传感器如何应对物联网浪潮

在物联网快速发展，大数据服务日趋完善的今天，传感器作为数据采集的重要入口，势必将在接下来的几年里迎来爆发式的需求增长，无线传感器、智能传感器、无线自组网等技术也将得到重大突破。

传感器从19世纪60年代诞生至今大约有150余年的时间，如今随着物联网产业的快速发展，对于传感器技术提出了更多、更高的要求。麦肯锡报告指出，到2025年，物联网带来的经济效益将在27万亿到62万亿美元之间，传感器作为物联网传感层数据采集的重要入口，势必也将在接下来的几年里迎来爆发式的增长。

传感器，是由一种敏感元件和转换元件组成的检测装置，能感受到被测量，并能将检测和感受到的信息按照一定规律转换为电信号(电压、电流、频率或者是相位等)的形式输出，最终为物联网应用的数据分析、人工智能提供数据来源。

物联网浪潮即将来袭 传感器技术的研究方向有哪些？

1、无线传感器(UGS)

不管是在智能交通、智慧城市、智能农业、工业物联网，还是野外灾害预防等领域，人类想要做到对于物理世界的全面感知首先得确保感知层获得的数据要全面和准确，这也就是说物联网系统需要根据应用的领域和具体的需求去布置大量的传感器，甚至有需要时会采取飞机播撒的方式来进行大范围布置，这样的话，传感器与物联网系统就不可能采用物理连接的方式，而必须采用无线信道来传输数据和通信。

2、智能传感器

智能传感器是用嵌入式技术将传感器与微处理器集成为一体，使其成为具有环境感知、数据处理、智能控制与数据通信功能的智能数据终端设备。其具有自学习、自诊断和自补偿能力、复合感知能力以及灵活的通信能力。这样，传感器在感知物理世界的时候反馈给物联网系统的数据就会更准确，更全面，达到精确感知的目的。

在微电子学中讲到，集成电路的特征尺寸越小意味着该器件的集成度越高，运行速度越快、性能越好，物联网系统中传感器的尺寸越小对于系统在布置时也意味着更加方便、性能更优。

MEMS(微型电子机械系统)，利用传统的半导体工艺和材料，集微型传感器、微型执行器、微机械机构，以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。这种小体积、低成本、集成化、智能化传感系统是未来传感器的重要发展方向，也是物联网的核心。也因此，MEMS传感器领域成为相关企业布局的重中之重。

3、无线自组网(Ad hoc)

说到这个无线自组网，可能很多读者会比较陌生一点，但是它的重要性不容忽视。相比于传统的网络，无线自组网采用的是一种不需要基站的“对等结构”移动通信模式，网络中所有联网设备可以在移动过程中动态组网。

这样的组网方式都有什么优点呢？

首先，优点之一就是无中心控制节点，这就是说这种网络没有分组路由与转发的路由器；再者，在工作过程中，其中一个节点离开网络后，网络拓扑会呈现动态的变化，形成一个新的拓扑。这种组网技术在军事领域和车联网领域备受推崇。

最终，传感器技术的三大研究方向将会得到一个融合，推动无线传感器网络(WSN)的诞生。

国、内外重要的传感器供应商都有哪些？

外国知名的传感器企业：

博世、意法半导体、霍尼韦尔、飞思卡尔、德州仪器、ADI、楼氏电子、飞利浦、英飞凌、日立等。

中国知名的传感器企业：

汉威电子、大立科技、华工科技、远望谷、耐威科技、高德红外、歌尔股份、中航电测、盾安环境、士兰微等。

目前，全球传感器市场主要由美国、日本以及德国的几家龙头公司主导。全球传感器约有22万余种，中国已经拥有常规类型和品种约7000种，而90%以上的高端传感器仍严重依赖进口，数字化、智能化、微型化传感器严重欠缺。

中国三大传感器生产基地

目前，国内有三大传感器生产基地，分别为：安徽基地，主要以建立力、光敏规模经济为主要目标；陕西省敏感技术产业集团公司，主要以建立电压敏、热敏、汽车电子规模经济为主要目标；黑龙江基地则主要以建立气、湿敏规模经济为主要目标。

受传感器巨大前景的影响，中国的传感器企业也在不断增多。在相关技术方面，我国企业已基本具备了中、低端传感器的研发能力，并逐渐在向高端领域拓展。

中国与美、日、德在传感器领域的差距为我们的增长提供了空间，也指明了方向。在物联网时代，市场对于传感器巨大需求的刺激，以及在众多本土企业的参与，中国传感器产业有望取得傲人的成绩。

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包括二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、M2M终端、传感器网关等，感知层由基本的感应器件（例如RFID标签和读写器、各类传感器、摄像头、GPS、二维码标签和识读器等基本标识和传感器件组成）以及感应器组成的网络（例如RFID网络、传感器网络等）两大部分组成。该层的核心技术包括射频技术、新兴传感技术、无线网络组网技术、现场总线控制技术（FCS）等，涉及的核心产品包括传感器、电子标签、传感器节点、无线路由器、无线网关等。一些感知层常见的关键技术如下：l 传感器：传感器是物联网中获得信息的主要设备，它利用各种机制把被测量转换为电信号，然后由相应信号处理装置进行处理，并产生响应动作。常见的传感器包括温度、湿度、压力、光电传感器等。2 RFID：RFID的全称为Radio Frequency Identification，即射频识别，又称为电子标签。RFID是一种非接触式的自动识别技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据。它主要用来为物联网中的各物品建立唯一的身份标示。3 传感器网络：传感器网络是一种由传感器节点组成网络，其中每个传感器节点都具有传感器、微处理器、以及通信单元。节点间通过通信网络组成传感器网络，共同协作来感知和采集环境或物体的准确信息。而无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN），则是目前发展迅速，应用最广的传感器网络。对于目前关注和应用较多的RFID网络来说，附着在设备上的RFID标签和用来识别RFID信息的扫描仪、感应器都属于物联网的感知层。在这一类物联网中被检测的信息就是RFID标签的内容，现在的电子（不停车），收费系统（Electronic Toll Collection，ETC）、超市仓储管理系统、飞机场的行李自动分类系统等都属于这一类结构的物联网应用。

