雷·鲍姆法案和 E911

2018 年 3 月，美国国会通过了《雷·鲍姆法案》，目标是确保应急服务能够快速响应，无论呼叫者使用的是固定电话、手机、VoIP 还是其他技术。截至 2022 年，FCC（美国联邦通信委员会）还采用了指导方针和指标，目标是为 E911（增强版 911）呼叫提供底层数据¹。这些法规产生的影响是，生产手机、平板电脑、智能手表和其他支持语音的产品的厂家现在正在转向采用更精确的压力传感器，这些传感器可以通过测量气压来检测海拔变化。

气压与海拔

气压与海拔有直接关系。简单地说，我们上方的气团越厚，我们受到的压力就越大。楼宇自动化和电梯系统通常会利用压力传感器进行地板高度检测。

图 1：气压与地板高度的关系。（图片来源：STMicroelectronics）

当电梯在楼层之间移动时，传感器就会检测到气压的变化。随着电梯上升，由于传感器上方的大气减少，气压就会降低。

新要求带来的挑战

对于海拔的微小变化，气压和海拔之间的关系是线性的，如图 2 所示。在室温的理想条件下，每 25.8 英尺的气压变化约为 1 mbar，或者说在典型的高层建筑中每层楼大约变化 0.5 mbar。

图 2：气压与海拔的关系。（图片来源：STMicroelectronics）

但在实践中，使用气压进行地板高度检测面临两个主要挑战。其一是，传感器在压力和温度工作范围内的精度；其二是，如何补偿由于天气、温度、空气湍流等当地气象条件造成的压力变化。

传感器精度

在过去的十年中，MEMS 压力传感器在所有操作条件下的精度和稳定性取得了重大提升。压力传感器现在配备了嵌入式温度补偿，芯片制造商也加强了工厂校准操作，以提高压力传感器的时间温度精度和稳定性。

表 1 突现了这一变化，相比早期 MEMS 压力传感器，现在先进的 LPS22DF 绝压传感器的精度和稳定性获得了大幅提升：

表 1：传统和现代压力传感器的关键参数。

LPS22DF 采用先进的 MEMS 设计，可显著减少漂移并加速焊接后的恢复。此外，LPS22DF 的设计通过限制时间漂移来提供长期稳定性。LPS22DF 等现代压力传感器可以可靠地检测地板高度的变化。

当地天气

天气状况，尤其是每日的温度和湿度变化，会显著影响大气压力。在任何一天，短短几个小时内气压就会发生相当于几层楼的变化。在下面的例子中，3 mbar 的气压变化相当于超过 78 英尺的海拔变化。

图 3：纽约市每小时气压⁴。（图片来源：https: //barometricpressure.app/new-york ）

天气和当地气压补偿

天气补偿涉及根据实时大气压力数据实施校准并持续调整压力读数。

图 4：针对变化的天气条件进行校准和补偿。（图片来源：STMicroelectronics）

NextNav³ 等公司提供了复杂的算法和传感器融合技术来补偿外部因素。Nextnav 的 Pinnacle® 是一个系统，它利用气压传感器为地理定位应用提供精确的“地板高度”垂直定位。该公司还部署了一系列托管服务器和基准站，覆盖整个大都市地区，为城市环境提供全面的 z 轴覆盖。

Nextnav 还致力于通过“NextNav 认证”计划提高气压传感器的质量和精度。NextNav 将与设备制造商合作，制定针对各种传感器型号的测试计划，并根据议定框架评估测试结果。最终认证后，Nextnav 会颁发认证函，证明符合 NextNav 认证标准。得益于绝对精度和低漂移架构的显著提升，LPS22DF 是 ST 首款获得 NextNav 认证² 的压力传感器。

结语

鉴于监管机构已有规定，自 2022 年起所有支持语音的系统必须满足雷·鲍姆法案和 FCC 规定的要求。手机、平板电脑、智能手表和其他语音物联网产品的设备制造商正在集成更精确的压力传感器以满足新标准要求。NextNav 等第三方公司能够提供认证服务以及软件和硬件解决方案，让产品实现所需的高度检测精度。除了“增强版 911”等服务之外，还有许多其他应用也将利用这些新的硬件和软件功能。

参考文献

1. 911 呼叫可调度地点：https://www.fcc.gov/911-dispatchable-location
2. LPS22DF，ST 首款凭借独特功能获得 NextNav 认证的压力传感器：https://blog.st.com/lps22df-nextnav/
3. NextNav 为地理定位添加了新维度：www.nextnav.com
4. New York 气压预报和历史：https://barometricpressure.app/new-york
5. LPS001WP 和 LPS331AP 气压传感器：LPS001WP - MEMS 压力传感器，300-1100 mbar 绝对数字输出气压计 - STMicroelectronics