物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)-第3章-傳感器技術(shù)

第三章傳感器技術(shù)3.1傳感器概述

3.3常用傳感器

3.4智能傳感器

3.2傳感器分類

3.5傳感器接口技術(shù)3.1傳感器概述

傳感器的功能

物理世界的“感覺(jué)器官”

從狹義角度來(lái)看，傳感器是一種將測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換

成電信號(hào)的變換器

從廣義角度來(lái)看，傳感器是指在電子檢測(cè)控制設(shè)

備輸入部分中起檢測(cè)信號(hào)作用的器件傳感器：把特定的被測(cè)信號(hào)，按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種“可用信號(hào)”輸出的器件或裝置。

3.1傳感器概述

傳感器的應(yīng)用

工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)：溫度、濃度、氣壓航空航天：陀螺儀、加速度、轉(zhuǎn)速

資源探測(cè)與環(huán)境保護(hù)：土地、森林、海洋、大氣

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：血壓、呼吸、腦電、脈搏家用電子：冰箱、電視、空調(diào)

軍事領(lǐng)域：軍事目標(biāo)探測(cè)

3.1傳感器概述

智能手機(jī)

光線傳感器原理：光敏三極管，接受外界光線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)弱不等的電流，從而感知環(huán)境光亮度。用途：通常用于調(diào)節(jié)屏幕自動(dòng)背光的亮度，白天提高屏幕亮度，夜晚降低屏幕亮度，使得屏幕看得更清楚，并且不刺眼。也可用于拍照時(shí)自動(dòng)白平衡。還可以配合下面的距離傳感器檢測(cè)手機(jī)是否在口袋里防止誤觸。

3.1傳感器概述

智能手機(jī)

距離傳感器原理：紅外LED燈發(fā)射紅外線，被近距離物體反射后，紅外探測(cè)器通過(guò)接收到紅外線的強(qiáng)度，測(cè)定距離，一般有效距離在10cm內(nèi)。距離傳感器同時(shí)擁有發(fā)射和接受裝置，一般體積較大。用途：檢測(cè)手機(jī)是否貼在耳朵上正在打電話，以便自動(dòng)熄滅屏幕達(dá)到省電的目的。也可用于皮套、口袋模式下自動(dòng)實(shí)現(xiàn)解鎖與鎖屏動(dòng)作。

3.1傳感器概述

智能手機(jī)

重力傳感器原理：利用壓電效應(yīng)（加速度傳感器）實(shí)現(xiàn)，傳感器內(nèi)部一塊重物和壓電片整合在一起，通過(guò)正交兩個(gè)方向產(chǎn)生的電壓大小，來(lái)計(jì)算出水平方向。用途：手機(jī)橫豎屏智能切換、拍照照片朝向、重力感應(yīng)類游戲（如滾鋼珠）

3.1傳感器概述

智能手機(jī)

磁力傳感器原理：各向異性磁致電阻材料，感受到微弱的磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)導(dǎo)致自身電阻產(chǎn)生變化，所以手機(jī)要旋轉(zhuǎn)或晃動(dòng)幾下才能準(zhǔn)確指示方向。用途：指南針、地圖導(dǎo)航方向、金屬探測(cè)器APP。

3.1傳感器概述

智能手機(jī)

陀螺儀原理：角動(dòng)量守恒，一個(gè)正在高速旋轉(zhuǎn)的物體（陀螺），它的旋轉(zhuǎn)軸沒(méi)有受到外力影響時(shí)，旋轉(zhuǎn)軸的指向是不會(huì)有任何改變的。陀螺儀就是以這個(gè)原理作為依據(jù)，用它來(lái)保持一定的方向。用途：體感、搖一搖（晃動(dòng)手機(jī)實(shí)現(xiàn)一些功能）、平移/轉(zhuǎn)動(dòng)/移動(dòng)手機(jī)可在游戲中控制視角、VR虛擬現(xiàn)實(shí)、在GPS沒(méi)有信號(hào)時(shí)（如隧道中）根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)慣性導(dǎo)航。

3.1傳感器概述

智能手機(jī)

