物聯網常用傳感器

1引言

軟硬件技術的發展促進了物聯網行業的飛速發展，而物聯網的發展也使得傳感器的應用也變得越來越廣泛，二者相輔相成。首先我們需要知道什么是傳感器，傳感器在物聯網中處于什么地位、扮演者什么角色呢？

2 傳感器的簡單定義

傳感器是能一種監測所處環境中發生的事件或者變化，并將這些變化以特定的輸入，如聲、光、熱、力、運動等，以顯示的形式提供給用戶可視化數據的設備，該類設備通常由敏感組件或轉換組件組成，與計算機處理器組合使用。

3 傳感器在物聯網中的地位

傳感器作為物聯網的感知層設備，相當于人類的“五官”或者說是物聯網的“神經末梢”，通過其對于所處環境的數據采集實現檢測作用，將數據反饋給終端進行分析處理進而支持各種物聯網應用。

4 傳感器分類

下面簡單介紹一些我使用過的傳感器以及目前物聯網較為常用的傳感器。

4.1簡單的測距傳感器

在物聯網剛入門的時候使用過兩款測距傳感器，成本很低的超聲波測距傳感器以及紅外線傳感器，當然紅外傳感器也有很多其他的應用。

（1）超聲波傳感器是利用超聲波遇到物.體可以產生顯著反射從而形成回波等特性研制而成的一種可以將超聲波信號轉換為其他能量信號的傳感器[12]。其工作原理如下：超聲波傳感器主要由發送傳感器，接收傳感器，控制部分以及電源四部分構成。超聲波傳感器的工作原理，主要是采用超聲波測距中的時間差測距法。首先由發送傳感器將電能轉換為機械能以超聲波形式向某一方向發送超聲波，在發射的同時開始計時，之后超聲波將沿著某一直線定向傳播，當超聲波在空氣中傳播遇到分界面時會產生顯著反射，當接收傳感器接收到回波時計時停止[14]。超聲波在空氣中的傳播速度設為v，傳播時間設為t，由于超聲波發送器與接收器之間距離較近，所以反射角較小，可忽略不計。則超聲波傳感器與障礙物之間的距離d可由公式得出。

由于超聲波是一種聲波，因此在實際應用環境中，其傳播速度會受到溫度、濕度以及壓強等因素影響，其中溫度影響尤為明顯，常使用溫度補償法加以規避。

（2）紅外線測距傳感器

紅外線測距傳感器利用紅外線與障礙物之間距離的不同產生不同反射的強度的原理，進行對傳感器與障礙物之間距離的測量。紅外線測距傳感器由紅外發射器以及CCD檢測器構成，它的測距主要是基于三角測量原理[20]。紅外線測距傳感器測量原理具體如圖2.3所示。

首先需要紅外發射器以一定角度向外發射紅外光束，當其遇到障礙物之后會反射回來，當反射光束被CCD檢測器檢測到后，會獲得一個偏移量L，如果同時再已知發射角α，中心距X，光速c，濾鏡焦距f之后，利用三角幾何關系就可以很容易求得傳感器到障礙物的距離D，具體如下式所示。

4.2 溫濕度傳感器

曾使用過溫濕度傳感器SHT30，該傳感器主要采用熱電偶方法測量溫度，當工作端與自由端溫度不同從而產生熱電動勢，經過電路轉化將電壓變化傳送到MCU。使用是使用沉積在兩個導電電極上的聚胺鹽或醋酸纖維聚合物薄膜，當空氣中的水蒸氣吸附在薄膜上時，會改變兩個電極間的介電常數。

4.3 光照傳感器

光照傳感器內部通常包括光敏二極管、運算放大器、ADC采集、晶振等組成如曾使用過的BH1750傳感器，其主要原理為PD二極管通過光生伏特效應將輸入光信號轉換成電信號，經運算放大電路放大，由ADC采集電壓，然后通過邏輯電路轉換成16位二進制數存儲在內部的寄存器中，即光照強度越高，電壓值越大。

4.4 運動傳感器

我曾使用的運動傳感器包括三軸加速度計，地磁計，陀螺儀。三軸加速度計主要采用加速度原理來測量三維空間加速度，x,y,z三個軸向。地磁計是檢測地球磁力的傳感器，一般用來通過檢測地磁來檢測方向，也被成為“電子羅盤”。陀螺儀是一種基于角動量守恒理論用來感測和維持方向的裝置，由一個位于軸心且可旋轉的轉子構成。常用于導航、定位系統，我們使用的手機中也內置了陀螺儀。

4.5 壓力傳感器

壓力傳感器是能感受壓力信號并將壓力信號轉換成可用的輸出的電信號的器件。

4.6 氣體傳感器

該類型傳感器主要用于檢測空氣中某種氣體的濃度，常用于檢測有毒氣體判斷環境是否適合人類生存，如二氧化硫、一氧化氮、一氧化碳傳感器。當然也有一些檢測二氧化碳濃度、空氣污染之類的傳感器。

當然除了上述傳感器，還有其他很多類型的傳感器、如圖像傳感器、化學傳感器、聲音傳感器、液位傳感器等。

5傳感器的發展趨勢

（1）??? 高精度：隨著應用對于準確度以及精度的要求，未來傳感器勢必會朝著更高的進度要求發展

（2）??? 微型化、低功耗：隨著物聯網設備的微型化，功耗的要求越來越嚴格，傳感器也會朝著該方向不斷進步。

（3）??? 高可靠性以及安全性：傳感器的可靠性直接影響到產品的用戶體驗，因此抗擾性強，可以適應多種嚴苛環境的傳感器發展也是必然趨勢。

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