一文一探究竟傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的重要性

在物聯(lián)網(wǎng)(IOT)生態(tài)系統(tǒng)中，有兩件事非常重要：互聯(lián)網(wǎng)和傳感器類的執(zhí)行器等物理設(shè)備。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的底層由傳感器連接和信息采集網(wǎng)絡(luò)組成。該層是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，與下一層即網(wǎng)關(guān)層和網(wǎng)絡(luò)層建立網(wǎng)絡(luò)連接。

傳感器的主要用途是從周圍環(huán)境中收集數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的“物”以及傳感器構(gòu)成前端。這些都是經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換和處理后直接或間接連接到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的。但所有的傳感器都不一樣。不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需要不同類型的傳感器。例如，數(shù)字傳感器可以使用串行外圍接口(SPI)總線輕松地直接與微控制器接口。然而，對于模擬傳感器，ADC或Sigma-Delta調(diào)制器可用于將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為SPI輸出。

傳感器是一種將物理量轉(zhuǎn)換成電信號的設(shè)備，能夠感知周圍環(huán)境的溫度、濕度、光線、聲音、壓力、重力等參數(shù)，并將這些數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸?shù)皆贫嘶蛟O(shè)備端進行分析和控制。傳感器的出現(xiàn)，使得智能化控制和優(yōu)化決策變得更加精準和有效。

在物聯(lián)網(wǎng)中，傳感器是實現(xiàn)物和物之間、人和物之間相互通信的重要工具。傳感器可以感知自然環(huán)境、工業(yè)設(shè)備、物流運輸、醫(yī)療健康等各行各業(yè)的參數(shù)信息，并通過云端處理產(chǎn)生智能化控制和決策，進而實現(xiàn)自動化生產(chǎn)、智慧城市、智能醫(yī)療等應(yīng)用場景。

不同類型的應(yīng)用程序需要不同類型的傳感器才能從環(huán)境中收集數(shù)據(jù)。本文介紹了一些常見的物聯(lián)網(wǎng)傳感器。

在物聯(lián)網(wǎng)(IoT)生態(tài)系統(tǒng)中，有兩點非常重要：互聯(lián)網(wǎng)以及諸如傳感器和執(zhí)行器之類的物理設(shè)備。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的底層由傳感器連接性和收集信息的網(wǎng)絡(luò)組成。該層是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，并與下一層即網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò)層建立網(wǎng)絡(luò)連接。

傳感器的主要目的是從周圍環(huán)境中收集數(shù)據(jù)。傳感器或物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的“物”構(gòu)成了前端。這些在信號轉(zhuǎn)換和處理后直接或間接連接到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。但是所有傳感器都不相同，不同的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需要不同類型的傳感器。例如，數(shù)字傳感器使用串行外圍設(shè)備接口(SPI)總線即可輕松直接與微控制器接口。但是對于模擬傳感器，可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換。

傳感器與物聯(lián)網(wǎng)的互動作用

在物聯(lián)網(wǎng)中，傳感器是實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集和傳輸?shù)幕A(chǔ)。傳感器通過感知環(huán)境的參數(shù)信息并對其進行采集和處理，將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到云端進行分析和控制。而物聯(lián)網(wǎng)通過云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)對采集到的數(shù)據(jù)進行模型建立和預(yù)測，從而實現(xiàn)對物品和環(huán)境的智能化控制。

這種互動作用的實現(xiàn)離不開傳感器的技術(shù)支持。傳感器的研發(fā)和應(yīng)用，不僅擴展物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景和服務(wù)領(lǐng)域，更加快了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進程和智能化程度。

傳感器技術(shù)的應(yīng)用前景

隨著物聯(lián)網(wǎng)市場的逐漸成熟和普及，傳感器的應(yīng)用前景也越來越廣泛。傳感器技術(shù)可以應(yīng)用于智能家居、智能制造、智能農(nóng)業(yè)、智能物流、智能醫(yī)療等各個領(lǐng)域，進一步提高效率和降低成本。

例如，在智能家居中，傳感器可以感知居家環(huán)境的溫度、濕度、照明等信息，并根據(jù)用戶的需求自動調(diào)整，從而提高居住的舒適性和節(jié)能效果。在智能制造中，傳感器可以實現(xiàn)設(shè)備的自動化控制和檢測，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在智能醫(yī)療中，傳感器可以感知患者的生命體征信息，幫助醫(yī)生實現(xiàn)實時監(jiān)測和診斷等。

(一)幾種常見的物聯(lián)網(wǎng)傳感器

1.溫度傳感器

這些裝置測量物體或周圍區(qū)域產(chǎn)生的熱量。它們可用于空調(diào)、冰箱和類似的環(huán)境控制設(shè)備。它們也被用于制造業(yè)、農(nóng)業(yè)和健康工業(yè)。

從制造業(yè)到農(nóng)業(yè)，溫度傳感器幾乎可以應(yīng)用于各種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。在制造業(yè)中，傳感器被用來監(jiān)測機器的溫度。在農(nóng)業(yè)中，這些可以用來監(jiān)測土壤、水和植物的溫度。

溫度傳感器包括熱電偶、熱敏電阻、電阻式溫度檢測器和集成電路。

2.濕度傳感器

空氣中的水汽或濕度會影響人體的舒適度和許多工業(yè)過程。因此，監(jiān)測濕度水平是很重要的。最常用的濕度測量單位是相對濕度(RH)、露點/霜點(D/FPT)和百萬分率(PPM)。

