物聯網如何感知世界?

物聯網如何感知世界?

物聯網中“物”的兩個主要功能是感應和尋址。通俗來說,就是感應對象的特點和確定對象的位置。感應是識別和收集分析參數的關鍵,而尋址是唯一通過互聯識別事物的方法。雖然傳感器在收集關鍵信息以監測和診斷“事物”方面非常關鍵,但在執行實際任務時,它們通常缺乏控制或修復這些“事物”的能力。這就出現一個問題:如果不能控制,為什麼要花錢去感知“事物”呢?所以為了解決這個問題,物聯網中又加人了駆動模塊。這樣,在物聯網中,我們對終端的要求就變成了具有感知和執行動作的能力。

傳感器技術給物聯網裝上“眼睛”

物聯網能夠實現各種不同的功能,能夠對環境產生積極的應對,前提就是傳感器幫助後端網絡以及數據中心獲取了當下環境中的各種有用數據。可以形象地說,各式各樣的傳感器就是物聯網的“眼晴”。

物聯網如何感知世界?

傳感器:神秘又不可或缺的技術

傳感器( Sensor)是能感受規定的被測量件並按照一定的規律(數學函數法則)轉換成可用信號的器件或裝置,通常由敏感元件和轉換元件組成。傳感器技術、通信技術和計算機技術一起被稱為現代信息技術的3個支柱。

人們往往黨得傳感器很神秘,認為只有工程師們才能使用它們。其實不然,傳感器在我們的生活中無處不在。例如,與我們“朝夕相處”的智能手機,它裡面就安裝了光線傳感器、聲音傳感器、圖像傳感器、觸摸傳感器、位置傳感器、溫度場傳感器、距離傳感器、重力傳感器、加速度傳感器、磁場傳感器、陀螺儀(角速度傳感器)、GPS、指紋傳感器、霍爾感應器、氣壓傳感器、心率傳感器、血氧傳感器、紫外線傳感器等大量的傳感器。智能手機上“智能”功能的實現幾乎離不開傳感器。隨著技術的進步,為實現更多實用的功能,增加智能性,提高用戶體驗,智能手機上還會集成更多的傳感器。

目前,傳感器已經廣泛應用於工業、農業、環境監測等領域。從應用領域來看,エ業、汽車電子、通信電子、消費電子等產業是傳感器最大的市場。而對傳感器需求量最大的則是汽車產業,汽車傳感器甚至成為傳感器產業一個專用的傳感器門類。一輛中小型汽車上大約安裝幾十只車用傳感器,高配置汽車上的傳感器數量多達200只(見圖2-1),這些傳感器主要用於測量壓力、溫度、速度、流量、溼度、氣體濃度、距離等。

傳感器是物聯網的重要組成部分,傳感器的性能決定著物聯網的性能。物聯網的感知層包括無處不在的物聯網終端設備,是物聯網系統的數據來源。感知層主要由傳感器、微處理器和無線通信收發器等組成。傳感器負責數據的採集,微處理器負責對數據進行處理,無線收發器負責發送數據到物聯網的網關和網絡層。傳感器處於整個物聯網的最底層,是數據採集的入口,是物聯網的“心臟”。

物聯網如何感知世界?

在物聯網的感知層中.傳感器技術是最為關鍵的技術、因為各種傳感器的大規模部署是構成物聯網的最基本條件。傳感器作為物聯網採集信息的終端工具,如同物聯網的“眼睛”。傳感器獲取的信息經過處理,轉變為可供物聯網應用系統分析處理和應用的實時數據。

隨著物聯網產業的發展,傳統的傳感器技術與產業正在發生巨大的變化。物聯網應用要求傳感器低成本、低功耗,具備高抗干擾能力。低成本是物聯網大規模應用的前提;物聯網的很多應用是用電池供電的,為延長續航時間,節約能源,傳感器必須是低功耗的;物聯網應用環境複雜,傳感器必須具有抗電磁輻射、雷電、強電場、高溼的能力。

當前,傳感器正在朝著智能化、微型化、無線化和網絡化的方向發展。

1.智能傳感器

智能傳感器是傳感器技術與微處理器技術融合的產物,與傳統傳感器相比,智能傳感器具有精度高、可靠性高、穩定性強、複合感知能力高,自適應性好、性價比高等優點。智能傳感器能夠自動採集多種傳感器的感知數據,對數據進行存儲、預處理,並且可以發送感知數據、接收控制指令。智能傳感器還可以對傳感器系統運行狀態進行自檢測、自校零,自標定以及自校正。

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2.微型傳感器

微型傳感器是尺寸微小的傳感器,有的甚至可以達到納米級。微型傳感器具有體積小、質量小、功耗低、成本低、易於批量生產、便於集成化等特點。按照被測量的物理性質,微型傳感器可以分為化學微型傳感器、生物微型傳感器和物理微型傳感器。隨著納米加工技術的發展,微型傳感器將進化到納米級尺寸。納米傳感器雖然體積小,但可以實現更多的功能。微型傳感器的技術水平和造價對於物聯網的大規模應用至關重要。

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3.無線傳感器

無線傳感器是傳感器技術與無線通信技術結合的產物,是與執行器、微處理器、無線通信電路集成,兼有感知、傳輸和處理功能的傳感器。早在20世紀60年代,美軍就將無線傳感器應用於越南戰爭中,即軍事史上著名的“熱帶樹”。無線傳感器技術是支撐物聯網發展的關鍵技術之一,目前廣泛應用於環境感知、智能醫療、智能交通、智能家居以及軍事等領域。

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