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“感覺器官”

從狹義角度來看，傳感器是一種將測量信號轉(zhuǎn)換

成電信號的變換器

從廣義角度來看，傳感器是指在電子檢測控制設(shè)

備輸入部分中起檢測信號作用的器件傳感器：把特定的被測信號，按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種“可用信號”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

資源探測與環(huán)境保護：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

3.1傳感器概述

智能手機

光線傳感器原理：光敏三極管，接受外界光線時，會產(chǎn)生強弱不等的電流，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。也可用于拍照時自動白平衡。還可以配合下面的距離傳感器檢測手機是否在口袋里防止誤觸。

3.1傳感器概述

智能手機

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，紅外探測器通過接收到紅外線的強度，測定距離，一般有效距離在10cm內(nèi)。距離傳感器同時擁有發(fā)射和接受裝置，一般體積較大。用途：檢測手機是否貼在耳朵上正在打電話，以便自動熄滅屏幕達到省電的目的。也可用于皮套、口袋模式下自動實現(xiàn)解鎖與鎖屏動作。

3.1傳感器概述

智能手機

重力傳感器原理：利用壓電效應(yīng)（加速度傳感器）實現(xiàn)，傳感器內(nèi)部一塊重物和壓電片整合在一起，通過正交兩個方向產(chǎn)生的電壓大小，來計算出水平方向。用途：手機橫豎屏智能切換、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

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

3.1傳感器概述

智能手機

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

3.1傳感器概述

智能手機

GPS原理：GPS模塊中的芯片根據(jù)高速運動的衛(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)的時間戳與接收時的時間差計算出衛(wèi)星與手機的距離，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點的位置坐標(biāo)。用途：地圖、導(dǎo)航、測速、測距。

3.1傳感器概述

智能手機

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，通過人體帶有的微電場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：超聲波指紋識別的原理也相同，就是直接掃描并測繪指紋紋理，甚至連毛孔都能測繪出來。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

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，亮度（紅色的深度）呈現(xiàn)如波浪般的周期性變化，通過攝像頭快速捕捉這一有規(guī)律變化的間隔，再通過手機內(nèi)應(yīng)用換算，從而判斷出心臟的收縮頻率。用途：運動、健康。

3.1傳感器概述

傳感器的構(gòu)成

敏感元件：直接感受被測量，并完成物理量預(yù)變換。轉(zhuǎn)換元件：被測非電量轉(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)性分辨率漂移測量范圍精度3.2傳感器的分類根據(jù)測試對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、檔案管理；實驗室環(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：能夠檢測被測氣體的濃度；能長期穩(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。三個優(yōu)點：軟件實現(xiàn)高精度采集，成本低；具有一定的編程自動化能力；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、國防、科技和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，如智能監(jiān)測傳感器、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口。隨著人工智能、信息處理技術(shù)的發(fā)展，智能傳感器進一步高精度、高可靠性、微型化、微功耗、網(wǎng)絡(luò)