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(lèi)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?chē)h(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(guò)信號(hào)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(lèi)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(duì)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(hào)的設(shè)備，能夠感知周?chē)h(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(jìn)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(zhǔn)和有效。

在物聯(lián)網(wǎng)中，傳感器是實(shí)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(yùn)輸、醫(yī)療健康等各行各業(yè)的參數(shù)信息，并通過(guò)云端處理產(chǎn)生智能化控制和決策，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)、智慧城市、智能醫(yī)療等應(yīng)用場(chǎng)景。

不同類(lèi)型的應(yīng)用程序需要不同類(lèi)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(jiàn)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(diǎn)非常重要：互聯(lián)網(wǎng)以及諸如傳感器和執(zhí)行器之類(lèi)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?chē)h(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(hào)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(lèi)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(duì)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(dòng)作用

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

這種互動(dòng)作用的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)傳感器的技術(shù)支持。傳感器的研發(fā)和應(yīng)用，不僅擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景和服務(wù)領(lǐng)域，更加快了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)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(chǎng)的逐漸成熟和普及，傳感器的應(yīng)用前景也越來(lái)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(gè)領(lǐng)域，進(jìn)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(hù)的需求自動(dòng)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(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化控制和檢測(cè)，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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷等。

(一)幾種常見(jiàn)的物聯(lián)網(wǎng)傳感器

1.溫度傳感器

這些裝置測(cè)量物體或周?chē)鷧^(qū)域產(chǎn)生的熱量。它們可用于空調(diào)、冰箱和類(lèi)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(lái)監(jiān)測(cè)機(jī)器的溫度。在農(nóng)業(yè)中，這些可以用來(lái)監(jiān)測(cè)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(cè)器和集成電路。

2.濕度傳感器

空氣中的水汽或濕度會(huì)影響人體的舒適度和許多工業(yè)過(guò)程。因此，監(jiān)測(cè)濕度水平是很重要的。最常用的濕度測(cè)量單位是相對(duì)濕度(RH)、露點(diǎn)/霜點(diǎn)(D/FPT)和百萬(wàn)分率(PPM)。

3.運(yùn)動(dòng)傳感器

運(yùn)動(dòng)傳感器不僅用于安全目的，還用于自動(dòng)門(mén)控制、自動(dòng)停車(chē)系統(tǒng)、自動(dòng)水槽、干手機(jī)、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(guò)智能手機(jī)或計(jì)算機(jī)。Hc-sr501被動(dòng)紅外(PIR)傳感器是一種受歡迎的業(yè)余運(yùn)動(dòng)傳感器。

4.氣體傳感器

這些傳感器用于檢測(cè)有毒氣體。最常用的傳感技術(shù)是電化學(xué)、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(lái)幫助擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中部署的有線和無(wú)線連接。

5.煙霧傳感器

煙霧探測(cè)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(hù)友好。此外，在煙霧探測(cè)器上添加無(wú)線連接可以實(shí)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(cè)由壓力信號(hào)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)和設(shè)備。當(dāng)壓力范圍超過(guò)閾值時(shí)，設(shè)備會(huì)提醒用戶(hù)需要解決的問(wèn)題。壓力傳感器也用于智能車(chē)輛和飛機(jī)，分別確定力和高度。在車(chē)輛中，胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(TPMS)用于在胎壓過(guò)低和可能出現(xiàn)不安全駕駛情況時(shí)提醒駕駛員。

7.影像傳感器

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

8.加速度傳感器

這些傳感器用于智能手機(jī)、車(chē)輛、飛機(jī)和其他應(yīng)用中，以檢測(cè)物體的方向、震動(dòng)、敲擊、傾斜、移動(dòng)、定位、碰撞或振動(dòng)。不同類(lèi)型的加速度計(jì)包括霍爾效應(yīng)加速度計(jì)、電容式加速度計(jì)和壓電式加速度計(jì)。

9.紅外傳感器

這些傳感器可以測(cè)量物體發(fā)出的熱量。它們被用于各種物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，包括用于監(jiān)測(cè)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(jī)、用于檢測(cè)光線的可穿戴設(shè)備、用于監(jiān)測(cè)車(chē)輛溫度的溫度計(jì)和盲點(diǎn)檢測(cè)。

10.接近傳感器

這些傳感器可以在沒(méi)有任何物理接觸的情況下檢測(cè)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(duì)象計(jì)數(shù)器、過(guò)程監(jiān)控。

在一個(gè)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(cè)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(gè)酒吧老板，正在測(cè)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(gè)葉輪。當(dāng)啤酒流經(jīng)傳感器時(shí)，它會(huì)使葉輪旋轉(zhuǎn)，就像氣象站的螺旋槳一樣。

當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，它向計(jì)算機(jī)發(fā)送一系列的電脈沖。計(jì)算機(jī)將解釋脈沖以確定啤酒的流量。聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)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(huì)發(fā)現(xiàn)這樣的測(cè)量從來(lái)沒(méi)有直接測(cè)量過(guò)流經(jīng)傳感器的啤酒量。這樣的測(cè)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(zhǔn)。

為了校準(zhǔn)傳感器，必須采用測(cè)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(hào)的外觀。

例如，當(dāng)?shù)谝淮蔚钩鲆粋€(gè)新桶時(shí)，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(guò)反復(fù)試驗(yàn)和大量的數(shù)據(jù)，測(cè)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(chēng)為校準(zhǔn)。知名制造商將提供完全校準(zhǔn)的設(shè)備以及如何重新校準(zhǔn)以驗(yàn)證傳感器精度的說(shuō)明。

感測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，因?yàn)槟鷮⒏鶕?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(cuò)誤，這些決策將毫無(wú)價(jià)值。

這就是物聯(lián)網(wǎng)中傳感器的作用。整個(gè)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(zhǔn)確性。