别地，本文描述的实施例提供一种基于得自计算设备的系统状态的校准补偿值，用于动态地校正计算设备的磁传感器的输出的计算设备、方法、以及至少一种机器可读介质。
本文描述的实施例可以消除直接紧跟传感器响应中的偏移的错误的定向朝向计算的来源，并降低在磁传感器中检测偏移所花费的时间量。此外，本文描述的实施例可以降低有关计算和追踪由计算设备的系统状态导致的传感器偏移的计算工作量。因此，磁传感器能够追踪真实朝向，尽管磁场引入平台的偏移。
在以下描述和权利要求中，术语“耦合”和“连接”，连同它们的变形都可以被使用。能够理解的是这些术语不是作为彼此的同义词。在特殊的实施例中，“连接”反而可以被用来表示两个或多个元件彼此之间直接物理性的或者电性连接。“耦合”可以表示两个或多个元件直接物理的或者电连接。然而，“耦合”还表示两个或多个元件不是直接彼此连接，但是仍然可以彼此之间协同合作或者相互作用。
一些实施例可以在硬件、固件以及软件中的一个或者组合中实施。一些实 施例还可以以存储在机器可读介质中的指令来实现，其可以被计算平台读取或执行来完成本文描述的操作。机器可读介质可以包括用于存储或者传输由机器能够读取的形式存在的信息的任何机构，例如，计算机。例如一种机器可读介质包括只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储介质；光学存储介质；闪存设备；或电的、光学的、声学的或传播信号的其他形式，例如载波、红外信号、数字信号、或者在它们之间传输和/或接收信号的接口。
一个实施例是一种实施或范例。说明书中参考“一种实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“各种不同的实施例”或者“其他实施例”的意思是结合实施例来描述的一种特定的特征、结构、或者特性被包括在至少一些实施例中，但是不是所有本文描述的实施例中。各种不同的表达“一种实施例”、“一个实施例”、或者“一些实施例”不是说所有的必须指代相同的实施例。
不是这里描述和阐释的所有组件、特征、结构或特性都包括在每个例子中的一个特定实施例或多个实施例中。如果说明书规定例如一个组件、特征、结构或特性“可以”、“可能”、“能够”或“可能能够”被包括，则该特定的组件、特征、结构或特性可以不包括在任何情形中。如果说明书或者权利要求提到“一种(a)”或者“一种(an)”元件，这不意味着仅仅存在一种该元件。如果说明书或权利要求提到“一种附加的”元件，并不排除这里存在一个以上的附加元件。
需要注意的是，尽管一些实施例在这里已经被描述为关于特定实施，但其他实施方式也是有可能涉及到这些实施例的。此外，附图和/或这里的描述中的电路元件的排列和/或次序或其他特征可以不通过这里阐释和描述的特定方式来排列。根据一些实施例，多个其他排列是有可能的。
在附图中示出的每个系统，一些情形中的元件每一个可具有一个相同的标记数字或者不同的标记数字，来表示所表示的元件是相同的和/或近似的。然而，元件可以足够灵活以具有不同的实施方式并且与这里所示或描述的系统的一些或所有元件一起工作。附图中示出的各种不同的元件可以相同或不同。哪一个指的是第一元件或者哪一个被称为第二元件是任意的。
图3是一种计算设备300的框图，用于执行动态地校准磁传感器的技术。该计算设备300可以为，例如一种膝上型计算机、台式计算机、平板计算机、 移动设备、服务器、或蜂窝电话等。该计算设备300可以包括处理器302，适用于执行存储的指令，以及一种存储设备304，其存储由处理器302执行的指令。该处理器302可以是单核处理器、多核处理器、计算集群、或任何数量的其他组态。该处理器302可以作为以下来实现：复杂指令集计算机(CISC)或者精简指令集计算机(RISC)处理器、x86指令集兼容处理器、多核或任何其他微处理器或者中央处理单元(CPU)。在一些实施例中，处理器302包括双核处理器、双核移动处理器等类似的。
存储设备304能够包括随机存取存储器(例如，SRAM、DRAM、零电容RAM、SONOS、eDRAM、EDORAM、DDRRAM、RRAM、PRAM等类似的)、只读存储器(例如，MaskROM、PROM、EPROM、EEPROM等类似的)、闪存、或任何其他适合的存储系统。该存储设备304存储由处理器302执行的指令，并用来基于计算设备300的系统状态在计算设备300内部实施，为动态地校准磁传感器306提供支持。
处理器302可以通过系统总线308来连接(例如，PCI、ISA、PCI-Express、NuBus等类似的)到输入/输出(I/O)设备接口310，来将计算设备300连接到一个或多个I/O设备312。该I/O设备312可以包括，例如键盘、指点设备等类似的。指点设备可以包括触摸板或触屏等。该I/O设备312可以是计算设备300的内嵌式组件，或可以是从外部连接到计算设备300的设备。