广义的定义：

狭义的定义：

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：

新韦式大词典中定义为：

由以上定义，我们可知传感器有这样三层含义：

传感器一般由敏感元件、转换元件和基本电路三部分组成。

敏感元件感受被测量，转换元件将响应的被测量转换成电参量，基本电路把电参量接入电路转换成电量。

传感器的核心部分是转换元件，转换元件决定传感器的工作原理。
     特征：由传统的分立式朝着集成化、数字化、多动能化、微型化、智能化、网络化和光机电一体化的方向发展，具有高精度、高性能、高灵敏度、高可靠性、高稳定性、长寿命、高信噪比、宽量程和无维护等特点。

     输出：电量输出。
根据我国的传感器分类体系表，主要还是分为物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器三大类。
按工作原理分类

按技术分类

按应用分类

物联网的关键技术有低功耗广域网（LPWAN）、蜂窝移动（3G/4G/5G）、Zigbee和其他网状协议等。

一、低功耗广域网（LPWAN）

低功耗广域网是物联网中的新现象。该系列技术通过使用小型的、廉价的电池提供长达数年的远程通信服务，旨在支持遍布工业、商业和校园的大规模物联网应用。

低功耗广域网几乎可以连接所有类型的物联网传感器，促进了从远程监控、智能计量和工人安全到建筑物控制和设施管理的众多应用。尽管如此，低功耗广域网只能以低速率发送小块数据，因此更适合于不需要高带宽且不具有时间敏感性的用例。

此外，同样，并非所有低功耗广域网都是一样的。如今，存在许可低功耗广域网技术（NB-IoT、LTE-M）和未经许可低功耗广域网技术（例如MIOTY、LoRa、Sigfox等）。这些技术在关键网络因素中的表现程度各不相同。

二、蜂窝移动（3G/4G/5G）

蜂窝移动网络在消费者市场中根深蒂固，提供了可靠的宽带通信，并支持各种语音呼叫和流视频应用。不利的一面是，它们会带来非常高的运营成本和电力需求。

虽然蜂窝移动网络不适用于大多数由电池供电的传感器物联网应用，但它们却非常适合特定的使用情形，例如交通和物流中的联网汽车或车队管理。此外，像车载信息娱乐系统、交通路线、高级驾驶辅助系统（ADAS）以及车队远程信息处理和跟踪服务都可以依靠无处不在的高带宽蜂窝移动网络。

具有高速和超低延迟的下一代移动网络5G将成为自动驾驶汽车和增强现实（VR）的未来。预计5G还将实现用于公共安全的实时视频监控、用于互联健康的医疗数据集的实时移动传输，以及一些对时间敏感的工业自动化应用。

三、Zigbee和其他网状协议

Zigbee是一种短距离、低功耗无线技术（IEEE 802154），通常部署在网状拓扑中，以通过在多个传感器节点上中继传感器数据来扩展覆盖范围。与低功耗广域网相比，zigbee提供了更高的数据速率，但同时由于网格配置而降低了能耗效率。

由于它们的物理距离短（《100m），Zigbee和类似的网状协议（例如Z-Wave、Thread等）最适合节点分布均匀且非常接近的中程物联网应用。通常，Zigbee是WI-FI的完美补充，适用于智能照明、暖通空调控制、安全和能源管理等各种家庭自动化应用。

在物联网中，可以将一些传感器视为人体的感知器官，因为它们能够收集和感知各种物理和环境信息。以下是一些可以被看作人体感知器官的物联网传感器：
1、温度传感器：类似于人体的皮肤可以感知外界的温度，温度传感器可以感知周围环境的温度并将其转换为电信号。
2、光线传感器：类似于人眼可以感知光线的强弱和颜色，光线传感器可以感知周围环境的光线强度和颜色。
3、湿度传感器：类似于人体的汗腺可以感知身体的湿度，湿度传感器可以感知周围环境的湿度和水分含量。
4、声音传感器：类似于人耳可以感知声音的频率和强度，声音传感器可以感知周围环境的声音。
5、加速度传感器：类似于人体的平衡感觉器官可以感知身体的运动状态，加速度传感器可以感知物体的加速度和运动状态。

物联网传感器不能感知文字。物联网感知层的关键技术包括传感器技术，射频识别技术，二维码技术，蓝牙技术以及zigbee技术，当物联网感知层的主要功能是采集和补货，外界环境或物品的状态信息在采集和补货相应信息时，会利用射频识别技术，先识别物品，后通过安装在物品上的高度集成化微型传感器来感知物品，所处环境信息以及物品本身状态信息等，实现对物品的实时监控和自动管理，而这种功能得以实现，离不开各种技术的协调合作。

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