【原】傳感器知多少？我們都是物聯(lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)

奎林說(shuō) 2022-07-27 發(fā)布于甘肅

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智能手機(jī)和智能手表

蘇軾在《惠崇春江晚景》里寫(xiě)道“竹外桃花三兩枝，春江水暖鴨先知。”楊萬(wàn)里的《過(guò)沙頭》中也有詩(shī)句“暗潮已到無(wú)人會(huì)，只有篙師識(shí)水痕?！边@里說(shuō)到的是感知春天和識(shí)別暗潮，鴨子感知到春天，經(jīng)驗(yàn)老道的篙師能準(zhǔn)確識(shí)別暗潮。

春天來(lái)了，百花齊放，偏偏有人對(duì)花過(guò)敏，過(guò)于敏感，鼻腔、嗅覺(jué)是他的傳感器，準(zhǔn)確識(shí)別到花對(duì)他的侵?jǐn)_。更別說(shuō)柳絮飛滿天的時(shí)候，這種感覺(jué)更甚，不敏感的人也會(huì)被絮絮迷了眼，人走在樹(shù)下，不自然地就瞇上了眼，生怕進(jìn)入眼睛。

自然界、生物界的動(dòng)物和植物天生就有很多識(shí)別器。科技發(fā)展到今天，人造識(shí)別器，或者叫傳感器布滿了人類生存的地方和動(dòng)植物生存的地方，這些技術(shù)和設(shè)備讓人們的生活更加美好。智慧地球、智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)、智慧工業(yè)、智慧養(yǎng)殖業(yè)等等的，都是靠著傳感器來(lái)收集各種信息，以便讓我們能及時(shí)、更好地處理出現(xiàn)的問(wèn)題。

比如養(yǎng)雞、養(yǎng)鴨、養(yǎng)豬、養(yǎng)牛，智慧化養(yǎng)殖業(yè)，會(huì)給每個(gè)動(dòng)物身上裝一個(gè)甚至多個(gè)傳感器，全面監(jiān)控它的生長(zhǎng)狀況、健康狀況等等。這樣的場(chǎng)景在現(xiàn)代社會(huì)中隨處可見(jiàn)、應(yīng)用廣泛。

現(xiàn)代智慧化的社會(huì)，這些小小的各種傳感器居功至偉。傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)的概念就更大了，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。這幾年物聯(lián)網(wǎng)持續(xù)保持一個(gè)較高的熱度，各種書(shū)、文章寫(xiě)了很多概念和設(shè)想，這些資料看上去總是那么高大上，讓人覺(jué)得物聯(lián)網(wǎng)和自己關(guān)系并不那么大。

5G也是炒得甚囂塵上，其實(shí)5G真的普及開(kāi)來(lái)之后，能發(fā)生最大變化的還是物聯(lián)網(wǎng)，而不是簡(jiǎn)單的我們的手機(jī)從4G信號(hào)變?yōu)?G，說(shuō)老實(shí)話，如果5G只是改變我們手機(jī)上的應(yīng)用，那真的是大材小用、大可不必、白耗金錢(qián)和人力了。

5G的端到端傳輸能力，會(huì)讓整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，智慧地球不是夢(mèng)。信息技術(shù)歷史上很多理論正確，卻沒(méi)有產(chǎn)生實(shí)際效應(yīng)的例子很多，它們大多都是限于沒(méi)有強(qiáng)大的處理器、沒(méi)有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)傳輸速度等等導(dǎo)致的。

說(shuō)到傳感器，我們每個(gè)人每天接觸的太多了，最接近我們的是智能終端，包括智能手機(jī)、平板、智能手表、智能手環(huán)等等的設(shè)備。

就拿手機(jī)來(lái)說(shuō)，基本人手一部或多部，它們里面都有什么傳感器？

比如我們晃動(dòng)手機(jī)就可以完成賽車(chē)類游戲的轉(zhuǎn)彎動(dòng)作；我們拿起手機(jī)接電話的時(shí)候，手機(jī)會(huì)黑屏，從而就能防止我們的誤操作了；手機(jī)屏幕會(huì)隨著光線的明暗也會(huì)變化；微信為什么能搖一搖；手機(jī)為什么能導(dǎo)航；手機(jī)為什么能檢測(cè)我們走了多少步，能檢測(cè)我們爬了幾層樓......

