物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的日益普及，需要傳感器開發(fā)廠家提供不同的技術(shù)創(chuàng)新（比如：超低功耗、外形更小巧、邊緣計算預(yù)處理等）。

近年來，物聯(lián)網(wǎng)的興起帶來了傳感器的迅猛發(fā)展。一般情況，每個上線的新物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都連接了至少四個新傳感器。物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)中起著至關(guān)重要的作用，感知物理環(huán)境信息并將其轉(zhuǎn)化為電信號和數(shù)字信號。

5種新趨勢的傳感器技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)傳感器市場一直在進(jìn)行不斷的技術(shù)創(chuàng)新，我們整理了5種新的物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)，在未來幾年會影響物聯(lián)網(wǎng)傳感器的市場格局。

1.智能傳感器，可以充當(dāng)邊緣設(shè)備

智能傳感器是一種具備感知、計算和通信能力的設(shè)備，能夠?qū)崟r地感知環(huán)境中的物理量或事件，并將其轉(zhuǎn)化為可用于分析、控制或通信的數(shù)字信號。傳感器正變得越來越先進(jìn)，關(guān)鍵的物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)創(chuàng)新包括更高的計算能力和從多個離散傳感元件檢測信號的能力，業(yè)界將這些更先進(jìn)的設(shè)備稱為 "智能傳感器"。智能傳感器不是簡單地將傳感器信號傳遞給價值鏈中的下一級，而是可以直接處理信號（例如，驗證和解釋數(shù)據(jù)，顯示結(jié)果，或運(yùn)行特定的分析應(yīng)用程序），通過這種方式傳感器成為邊緣設(shè)備。

最先進(jìn)的智能傳感器現(xiàn)在也將人工智能納入其設(shè)計中。這些傳感器是為人工智能推理而設(shè)計的，這有許多優(yōu)點，例如，可以立即做出決定，敏感數(shù)據(jù)可以得到處理，而不需要將其發(fā)送到其他地方并產(chǎn)生數(shù)據(jù)被盜的風(fēng)險。

智能傳感器融合了傳感器技術(shù)、微處理器和通信技術(shù)，使其能夠在傳感和處理數(shù)據(jù)的同時進(jìn)行智能決策和與外部系統(tǒng)的交互。

智能傳感器通常包括以下幾個關(guān)鍵組件：

傳感器：智能傳感器通過內(nèi)置的傳感器組件感知環(huán)境中的物理量，例如溫度、濕度、壓力、光照等。傳感器可以采用各種不同的技術(shù)，如光學(xué)、電子、聲波等，用于感知不同類型的信息。

微處理器：智能傳感器內(nèi)置了微處理器或微控制器，用于處理從傳感器獲取的原始數(shù)據(jù)。微處理器具有計算能力，可以執(zhí)行算法和邏輯操作，從而對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和決策。

存儲器：智能傳感器通常配備了一定的存儲器，用于存儲采集到的數(shù)據(jù)、配置參數(shù)以及軟件程序等。存儲器可以是閃存、RAM（隨機(jī)訪問存儲器）等形式。

通信接口：智能傳感器通常具備與其他設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行通信的能力。這可以是有線接口（如以太網(wǎng)、串行接口等）或無線接口（如Wi-Fi、藍(lán)牙、LoRa等），使得傳感器能夠與網(wǎng)絡(luò)或其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和遠(yuǎn)程控制。

能源管理：智能傳感器需要能源供應(yīng)，以提供所需的功能和運(yùn)行。能源管理模塊可包括電池、電源管理電路和低功耗設(shè)計等，以實現(xiàn)長時間的自主運(yùn)行或低功耗操作。

案例：2022年1月，亞馬遜發(fā)布了其Ring家庭安全玻璃破碎傳感器，它利用AI技術(shù)和Syntiant NDR101BQQF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器，直接在傳感器上檢測玻璃破碎。該傳感器能在25英尺以外準(zhǔn)確地檢測到玻璃破碎事件，如窗戶被砸碎或破裂，并當(dāng)場發(fā)出警報。

2. 傳感器變得更節(jié)能、功耗更低

越來越多的傳感器使用可再生能源為自己供電，如太陽能或風(fēng)能，從而消除了更換電池或其他電源的需要。這一創(chuàng)新提高了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的可靠性和壽命，特別是那些部署在偏遠(yuǎn)或無法到達(dá)的地方的設(shè)備，這些設(shè)備需要能自我供電，有助于減少整個系統(tǒng)設(shè)置對環(huán)境的影響。

在節(jié)能方面需要新的傳感器注意以下幾個方面：

超低功耗傳感器，采用小型超低功率微控制器，減少傳感器用電功耗以及設(shè)備外形尺寸。

提高信噪比，為了節(jié)省能源，傳感器可以包括一個信號處理組件，過濾掉噪音或干擾，以便有針對性地使用其功率，檢測和測量實際信號。

例子：矽遞科技的SenseCAP LoRaWAN S2101?溫濕度傳感器，它采用內(nèi)部電池供電，可以在沒有外部電源的情況下在建筑物內(nèi)運(yùn)行。由于采用了低功耗設(shè)計，其電池供電可以保障設(shè)備運(yùn)行5到10年。該設(shè)備通過LoRaWAN技術(shù)連接，這使它能夠使用最小的功率進(jìn)行遠(yuǎn)距離無線傳輸數(shù)據(jù)。這使得它非常適合在各種室內(nèi)室外環(huán)境中使用，如辦公室、倉庫或工廠及戶外。

