為什麼我們說物聯網離不開感測器?
Bosch MEMS enabling the Internet of Things
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感測器在物聯網產業中的作用
物聯網是將各種資訊感測設備和網路結合起來,形成的一個巨大網路,它是網際網路的升級,也是資訊化時代的核心。物聯網的發展需要智慧感知、辨識和通訊等技術支撐,而感知的關鍵就是感測器及相關技術,可以毫不誇張的說,沒有感測器的進步,就沒有物聯網的繁榮。
隨著物聯網的發展,感測器產業也將迎來爆發,感測器是物聯網採集數據的關鍵組件,扮演著不可或缺的角色。
隨著全球開始步入高速發展的資訊時代,在獲取和處理資訊過程中,首先要解決的就是要獲取,可靠並準確的資訊,而感測器是獲取資訊的主要手段和途徑。
例如在工業4.0 時代,要用感測器來監視和控制,生產過程中的參數,使設備保持正常的工作狀態;在智慧家庭領域,感測器是實現用戶和家居單品(燈光、電視、冰箱、音響等)互動的基礎;在無人駕駛中,需要透過感測器,對交通和環境數據的採集和處理,這樣才能保證汽車在道路上的安全行駛……可以毫不誇張的說,未來物聯網有多大的市場,感測器就能有多大的作為。
隨著物聯網需求的增加,目前感測器呈現一種高速成長的態勢。據對岸市場相關統計, 預計到 2021 年將增至5937億元,未來五年中國資訊器產業,年均複合成長率約30%。
感測器發展大致分為三個階段,以利用結構變化感知信號的結構型感測器;以半導體和材料組成的固體型感測器;以具有資訊交換、處理能力的智慧感測器,這也是物聯網時代最有前景的感測器類型。
智慧感測器具有高精度、成本低、功能多樣化、自動化強等特點,它是一種具有資訊處理功能的感測器,是感測器整合化與微處理機相結合的產物。
在很多物聯網場景下的感測器,都具有智慧感測器的特點,未來得物聯網時代,智慧感測器將是市場主流。
物聯網時代對感測器的發展要求
從19世紀60年代誕生至今,感測器的歷史已經有150餘年了,在行動網路時代,手機的普及促進了感測器的極大發展,但也決定了很多類型的感測器,是專為手機而設計的。
物聯網時代的「物」,在對感測和連接的需求上,與手機有很大的差別,所以也對感測技術提出了更多、更高的要求。總結來說,感測器在朝著高精度、小型化、低功耗、智慧化等方向進化。
智慧感測器
1、高精度、高品質
如果感測器收集的數據資訊出錯,那麼相當於從源頭上出錯,後面一切數據的傳輸、分析、應用,也就沒了意義,所以感測器的精度和品質,保障物聯網願景的一道重要基線。想像一下,如果一輛智慧聯網汽車,感測器的精度和品質不達標,這就意味著,在意外情況發生的那幾毫秒內,系統無法做出正確決策,從而嚴重威脅駕駛員的安全。
2、小型化
隨著以智慧手機為中心的行動設備,向多功能、高性能化發展,要求電路板內的組件數量更多、體積更小。因此,感測器正在逐漸採用整合化技術,以實現高性能化和小型化。整合溫度感測器、整合壓力感測器等,早已被廣泛使用,今後將有更多整合感測器被開發出來。
3、低功耗
手機上的社群、微信、視訊、遊戲,都是電量消耗的大戶,我們也早已習慣了每天充電、出遠門充電寶不離身的日子,但你能想像,假如煙霧警報器、智慧攝影機等互聯設備,也需要天天調換電池,會是怎樣一種蹩腳的情景嗎?和手機不同,很多物聯網設備地處人們不常接觸的區域,所以對功耗有極致的要求,從而決定了感測器的功耗也要很低,否則營運成本太高。
4、智慧化
隨著互聯設備的激增,數據呈現爆炸式成長,中心化的雲端已經「不堪重負」,更重要的是,對於智慧製造或智慧交通等應用場景,雲端分析的延遲,會使數據價值呈現「斷崖式」下跌,於是,邊緣智慧開始興起。
感測器是很好的邊緣節點,用嵌入式技術將智慧感測器與微處理器整合為一體,使其成為具有環境感知、數據處理、智慧控制與數據通信功能的智慧數據終端設備,這就是所謂的智慧感測器。這種感測器具有自學習、自診斷和自補償能力、複合感知能力,以及靈活的通信能力。這樣,感測器在感知物理世界的時候,反饋給物聯網系統的數據就會更準確,更全面,達到精確感知的目的。
