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更炫的智能硬件,融合更多的傳感器

更炫的智能硬件,融合更多的傳感器

2015/7/13 15:43:42

   隨著計算機、無線通訊、移動互聯網、可穿戴設備和物聯網的發(fā)展,智能硬件不斷創(chuàng)新、不斷發(fā)展,但若離開了“傳感器”這些神秘的“感知五官”,其所謂的智能功能皆失去應有的魅力。

   何為傳感器?簡單的講傳感器就是把自然界的物理量、化學量、生物量能轉化為可用電訊號的裝置與元件,如壓力傳感器、溫度傳感器、PH傳感器等。當然傳感器的種類很多,按不同原理,不同用途有近萬種。其尺寸大小相差很大,有表貼電阻小的溫度傳感器;有直徑3米的流量傳感器;有重達幾百公斤的扭矩傳感器;有輕如不足1克的MEMS加速度傳感器;有價值幾毛錢的NTC熱敏傳感器;有貴重堪比兩輛寶馬X5的航天陀螺。

   傳感器技術是一門多學科交叉的科學,因此,大家熟悉又陌生。當前,智能硬件熱潮滾滾,傳感器技術被推到了“風口浪尖”,但很多人面對各種傳感器名詞顯得無所適從,選擇更是一籌莫展。例如什么是接近傳感器/光傳感器?何為動作傳感器?微波傳感器和紅外傳感器的區(qū)別?Motion傳感器又是何方神物?超聲波傳感器能干什么?諸如此類的問題不斷困惑著智能硬件的精英們。

   接近傳感器是按照其用途或功能來命名的,顧名思義,就是被測物體接近傳感器時,傳感器輸出電信號(開關量或線性量),接近傳感器有不同原理,如超聲波、光電、電容、電感、微波、紅外等,例如我們最常見的手機接近耳朵時,由于內置光傳感器產生相應信號,會把揚聲器模式自動變成聽筒模式,或者自動關閉屏幕顯示。

   Motion運動傳感器,亦稱為慣性傳感器,同時也有不科學地稱為動作傳感器,也有更科學地稱為姿態(tài)傳感器。Motion傳感器應包括加速度傳感器(加速度計)和角速度傳感器(陀螺)。慣性傳感器原本主要用于軍事領域,作為導彈、飛機、航艦、雷達、衛(wèi)星的自主導航器件。現在隨著MEMS技術的快速發(fā)展,以及精度和價格的瀑布般降落,迎合手機、pad、可穿戴設備的到來,被歷史性地應用到智能硬件上,加速度傳感器測量直線運動速度的變化(加速或減速),直接測量設備的運動狀態(tài)。數學上一次積分可以計算出運動速度,二次積分可以計算出一段時間的運動距離,當然經過適當地處理亦可以計算出傾斜角度,我們常見得手機屏幕旋轉、高檔計步器都是典型的加速度傳感器應用。

   角速度傳感器又稱陀螺,測量物體旋轉運動速度,也是運動傳感器,數學上一次積分可以計算角度,一次微分可計算出角速度,都是測量各種運動物體不可或缺的器件。典型的硬件應用是汽車的電子穩(wěn)定系統(ESP)和雙輪自動車。還應了解的是加速度傳感器和角速度傳感器相結合,或數據融合,可以演算出更能反映物體運動狀態(tài)(或姿態(tài))的具體參數,如三維空間中動態(tài)物體的角度、角速度等?!靶橄取弊詣拥箞缶饕彩遣捎肕otion傳感器融合的范例。

   光傳感器、紅外傳感器、超聲傳感器、微波傳感器、則都是以其原理命名的傳感器。光傳感器包括可見光和不可見光傳感器。常見的可見光傳感器有光敏傳感器、光照傳感器、激光傳感器。光敏傳感器作為光度開關,可用作汽車、路燈、夜間或黑暗時自動開啟燈光。光照度傳感器可以測量光的強度,可用作智能家居的自動窗簾、農業(yè)大棚的植物光照強度控制。激光傳感器可以測量距離。不可見光傳感器主要有紅外傳感器和紫外傳感器。而常用的紅外傳感器又有被動和主動兩類。被動紅外傳感器采用最多的是人體熱釋電紅外傳感器。它是一種能感知人或動物運動時發(fā)出的一種紅外波,當測量到這種波長時,會輸出一個開關量,像我們日常生活中見到的自動門、自動水龍頭、自動烘手機、有些商店門前的“歡迎光臨”自動揚聲器。當然安防領域的紅外傳感器用途更多。另外主動紅外傳感器可制式紅外熱像儀,用于醫(yī)療診斷、電站安全預警、軍工和警用等、紅外測量儀可以測量鋼水溫度和人體的溫度。隨便講,紫外傳感器可以測量火焰強度或有無火焰。

   微波傳感器和超聲波傳感器的原理都是根據傳感器發(fā)出不同波長的波到被測物體,被反射或吸引。據此來判斷兩者的距離或有無物體。微波傳感器和超聲傳感器,有些人也稱為雷達,其實主要是傳感器出發(fā)的波長不一,微波傳感器一般為24GHz,超聲波傳感器一般為40kHz。它們大多用于測量距離。例如手持測距儀、手持測厚儀、大量用于汽車倒車裝置的則為超聲波傳感器,當然不同波長具有不同的用途,例如醫(yī)院里的各種超聲醫(yī)用設備。

   智能硬件選用傳感器的原則是尺寸小、價格低、功耗少、壽命長、易維護。

   傳感器是百花園,學會欣賞,優(yōu)秀的硬件設計師會創(chuàng)造出更炫更美的作品。

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