3. 軟件和虛擬傳感器越來越多地成為物理傳感器的補(bǔ)充

在某些情況下，無法安裝物理傳感器（例如，在復(fù)雜或危險的環(huán)境中），那么替代解決方案包括軟傳感器和虛擬傳感器。

軟傳感器是一種計算算法，它基于其他現(xiàn)有的物理傳感器和推斷測量量值的算法/計算模型來估計難以測量的數(shù)量的值。

虛擬傳感器類似于軟傳感器，不同之處在于其值不是基于現(xiàn)有的物理傳感器，而是純粹基于算法/計算模型。

軟傳感器示例：羅克韋爾自動化的預(yù)測質(zhì)量軟件應(yīng)用程序創(chuàng)建預(yù)測模型，使用來自儀器和實驗室分析的實時數(shù)據(jù)來估計過程和產(chǎn)品條件。這些模型基于歷史工廠數(shù)據(jù)，并充當(dāng)推理傳感器來預(yù)測質(zhì)量參數(shù)（作為其他物理傳感器的替代方案）。

虛擬傳感器示例：2021 年，西門子開發(fā)了一種迷你邊緣計算機(jī)，可以連接到資產(chǎn)（例如電機(jī)）并幫助計算虛擬傳感器值。例如，通過將最新的運(yùn)行電機(jī)數(shù)據(jù)輸入數(shù)字模型，可以實時計算溫度。此操作既不需要現(xiàn)場溫度計，也不需要任何其他實際傳感器讀數(shù)，因為它依賴于機(jī)器狀態(tài)參數(shù)和電機(jī)的虛擬模型。

4. 傳感器融合的創(chuàng)新（特別是自動駕駛）

傳感器是自動駕駛汽車的重要組成部分，因為它們?yōu)樽詣玉{駛汽車提供有關(guān)周圍環(huán)境的信息。車輛的車載計算機(jī)使用此信息進(jìn)行導(dǎo)航和決策。自動駕駛的三個關(guān)鍵傳感器包括激光雷達(dá)、雷達(dá)和3D攝像頭（圖像傳感器）。特斯拉前期主要依賴雷達(dá)技術(shù)，最近幾年該公司開始向特斯拉視覺（基于攝像頭的系統(tǒng)）識別過渡。

包括索尼、Mobileye和Waymo在內(nèi)的公司目前正專注于物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)創(chuàng)新，將攝像頭與LiDAR和雷達(dá)等其他傳感技術(shù)相結(jié)合，以改善其自動駕駛解決方案的圖像分析。由于攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)感知環(huán)境的不同特征，這種組合（也稱為“傳感器融合”）背后的想法是為系統(tǒng)提供更豐富的真實世界模型，以決定行動方案或計算輸出?？傮w而言，自動駕駛汽車中的傳感器協(xié)同工作，提供車輛周圍環(huán)境的完整圖像，使其能夠做出安全高效的駕駛決策。

案例：索尼依靠使用帶有LiDAR或雷達(dá)的攝像頭的技術(shù)來執(zhí)行自動駕駛應(yīng)用中的物體識別任務(wù)。例如，該公司目前正在開發(fā)一種結(jié)合攝像頭和雷達(dá)的解決方案。這種組合可能有助于在夜間識別人和車輛。攝像頭和LiDAR的組合有利于停車輔助功能，這需要高精度的距離測量。

5. 生物傳感器越來越成熟（主要用于醫(yī)療保健應(yīng)用）

生物傳感器和一次性傳感器技術(shù)近年來已經(jīng)成熟，并已被醫(yī)療保健行業(yè)采用。生物傳感器研究的最新突破表明，這項技術(shù)在其他領(lǐng)域也幾乎可以應(yīng)用。

“生物傳感器”是“生物傳感器”的縮寫。生物元素與被測分析物相互作用，傳感器將生物響應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號。根據(jù)其應(yīng)用，生物傳感器也稱為免疫傳感器、光學(xué)元件、共振鏡、生物芯片、血糖儀或生物計算機(jī)。

生物傳感器示例：Abbott?FreeSTyle Libre?是用于血糖監(jiān)測的商業(yè)化程度最高的生物傳感器解決方案之一。FreeStyle Libre系統(tǒng)目前在全球擁有超過3萬用戶。

寫在最后

各種不同傳感器技術(shù)融合發(fā)展，提供不同功能的應(yīng)用場景，比如智能傳感器會越來越多的參與邊緣計算工作，讓整個物聯(lián)網(wǎng)更佳自動化、智能化。

審核編輯：湯梓紅