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(diǎn)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。如圖1所示，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。

圖1：物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)層

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(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)換器(ADC)或Sigma-Delta調(diào)制器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為SPI輸出。

01

IoT傳感器的一些常見類型

溫度傳感器

這些設(shè)備測(cè)量從物體或周圍區(qū)域產(chǎn)生的熱量。它們可用于空調(diào)，冰箱和用于環(huán)境控制的類似設(shè)備中。它們還用于制造過程，農(nóng)業(yè)和健康行業(yè)。

從制造業(yè)到農(nóng)業(yè)，溫度傳感器幾乎可用于每種物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。在制造中，傳感器用于監(jiān)視機(jī)器的溫度。在農(nóng)業(yè)中，這些可用于監(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，電阻溫度檢測(cè)器(RTD)和集成電路(IC)。圖2顯示了一些常見類型的溫度傳感器。

圖2：溫度傳感器

濕度傳感器

空氣中的水蒸氣量或濕度會(huì)影響人體舒適度以及許多工業(yè)生產(chǎn)過程。因此，監(jiān)控濕度水平很重要。濕度測(cè)量最常用的單位是相對(duì)濕度(RH)，露/霜點(diǎn)(D / F PT)和百萬分率(PPM)。

圖3：HPP801A031濕度傳感器

運(yùn)動(dòng)傳感器

運(yùn)動(dòng)傳感器不僅用于安全目的，而且還用于自動(dòng)門控制，自動(dòng)停車系統(tǒng)，自動(dòng)水槽，自動(dòng)馬桶沖洗器，干手機(jī)，能源管理系統(tǒng)等。您可以在IoT中使用這些傳感器，并通過智能手機(jī)或電腦。HC-SR501無源紅外(PIR)傳感器是用于愛好項(xiàng)目的流行運(yùn)動(dòng)傳感器。

圖4：PIR運(yùn)動(dòng)傳感器

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)的進(jìn)步和新規(guī)范的推出，有大量的氣體傳感器可以用來幫助擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中部署的有線和無線連接。

圖5：氣體傳感器

煙霧感應(yīng)器

煙霧探測(cè)器已經(jīng)在家庭和工業(yè)中使用了很長(zhǎng)時(shí)間。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，將無線連接添加到煙霧探測(cè)器可實(shí)現(xiàn)其他功能，從而增加安全性和便利性。

圖6：兼容Arduino的煙霧傳感器

壓力傳感器

這些傳感器用于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，以監(jiān)視由壓力信號(hào)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)和設(shè)備。當(dāng)壓力范圍超出閾值水平時(shí)，設(shè)備會(huì)提醒用戶應(yīng)解決的問題。例如，BMP180是一種流行的數(shù)字壓力傳感器，用于手機(jī)，PDA，GPS導(dǎo)航設(shè)備和戶外設(shè)備。壓力傳感器還分別用于智能車輛和飛機(jī)中以確定力和高度。在車輛中，胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(TPMS)用于在胎壓過低并可能產(chǎn)生不安全駕駛條件時(shí)向駕駛員發(fā)出警報(bào)。

圖7：TPMS概述(由www.mwrf.com提供)

影像感應(yīng)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，媒體室和生物識(shí)別系統(tǒng)中。在零售行業(yè)中，這些傳感器用于監(jiān)視通過IoT網(wǎng)絡(luò)訪問商店的客戶。在辦公室和公司建筑物中，它們用于通過IoT網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視員工和各種活動(dòng)。

圖8：不同類型的圖像傳感器

加速度傳感器

這些傳感器用于智能手機(jī)，車輛，飛機(jī)和其他應(yīng)用中，以檢測(cè)物體的方向，搖動(dòng)，敲擊，傾斜，運(yùn)動(dòng)，定位，沖擊或振動(dòng)。不同類型的加速度計(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)。

圖9：各種類型的加速度傳感器

紅外傳感器

這些傳感器可以測(cè)量物體散發(fā)的熱量。它們被用于各種IoT項(xiàng)目中，包括醫(yī)療保健以監(jiān)測(cè)血液流量和血壓，智能手機(jī)以用作遠(yuǎn)程控制和其他功能，可穿戴設(shè)備以檢測(cè)光量，溫度計(jì)以監(jiān)測(cè)車輛的溫度和盲點(diǎn)檢測(cè)。