1、光線傳感器（Ambient Light Sensor）

光線傳感器類似于手機(jī)的眼睛。人類的眼睛能在不同光線的環(huán)境下，調(diào)整進(jìn)入眼睛的光線，例如進(jìn)入電影院，瞳孔會(huì)放大來(lái)讓更多光線進(jìn)入眼睛。而光線傳感器則可以讓手機(jī)感測(cè)環(huán)境光線的強(qiáng)度，用來(lái)調(diào)節(jié)手機(jī)屏幕的亮度。而因?yàn)槠聊煌ǔＪ鞘謾C(jī)最耗電的部分，因此運(yùn)用光線傳感器來(lái)協(xié)助調(diào)整屏幕亮度，能進(jìn)一步達(dá)到延長(zhǎng)電池壽命的作用。光線傳感器也可搭配其他傳感器一同來(lái)偵測(cè)手機(jī)是否被放置在口袋中，以防止誤觸。

2、距離傳感器（proximity sensor）

透過(guò)紅外線LED燈發(fā)射紅外線，被物體反射后由紅外線探測(cè)器接受，藉此判斷接收到紅外線的強(qiáng)度來(lái)判斷距離，有效距離大約在10米左右。它可感知手機(jī)是否被貼在耳朵上講電話，若是則會(huì)關(guān)閉屏幕來(lái)省電；距離傳感器也可以運(yùn)用在部分手機(jī)支持的手套模式中，用來(lái)解鎖或鎖定手機(jī)。

3、重力傳感器（G-Sensor）

透過(guò)壓電效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。重力傳感器內(nèi)部有一塊重物與壓電片整合在一起，透過(guò)正交兩個(gè)方向產(chǎn)生的電壓大小，來(lái)計(jì)算出水平的方向。運(yùn)用在手機(jī)中時(shí)，可用來(lái)切換橫屏與直屏方向，運(yùn)用在賽車(chē)游戲中時(shí)，則可透過(guò)水平方向的感應(yīng)，將數(shù)據(jù)運(yùn)用在游戲里，來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)行車(chē)方向。

4、加速度傳感器（Accelerometer Sensor）

作用原理與重力傳感器相同，但透過(guò)三個(gè)維度來(lái)確定加速度方向，功耗小但精度低。運(yùn)用在手機(jī)中可用來(lái)計(jì)步、判斷手機(jī)朝向的方向。

5、磁（場(chǎng)）傳感器（MagneTIsm Sensor）

測(cè)量電阻變化來(lái)確定磁場(chǎng)強(qiáng)度，使用時(shí)需要搖晃手機(jī)才能準(zhǔn)確判斷，大多運(yùn)用在指南針、地圖導(dǎo)航當(dāng)中。

6、陀螺儀（Gyroscope）

陀螺儀能夠測(cè)量沿一個(gè)軸或幾個(gè)軸動(dòng)作的角速度，是補(bǔ)充MEMS加速度計(jì)（加速度傳感器）功能的理想技術(shù)。事實(shí)上，如果結(jié)合加速度計(jì)和陀螺儀這兩種傳感器，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以跟蹤并捕捉3D空間的完整動(dòng)作，為終端用戶提供更真實(shí)的用戶體驗(yàn)、精確的導(dǎo)航系統(tǒng)及其他功能。手機(jī)中的“搖一搖”功能（例如搖動(dòng)手機(jī)就能抽簽…）、體感技術(shù)，還有VR視角的調(diào)整與偵測(cè)，都是運(yùn)用到陀螺儀的作用。