GPS原理：GPS模塊中的芯片根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，根據(jù)衛(wèi)星發(fā)射坐標(biāo)的時(shí)間戳與接收時(shí)的時(shí)間差計(jì)算出衛(wèi)星與手機(jī)的距離，采用空間距離后方交會(huì)的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)。用途：地圖、導(dǎo)航、測(cè)速、測(cè)距。

3.1傳感器概述

智能手機(jī)

指紋傳感器電容指紋傳感器原理：手指構(gòu)成電容的一極，另一極是硅晶片陣列，通過(guò)人體帶有的微電場(chǎng)與電容傳感器間形成微電流，指紋的波峰波谷與感應(yīng)器之間的距離形成電容高低差，從而描繪出指紋圖像。超聲波指紋傳感器原理：超聲波指紋識(shí)別的原理也相同，就是直接掃描并測(cè)繪指紋紋理，甚至連毛孔都能測(cè)繪出來(lái)。因此超聲波獲得的指紋是3D立體的，而電容指紋是2D平面的。超聲波不僅識(shí)別速度更快、而且不受汗水油污的干擾、指紋細(xì)節(jié)更豐富難以破解。用途：加密、解鎖、支付……

3.1傳感器概述

智能手機(jī)

心率傳感器原理：用高亮度LED光源照射手指，當(dāng)心臟將新鮮的血液壓入毛細(xì)血管時(shí)，亮度（紅色的深度）呈現(xiàn)如波浪般的周期性變化，通過(guò)攝像頭快速捕捉這一有規(guī)律變化的間隔，再通過(guò)手機(jī)內(nèi)應(yīng)用換算，從而判斷出心臟的收縮頻率。用途：運(yùn)動(dòng)、健康。

3.1傳感器概述

傳感器的構(gòu)成

敏感元件：直接感受被測(cè)量，并完成物理量預(yù)變換。轉(zhuǎn)換元件：被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成電學(xué)物理量。

3.1傳感器概述

傳感器的特性

線性度靈敏度遲滯重復(fù)性分辨率漂移測(cè)量范圍精度3.2傳感器的分類根據(jù)測(cè)試對(duì)象溫度傳感器濕度傳感器壓力傳感器位移傳感器加速度傳感器3.2傳感器的分類根據(jù)原理電學(xué)式傳感器磁性式傳感器電勢(shì)型傳感器光電式傳感器電荷傳感器半導(dǎo)體傳感器諧振式傳感器電化學(xué)式傳感器3.2傳感器的分類根據(jù)輸出信號(hào)模擬式傳感器數(shù)字式式傳感器3.2傳感器的分類根據(jù)能量有源傳感器無(wú)源傳感器3.3常用傳感器溫度傳感器接觸式溫度傳感器：熱電偶、熱電阻非接觸式溫度傳感器：紅外數(shù)字溫度傳感器：DS18B203.3常用傳感器濕度傳感器圖書(shū)、檔案管理；實(shí)驗(yàn)室環(huán)境水分子親和力型：電阻式、電容式非水分子親和力型；3.3常用傳感器氣體傳感器氫氣、天然氣、一氧化碳；要求：能夠檢測(cè)被測(cè)氣體的濃度；能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作；重復(fù)性好、響應(yīng)速度快；半導(dǎo)體氣敏傳感器3.3常用傳感器超聲波傳感器超聲波：頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小、方向性好；超聲波探頭：發(fā)送/接收超聲波性能指標(biāo)：工作頻率、工作溫度、靈敏度3.4智能傳感器智能傳感器（IntelligentSensor）具有信息處理功能的傳感器。三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：軟件實(shí)現(xiàn)高精度采集，成本低；具有一定的編程自動(dòng)化能力；功能多樣化。智能傳感器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用智能傳感器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)主要包括硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和產(chǎn)品技術(shù)要求三部分。已廣泛應(yīng)用于航空航天、國(guó)防、科技和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，如智能監(jiān)測(cè)傳感器、智能流量傳感器、智能加速度傳感器等，然而高端的傳感器芯片依賴于進(jìn)口。隨著人工智能、信息處理技術(shù)的發(fā)展，智能傳感器進(jìn)一步高精度、高可靠性、微型化、微功耗、網(wǎng)絡(luò)