处理器302还可以通过系统总线308链接到显示设备接口314，其适用于将该计算设备300连接到显示设备316。显示设备316可以包括显示屏，它是计算设备300的内嵌式组件。该显示设备316还可以包括计算机监视器、电视机或者投影仪等，其从外部连接到该计算设备300。
该处理器302还可以通过总线308链接到网络接口控制器(NIC)318。NIC318可以配置为通过总线308连接该处理器302到网络320。网络320可以是广域网(WAN)、局域网(LAN)，或因特网等。
计算设备300还可以包括存储设备322。该存储设备322可以包括物理存储器例如硬盘、光盘、闪存、驱动阵列等。存储设备322还可以包括远程存储设备。存储设备322可以存储指令，其基于计算设备300的系统状态，提供用于 动态地校准磁传感器306的支持。在各种不同的实施例中，计算设备300的系统状态包括计算设备300的各种不同的独立组件的系统状态的总和。
存储设备322可以包括操作系统324。操作系统324可以在上面安装一个或多个驱动。驱动可以启用一部分硬件或者一个或多个安装在操作系统324上的应用程序326，并驻留在存储设备322中用来和操作系统324或计算设备300的其他硬件(包括磁传感器)306通信。驱动还可以用来激活传感器集线器(或控制器)328，用来从磁传感器306到安装在操作系统324上的任意一个或多个应用程序306传输传感器数据。
在各种不同的实施例中，磁传感器306经由总线308被连接到处理器302。磁传感器306还可以经由专用总线或传感器接口(未示出)被直接连接到处理器302。此外，在各种不同的实施例中，磁传感器306经由传感器借口被通信的耦合到传感器集线器328。传感器集线器328可以配置为从磁传感器306收集传感器数据。在一些实施例中，计算设备300内部的一个或多个微控制器可以提供经由磁传感器306收集的传感器数据给传感器集线器328。传感器数据包括例如有关磁头、磁北、全球取向、海拔或者临近另一个计算设备的数据。
传感器集线器328还可以配置为基于经由磁传感器306收集的传感器数据以及计算装置300的当前系统状态动态地校准磁传感器306。在各种不同的实施例中，传感器集线器328执行这种动态校准进程，利用存储在偏置缓冲器330中存储的校准偏移值，如参考图4进一步描述的。另外，传感器集线器328可以持续性地或者周期性地更新偏置缓冲器330内部存储的校准偏移值，基于磁传感器和系统状态缓冲器332，同样参考图4进一步描述。
在一些实施例中，传感器集线器328在内核级别操作并经由计算设备300的操作系统324来实施。在其他实施例中，传感器集线器328在处理器级别操作并经由处理器302以及驻留在计算设备300内部的任意数量的其他硬件来实施。此外，在各种实施例中，传感器集线器328是经由操作系统324和处理器302同步实施的。这可以是令人满意的，因为在一些情况下处理器302会注意到并不会对操作系统324披露的有关特定系统状态改变事件的数据。另外，在一些情况下操作系统324会注意到并不会对处理器302披露的有关最近安装的硬件(例如网络照相机或者收音机)的特定系统状态改变事件的数据。
另外在一些实施例中，传感器集线器328包括固件。例如，传感器集线器328可以包括电阻晶体管逻辑(RTL)或任何其他适合类型的逻辑，其出现在内核级别和/或处理器级别。
可以理解的是图3的框图不是想要指示计算设备300包括图3中的所有组件。此外，计算设备300可以包括图3中没有示出的任何数量的附加组件，取决于特定实施的细节。
图4是图3中计算设备300的传感器集线器328的框图。相同标号的类别正如在图3中描述的一样。如图3所示，传感器集线器328可以以磁传感器输出400的形式从磁传感器接收传感数据。传感器集线器328接着可以基于大量被检测的系统状态改变事件，确定计算设备300的系统状态402。这种系统状态改变事件可以例如包括打开计算设备300的收音机、给计算设备300的电池充电、或者将计算设备300的处理器302放置于加速模式。在各种不同的实施例中，系统状态改变事件经由处理器302、一个或多个微控制器、或驻留在计算设备300内部的其他硬件被检测，并且被检测到的系统状态改变事件接着被发送到传感器集线器328。
在各种不同的实施例中，传感器集线器328可以为每个被检测到的系统状态改变事件从驻留存储的偏置缓冲器330内部的校准偏移值列表406中确定一个校准偏移值404。该校准偏移值列表406是基于计算设备300的不同系统状态生成的。该校准偏移值列表406可以被用来实时保持磁传感器的性能。特别地，该校准偏移值列表406可以包括有关各种系统状态改变事件的校准偏移值，如下表1所示。在一些实施例中，该校准偏移值可以在计算设备300的启动序列期间，被测量并被保存在存储的偏置缓冲器330的校准偏移值列表406中。
表1：典型的校准偏移值列表