Drucksensoren in Smartphones
Was der Luftdruck verrät
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Fitness-Tracker und Kalorienzähler
Luftdrucksensoren können auch die Genauigkeit von Fitness-Trackern und vor allem von Apps zur Berechnung des Kalorienverbrauchs verbessern.
Bislang wird der Kalorienverbrauch zumeist dadurch errechnet, dass die Schrittzählerdaten eines Beschleunigungssensors mit nutzerspezifischen Angaben wie Alter, Gewicht und Körpergröße kombiniert werden. Je nachdem, über welche Sensoren das Gerät verfügt, können auch die Herzfrequenz oder die Geschwindigkeit, die zurückgelegte Strecke und die per GPS ermittelte Höhe in die Berechnungen einfließen.
Ein Beschleunigungssensor weiß zwar, wenn eine Person eine Treppe nutzt – er kann jedoch nicht feststellen, ob die Person die Treppe hinauf- oder hinuntergeht. Die Änderungen der Beschleunigungskräfte sind dafür zu gering und gehen im Rauschen unter. Erst wenn ein Drucksensor die Richtung der Höhenveränderung ermittelt, kann die Software den Kalorienverbrauch des Nutzers korrekt berechnen. Übrigens gibt es für den Benutzer dann auch keine Möglichkeit mehr zu schummeln. Der Drucksensor ist nämlich so empfindlich, dass er auch erkennt, ob der Benutzer anstatt der Treppe den Aufzug wählt. Dabei ist besonders die Kombination der Daten aus beiden Sensoren zur Erhöhung der Genauigkeit wertvoll.
Jobangebote+ passend zum Thema
Auch im Freien kann der Kalorienverbrauch auf Grundlage der per Drucksensor ermittelten Höhendaten noch präziser ermittelt werden – zum Beispiel beim Besteigen eines Hügels. Hier könnten zwar auch GPS-Daten oder Höhendaten aus einer Datenbank herangezogen werden, beide sind jedoch relativ ungenau. So haben Datenbanken Schwierigkeiten, Höhenveränderungen präzise abzubilden, wenn der Benutzer eine Brücke überquert.
In Bild 3 sehen wir ein Beispiel für eine präzise Wegstrecken-Ermittlung. Der Luftdruck bleibt während der Überquerung einer Brücke stabil. Anders als der Google-Service und USGS (United States Geological Survey) erkennt der Drucksensor, dass der Benutzer eine Brücke überquert – sodass ein realistischer Kalorienverbrauch ermittelt werden kann. Mehrere Tests haben ergeben, dass der Kalorienverbrauch durch den kombinierten Einsatz eines Druck- und eines Beschleunigungssensors um 10 bis 15 % präziser berechnet werden kann [2].
Ein barometrischer Drucksensor liefert aber nicht nur Daten zur vertikalen Position des Benutzers. In Kombination mit einem Beschleunigungssensor sorgt er auch für eine genaue Bewegungsklassifikation. Beispielsweise kann ein Beschleunigungssensor präzise ermitteln, ob der Benutzer sein Telefon bewegt, um ein Spiel zu spielen oder zu telefonieren. Hier können die Daten des Luftdrucksensors hinzugezogen werden, um die Daten des Beschleunigungssensors zu bestätigen und aufzuwerten.
Wettervorhersage
Der Luftdruck ist ein entscheidender Faktor bei Wettervorhersagen, sodass Luftdrucksensoren auch in der Meteorologie eine wichtige Rolle spielen. Seitdem das iPhone und verschiedene Android-Geräte mit Luftdrucksensoren ausgestattet sind, haben mehrere Wetter-Apps – z.B. Dark Sky, Weather Signal und Sunshine – damit begonnen, die Genauigkeit ihrer Vorhersagen durch Crowdsourcing-Daten von Nutzern zu verbessern.
Für eine präzise Wetterprognose muss ein Smartphone die aktuelle Höhenposition des Benutzers einbeziehen, denn diese hat selbstverständlich einen Einfluss auf den Luftdruck. Hierzu werden entweder Luftdruckdaten von einer örtlichen Wetterstation mit den Messwerten des Smartphone-Sensors verglichen oder es werden Landkartendaten aus einer Datenbank zum Vergleich herangezogen. Diese Methode der lokalen Wetterprognose ist auch eine vielversprechende Innovation für verschiedene Smart-Home- und IoT-Anwendungen.