圖10：紅外傳感器

接近傳感器

這些傳感器無需任何物理接觸即可檢測(cè)附近物體的存在或不存在。感應(yīng)器，電容式，光電，超聲波和磁性傳感器的類型不同。這些主要用于對(duì)象計(jì)數(shù)器，過程監(jiān)視和控制。

圖11：各種接近傳感器

在典型的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，傳感器可以收集信息并路由到控制中心，在該中心做出決定，并響應(yīng)于該感應(yīng)到的輸入將相應(yīng)的命令發(fā)送回執(zhí)行器。

02

精確傳感器的重要性

想象一下，你是一家酒吧老板，并且你要測(cè)量從其中一個(gè)水龍頭流出的啤酒量。一種執(zhí)行此操作的方法是，將傳感器安裝在從啤酒桶到水龍頭的管線上。該傳感器很可能在內(nèi)部裝有小葉輪。當(dāng)啤酒流過傳感器時(shí)，它將導(dǎo)致葉輪旋轉(zhuǎn)，就像氣象站上的螺旋槳一樣。

當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，它將向計(jì)算機(jī)發(fā)送一連串的電脈沖。計(jì)算機(jī)將解釋脈沖，以確定流過多少啤酒。聽起來很簡(jiǎn)單，對(duì)吧?

這是傳感器變得有趣的地方。如果回頭看一下上面的描述，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣的測(cè)量從未直接測(cè)量過傳感器中流過的啤酒量。這樣的測(cè)量只是從一連串的電脈沖中解釋了傳感器。這意味著必須首先弄清楚如何解釋傳感器，那就是校準(zhǔn)。

要校準(zhǔn)傳感器，這樣測(cè)量方案變成了必須拿一個(gè)容量已知的容器，例如品脫杯。然后，必須在各種條件下填充該容器，以確定電脈沖信號(hào)的外觀。

例如，第一次倒出一個(gè)新的小桶時(shí)，泡沫往往會(huì)更多，與從啤酒中部倒出的泡沫(啤酒)相比，泡沫的讀法有所不同。只有通過反復(fù)試驗(yàn)和大量數(shù)據(jù)，這樣測(cè)量出來的數(shù)據(jù)才是可信可解釋的，這些數(shù)據(jù)就能確定倒入了多少啤酒。

一旦相關(guān)性眾所周知，就可以制定協(xié)議以始終確保傳感器正確讀取。這稱為校準(zhǔn)。著名的制造商將提供經(jīng)過完全校準(zhǔn)的設(shè)備，并提供有關(guān)如何重新校準(zhǔn)以驗(yàn)證傳感器精度的說明。

感測(cè)到的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，因?yàn)槟銓⒒趯?duì)數(shù)據(jù)的后續(xù)分析來制定關(guān)鍵任務(wù)決策，如果數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，這些決策將毫無價(jià)值。

這也就是傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中扮演的角色，整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的有效性都是依靠傳感器收集到數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性作為依據(jù)的。

03

物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

IoT設(shè)備與其他IoT設(shè)備連接，通過Internet傳輸協(xié)議提供數(shù)據(jù)。因此，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的兩個(gè)主要部門是后端的網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)以及前端的傳感器和執(zhí)行器。

大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)都依賴傳感器。有許多可用的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，但突出的兩個(gè)主要物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是工業(yè)和消費(fèi)者。這兩個(gè)平臺(tái)的應(yīng)用和要求略有不同。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)必須穩(wěn)定，可靠和安全，因?yàn)槠脚_(tái)故障可能要花費(fèi)數(shù)百萬美元甚至生命。另一方面，消費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的故障可能只是給您帶來的不便。

但是，在你的應(yīng)用選擇最佳物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)時(shí)，需要考慮一些通用參數(shù)。其中一些參數(shù)包括可靠性，穩(wěn)定性，靈活性，安全性支持，定價(jià)模型，移動(dòng)/ Web應(yīng)用程序支持，處理多種連接產(chǎn)品的能力，電源或網(wǎng)絡(luò)連接失敗時(shí)的數(shù)據(jù)保留或備份以及啟動(dòng)的速度和時(shí)間產(chǎn)品。

小結(jié)

隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的增長(zhǎng)，對(duì)傳感器的需求也在增長(zhǎng)。有各種各樣的傳感器可用。但是對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，選擇合適的傳感器以及合適的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)也很重要。