3.運動傳感器

運動傳感器不僅用于安全目的，還用于自動門控制、自動停車系統(tǒng)、自動水槽、干手機、能量管理系統(tǒng)等。您可以在物聯(lián)網(wǎng)中使用這些傳感器，也可以通過智能手機或計算機。Hc-sr501被動紅外(PIR)傳感器是一種受歡迎的業(yè)余運動傳感器。

4.氣體傳感器

這些傳感器用于檢測有毒氣體。最常用的傳感技術(shù)是電化學、光電離和半導(dǎo)體。隨著技術(shù)的發(fā)展和新規(guī)范的引入，大量的氣體傳感器可以用來幫助擴展物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中部署的有線和無線連接。

5.煙霧傳感器

煙霧探測器在家庭和工業(yè)中使用已久。隨著物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，其應(yīng)用變得更加方便和用戶友好。此外，在煙霧探測器上添加無線連接可以實現(xiàn)附加功能，提高安全性和便利性。

6.壓力傳感器

這些傳感器被用于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，以監(jiān)測由壓力信號驅(qū)動的系統(tǒng)和設(shè)備。當壓力范圍超過閾值時，設(shè)備會提醒用戶需要解決的問題。壓力傳感器也用于智能車輛和飛機，分別確定力和高度。在車輛中，胎壓監(jiān)測系統(tǒng)(TPMS)用于在胎壓過低和可能出現(xiàn)不安全駕駛情況時提醒駕駛員。

7.影像傳感器

這些傳感器可用于數(shù)碼相機、醫(yī)學成像系統(tǒng)、夜視設(shè)備、熱成像設(shè)備、雷達、聲納、媒體室和生物測定系統(tǒng)。在零售業(yè)中，這些傳感器用于監(jiān)控通過物聯(lián)網(wǎng)訪問商店的客戶。在辦公室和企業(yè)建筑中，它們被用于通過物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測員工和活動。

8.加速度傳感器

這些傳感器用于智能手機、車輛、飛機和其他應(yīng)用中，以檢測物體的方向、震動、敲擊、傾斜、移動、定位、碰撞或振動。不同類型的加速度計包括霍爾效應(yīng)加速度計、電容式加速度計和壓電式加速度計。

9.紅外傳感器

這些傳感器可以測量物體發(fā)出的熱量。它們被用于各種物聯(lián)網(wǎng)項目，包括用于監(jiān)測血流和血壓的醫(yī)療保健、用于遙控和其他功能的智能手機、用于檢測光線的可穿戴設(shè)備、用于監(jiān)測車輛溫度的溫度計和盲點檢測。

10.接近傳感器

這些傳感器可以在沒有任何物理接觸的情況下檢測到附近物體的存在或不存在。傳感器有電容式、光電式、超聲波式和磁性傳感器等。主要用于對象計數(shù)器、過程監(jiān)控。

在一個典型的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，傳感器可以收集信息并將其路由到控制中心，在控制中心做出決策，并根據(jù)感測到的輸入向執(zhí)行器發(fā)送相應(yīng)的命令。

(二) 精確傳感器的重要性

想象一下你是一個酒吧老板，正在測量從水龍頭里流出的啤酒量。一種方法是將傳感器安裝在從啤酒桶到水龍頭的管路上。傳感器內(nèi)部可能有一個葉輪。當啤酒流經(jīng)傳感器時，它會使葉輪旋轉(zhuǎn)，就像氣象站的螺旋槳一樣。

當葉輪旋轉(zhuǎn)時，它向計算機發(fā)送一系列的電脈沖。計算機將解釋脈沖以確定啤酒的流量。聽起來很簡單，不是嗎?

這就是傳感器變得有趣的地方。如果你回顧上述描述，你會發(fā)現(xiàn)這樣的測量從來沒有直接測量過流經(jīng)傳感器的啤酒量。這樣的測量只能解釋傳感器從一系列的電脈沖。這意味著你必須首先弄清楚如何解釋傳感器，這就是校準。

為了校準傳感器，必須采用測量方案使用已知容量的容器，例如品脫杯。然后，必須在各種條件下填充容器，以確定電脈沖信號的外觀。

例如，當?shù)谝淮蔚钩鲆粋€新桶時，氣泡往往更多。與從啤酒中間倒出的氣泡(啤酒)相比，氣泡的讀數(shù)是不同的。只有通過反復(fù)試驗和大量的數(shù)據(jù)，測得的數(shù)據(jù)才是可信的、可解釋的，這些數(shù)據(jù)才能確定已經(jīng)倒了多少啤酒。

一旦知道相關(guān)性，就可以制定協(xié)議，以始終確保傳感器讀取正確。這稱為校準。知名制造商將提供完全校準的設(shè)備以及如何重新校準以驗證傳感器精度的說明。

感測數(shù)據(jù)的準確性至關(guān)重要，因為您將根據(jù)數(shù)據(jù)的后續(xù)分析做出關(guān)鍵任務(wù)決策，如果數(shù)據(jù)錯誤，這些決策將毫無價值。

這就是物聯(lián)網(wǎng)中傳感器的作用。整個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的有效性取決于傳感器采集數(shù)據(jù)的準確性。