7、GPS

地球上方特定軌道上運(yùn)行著24顆GPS衛(wèi)星，它們會(huì)不停的向全世界各地廣播自己的位置坐標(biāo)與時(shí)間戳，手機(jī)中的GPS模塊透過(guò)衛(wèi)星的瞬間位置來(lái)起算，以衛(wèi)星發(fā)射坐標(biāo)的時(shí)間戳與接收時(shí)的時(shí)間差來(lái)計(jì)算出手機(jī)與衛(wèi)星之間的距離?？蛇\(yùn)用在定位、測(cè)速、測(cè)量距離與導(dǎo)航等用途。

8、指紋傳感器

目前主流的技術(shù)是電容式指紋傳感器，然而超音波指紋傳感器也有逐漸流行起來(lái)趨勢(shì)。電容式指紋傳感器作用時(shí)，手指是電容的一極、另一極則是硅芯片數(shù)組，透過(guò)人體帶有的微電場(chǎng)與電容傳感器之間產(chǎn)生的微電流，指紋的波峰波谷與傳感器之間的距離形成電容高低差，來(lái)描繪出指紋的圖形。而超音波指紋傳感器原理也類似，但不會(huì)受到汗水、油污的干擾，辨識(shí)速度也更為快速。運(yùn)用在手機(jī)中可用來(lái)解鎖、加密、支付等等。

9、霍爾傳感器（Hall Sensor）

作用原理是霍爾磁電效應(yīng)，當(dāng)電流通過(guò)一個(gè)位于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體時(shí)，磁場(chǎng)會(huì)對(duì)導(dǎo)體中的電子產(chǎn)生一個(gè)垂直于電子運(yùn)動(dòng)方向上的的作用力，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢(shì)差。主要運(yùn)用在翻蓋解鎖、合蓋鎖定屏幕等功能當(dāng)中，蘋(píng)果的Smart cover還有多個(gè)品牌的官方手機(jī)配件，都運(yùn)用了這項(xiàng)技術(shù)。

10、氣壓傳感器（氣壓計(jì)，barometer）

將薄膜與變阻器或電容連接在一起，當(dāng)氣壓產(chǎn)生變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電阻或電容數(shù)值發(fā)生變化，藉此量測(cè)氣壓的數(shù)據(jù)。GPS也可用來(lái)量測(cè)海拔高度但會(huì)有10米左右的誤差，若是搭載氣壓傳感器，則可以將誤差校正到1米左右；也可用來(lái)輔助GPS定位，來(lái)確認(rèn)所在樓層位置等信息。蘋(píng)果的iPhone 6/6s系列都搭載了氣壓傳感器。

11、心率傳感器

透過(guò)高亮度的LED燈照射手指，因心臟將血液壓送到毛細(xì)血管時(shí)，亮度（紅光的深度）會(huì)呈現(xiàn)周期性的變化。再透過(guò)攝影機(jī)捕捉這一些規(guī)律性的變化，并將數(shù)據(jù)傳送到手機(jī)中進(jìn)行運(yùn)算，進(jìn)而判斷心臟的收縮頻率，得出每分鐘的心跳數(shù)。

12、血氧傳感器

血液當(dāng)中血紅蛋白與氧合血紅蛋白對(duì)于紅光的吸收比率不同，用紅外光與紅光LED同時(shí)照射手指，并測(cè)量反射光的吸收光譜，藉此量測(cè)血含氧量?？捎糜谶\(yùn)動(dòng)或健康領(lǐng)域的應(yīng)用。

13、紫外線傳感器

某些半導(dǎo)體、金屬或金屬化合物的光電發(fā)射效應(yīng)，在紫外線照射下會(huì)釋放出大量電子，透過(guò)檢測(cè)這種放電效應(yīng)可計(jì)算出紫外線強(qiáng)度。主要用途也在運(yùn)動(dòng)與健康領(lǐng)域。

整體而言，前7種傳感器大多是目前智能手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配備，指紋傳感也已經(jīng)越來(lái)越普及。較后方的傳感器，則多常見(jiàn)在智能手環(huán)以及較頂級(jí)、高端的手機(jī)中。

正是這些各類傳感器，組成了物聯(lián)網(wǎng)的觸角，構(gòu)建了我們空中和地下的智慧地球。

古人詩(shī)中那些難以辦到的事，在今天都有小小的設(shè)備幫我們完成。