五大領域對智慧感測器的需求暴漲
智慧感測器具有高精度、成本低、功能多樣化、自動化強等特點,它是一種具有資訊處理功能的感測器,是感測器整合化,與微處理機相結合的產物。在很多物聯網場景下的感測器,都具有智慧感測器的特點,未來得物聯網時代,智慧感測器將是市場主流。
未來最有前景的幾大物聯網場景中,智慧工業、智慧家庭、智慧醫療、智慧汽車、智慧農業等,是未來最有可能普及的物聯網領域。
1、智慧工業感測器是實現工業4.0的基礎
眾所皆知,工業4.0 已經成為很多國家策略發展的一部分,智慧製造是工業變革的關鍵,智慧工業感測器在製造中的角色,越來越重要。工業感測器的特點,是性能指標和精度要求高,不允許數據採集和處理的失誤。不同於傳統工業的感測器,智慧工業感測器將用於智慧製造,它在精度、穩定性、抗衝擊性方面,提出了更為苛刻的要求。
未來,基於工業4.0 的智慧工業感測器需求,將大幅增加,而這也是工業感測器廠商,面臨的最大機會點。
2、智慧家庭給這些感測器帶來了成長空間
智慧家庭的一大特點,就是實現對家居用品的控制,隨著物聯網的發展,越來越多的感測器將用於家電中,如洗衣機、電視、冰箱、燈光、空調、油煙機等,原來沒有感測器的產品,都將因智慧家庭的普及,而成為感測器主戰場。
感測器將是智慧家庭產品的標配,例如壓力感測器,可用於洗衣機中對泡沫量的監控;光電感測器用於燈泡實現對燈光的控制;電磁感測器用在洗碗機裡面,可實現噴水臂的移動等,還有流量感測器、智慧氣體感測器等均大有用途。
3、智慧醫療需要各式各樣的智慧感測器
智慧醫療是利用物聯網技術,實現患者和醫務人員,及醫療設備之間的互動,其工作的核心部分,是對患者的資訊進行採集、儲存、傳輸和處理。在進行圖像傳輸,以及海量數據計算處理的過程中,需要各中各有具有智慧處理功能的感測器,如用於測量病人血壓的 MEMS 壓力感測器,用於研究睡眠窒息的熱電感測器,用於監控和測量體表體溫的溫度感測器等。
隨著物聯網技術的發展,無線醫療感測器逐漸向智慧化、微型化、低功耗等方向發展,感測器在智慧醫療領域的應用,也會越來越廣泛。據國際媒體報導,科學家研究了一種新型感測器,可用於診斷眼外傷,它根據測定人類眼淚,所含維他命 C 濃度的高低,判斷眼外傷的嚴重情況。
最近科學家又研究了一款,僅有膠囊大小的可吞服心率感測器,病人吞服後可測量其生命體徵等數據,並將資訊傳輸到接收器中,供醫生遠端監控。
隨著技術的進步,應用於智慧醫療的傳感器種類將越來越多,但它們的一大共性是具備智能傳感器的特點。
4、智慧感測器助力汽車的智慧化
雖然的很多汽車,實現了一些基本的聯網功能,但並不是真正的智慧汽車。隨著 AI 和物聯網技術的發展,智慧汽車會成為未來的主流。智慧汽車是一個集環境感知、多等級輔助駕駛等功能,於一體的綜合系統,它的一大特點是能實現聯網控制,而控制與操作的關鍵,離不開智慧感測器,智慧汽車的普及,將帶來智慧感測器的增加。
在智慧汽車裡面,未來應用最多的幾大智慧感測器,將是空氣流量感測器、里程表感測器、機油感應感測器、剎車壓力感測器、位置感測器,和碰撞感測器等。
5、智慧農業感測器市場前景廣闊
智慧農業是建設成為農業升級的關鍵,在未來的農業生產中,需要很多類型的物聯網感測器和相關技術。農業物聯網的組成包括智慧水質感測器、無線感測網、無線通信等,它們一起組成完整的智慧農業系統,感測器是實現這些的第一步。
物聯網農業的特點是以資訊化技術為基礎,在農業生產過程中,透過感測器收集數據,並進行量化分析和智慧決策,農業生產的環境非常複雜,不同的場景需要的感測器不一樣,如空氣溫度、濕度、光照強度、二氧化碳濃度等,這些數據的採集,都需要使用相對應的智慧農業感測器。
感測器在科學技術領域、工農業生產以及日常生活中,發揮著越來越重要的作用。人類社會對感測器提出的越來越高的需求,是感測器技術發展的強大動力,而現代技術突飛猛進,則為其發展提供了堅強的後盾。