Diese Sensoren machen es möglich
Obwohl sich bestimmte Anwendungen noch in der Entwicklungsphase befinden, werden Luftdrucksensoren heutzutage bereits in vielen Smartphones und ähnlichen Geräten verbaut. Mit dem BMP380 (Bild) bietet Bosch Sensortec einen neuen barometrischen Drucksensor an, der speziell für den Einsatz in mobilen Anwendungen konzipiert ist. Dank des kompakten Gehäuses von nur 2,0 × 2,0 × 0,75 mm³ und der geringen Leistungsaufnahme eignet er sich optimal für batteriebetriebene Geräte. Die piezoresistive Drucksensor-Technik des BMP380 sorgt für eine hohe Präzision bei gleichzeitig guter Linearität, Langzeitstabilität und hoher elektromagnetischer Verträglichkeit.
Luftdrucksensoren können außerdem als Teil von integrierten Sensoren mit verschiedenen Sensortypen verbaut werden. So kombiniert der Umweltsensor BME280 von Bosch Sensortec mehrere hochlineare und -präzise Sensoren für Luftdruck, Feuchtigkeit und Temperatur in einem einzigen Gehäuse mit einer Grundfläche von nur 2,5 × 2,5 mm². Der Umweltsensor BME680 kombiniert sogar vier verschiedene Parameter, denn er kann zusätzlich zu den zuvor genannten Messgrößen auch noch die Raumluftqualität bestimmen.
Höhenmessung für Drohnen
Kennt der Pilot die Flughöhe seiner Drohne, hilft ihm das bei der sicheren Landung. Dazu kann ein Drucksensor in der Drohne und ein weiterer in der Fernbedienung des Piloten verbaut werden. Anhand der Differenz zwischen beiden Werten lässt sich die aktuelle Flughöhe der Drohne berechnen. Diese Information kann auch dazu genutzt werden, die Drohne während des Flugs zu stabilisieren, was wiederum deren Steuerung erleichtert.
Aufgrund dieses Mehrwerts ist davon auszugehen, dass Drucksensoren schon bald zur Standardausstattung von Drohnen in der Preisklasse ab 100 Euro gehören werden.
Quellen
[1] Andong Zhan et al.: Accurate Caloric Expenditure of Bicyclists using Cellphones. Proceedings of the 10th ACM Conference on Embedded Network Sensor Systems (2012). www3.nd.edu/~dwang5/courses/spring15/papers/bsn/BikeCalorie.pdf
[2] Amit Pande et al.: Energy Expenditure Estimation with Smartphone Body Sensors. spirit.cs.ucdavis.edu/pubs/conf/Amit-BodyNets13.pdf
Der Autor
| Dr. Thomas Block |
|---|
| hat über zehn Jahre Erfahrung im Produktmanagement. Er promovierte in Festkörper¬chemie an der Universität Mainz und hat ein Diplom in Chemie von der Universität Duisburg. Nach seiner Promotion arbeitete er als Postdoctoral Fellow am IBM Research Center in San Jose, USA, für Hitachi. Vor seiner Tätigkeit bei Bosch Sensortec als Senior Product Manager für Umwelt-Sensoren (Druck, Temperatur, Feuchtigkeit, Gas) bekleidete er verschiedene Produkt- und Projektmanagement-Positionen in der Halbleiter- und Photovoltaik-Industrie. |
Thomas.Block@bosch-sensortec.com
- Was der Luftdruck verrät
- Fitness-Tracker und Kalorienzähler
Lesen Sie mehr zum Thema
Das könnte Sie auch interessieren
Vernetzung und Sensor-Fusion
Sensoren für die Sicherheit von Ersthelfern
Faseroptische Sensoren in Bauwerken
Risse und Verformungen finden
Bosch Sensortec
Benutzerschnittstellen bald aus dem Laserprojektor?
Wearables auf der CES
Vom Sensor-Hub bis zur Anwendung im Weltraum
