文章圖文轉(zhuǎn)載來源《千家網(wǎng)》
在設(shè)計(jì)高效、有效的嵌入式物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，許多人都摸不著頭腦。傳感器在物聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中是一個(gè)至關(guān)重要的方面，但往往被忽視。
為設(shè)計(jì)找到正確的傳感器并不容易。但，這是普通系統(tǒng)與頂級系統(tǒng)之間的區(qū)別。通過智能傳感器的選擇和集成，確實(shí)具有挑戰(zhàn)性。在本文將能了解工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略的傳感器類型、好處、挑戰(zhàn)以及未來趨勢。
物聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的傳感器類型
龐大的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)網(wǎng)絡(luò)將物理設(shè)備集成到數(shù)字領(lǐng)域。這種集成主要依賴于傳感器和嵌入式系統(tǒng)。
內(nèi)置溫度傳感器
這些光傳感器是許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不可或缺的一部分，特別是與氣候控制或工業(yè)過程相關(guān)的應(yīng)用。其監(jiān)控環(huán)境條件，并相應(yīng)地修改系統(tǒng)操作。
運(yùn)動(dòng)傳感器
運(yùn)動(dòng)傳感器對于安全系統(tǒng)、自動(dòng)化和用戶交互至關(guān)重要。其識別其范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)和預(yù)先建立的規(guī)則煽動(dòng)具體行動(dòng)。
光和接近傳感器
探測光的傳感器可以根據(jù)環(huán)境條件調(diào)整照明水平，幫助管理能源消耗。相反，當(dāng)物體接近其一定距離時(shí)，接近傳感器就會(huì)識別出來——這一功能對于工業(yè)環(huán)境中的安全預(yù)防或消費(fèi)品的交互體驗(yàn)至關(guān)重要。
傳感技術(shù)在微機(jī)電系統(tǒng)中的作用
微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)將機(jī)械元件與電子元件在微觀尺度上融合，也廣泛使用傳感技術(shù)。MEMS供應(yīng)商、傳感器企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過通用計(jì)算嵌入式系統(tǒng)工作，在改變當(dāng)代嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)，創(chuàng)造出適用于包括汽車行業(yè)在內(nèi)的各個(gè)行業(yè)的高靈敏度設(shè)備。
半導(dǎo)體企業(yè)的嵌入式軟件和硬件解決方案之間的協(xié)同作用，使現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)能夠比傳統(tǒng)系統(tǒng)更有效地支持物聯(lián)網(wǎng)功能，從而提高傳感器在多個(gè)市場的采用率，例如工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)亞太地區(qū)代表了一個(gè)新興市場，由于服務(wù)提供商對將先進(jìn)技術(shù)集成到現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施中的興趣，這些趨勢可以顯著觀察到。
所有這些發(fā)展都有助于創(chuàng)建一個(gè)豐富的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，其中每個(gè)人的體驗(yàn)都是個(gè)性化的，這要?dú)w功于通過在不同場景中使用的各種基本傳感器類型實(shí)現(xiàn)的高效數(shù)據(jù)收集方法。
在物聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)傳感器時(shí)面臨的挑戰(zhàn)
將傳感器集成到支持物聯(lián)網(wǎng)的智能嵌入式系統(tǒng)中也帶來了獨(dú)特的挑戰(zhàn)。許多嵌入式系統(tǒng)的主要問題是功耗。
這些系統(tǒng)通常依靠電池供電，這一現(xiàn)實(shí)凸顯了節(jié)能解決方案的必要性。來自傳感器的連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸可能會(huì)迅速耗盡電池，導(dǎo)致頻繁更換或充電——這在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中可能是不切實(shí)際的，因?yàn)樵O(shè)備部署在遠(yuǎn)程或不可訪問的位置。
除此之外，信號干擾也構(gòu)成重大挑戰(zhàn)。
在由傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹С治锫?lián)網(wǎng)功能的環(huán)境中，多個(gè)設(shè)備可能在鄰近范圍內(nèi)同時(shí)運(yùn)行。這種情況可能會(huì)導(dǎo)致信號重疊，并且由于提供傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)硬件服務(wù)的半導(dǎo)體企業(yè)使用的各種傳感器類型之間的串?dāng)_，可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的誤解。現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要仔細(xì)的規(guī)劃和策略，以便與不斷監(jiān)控傳感器市場趨勢和進(jìn)步的服務(wù)提供商進(jìn)行有效的系統(tǒng)集成。
不同環(huán)境下的傳感器性能
在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中采用濕度傳感器時(shí)的另一個(gè)復(fù)雜因素是，確保在不同環(huán)境條件下的可靠性能，例如波動(dòng)的溫度或不同的濕度水平，同時(shí)保持準(zhǔn)確性。
這些挑戰(zhàn)強(qiáng)調(diào)了為什么MEMS供應(yīng)商、傳感器企業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)資源必須提供強(qiáng)大的傳感技術(shù)在此方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，但必須承受溫度波動(dòng)或濕度水平等因素，同時(shí)保持準(zhǔn)確性。
隨著繼續(xù)探索物聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)傳感器技術(shù)的未來趨勢，例如人工智能驅(qū)動(dòng)解決方案的小型化和提高精度，這些挑戰(zhàn)將繼續(xù)發(fā)展，需要?jiǎng)?chuàng)新的方法來解決這些問題。
將傳感器集成到物聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的最佳實(shí)踐
將傳感器集成到支持物聯(lián)網(wǎng)的智能嵌入式系統(tǒng)中似乎具有挑戰(zhàn)性。然而，遵循一些最佳實(shí)踐可以很容易地改造當(dāng)前的嵌入式系統(tǒng)系統(tǒng)。
1. 了解應(yīng)用需求
要開始這個(gè)過程，必須徹底了解應(yīng)用需求，確定關(guān)鍵的物聯(lián)網(wǎng)功能以及功耗和成本等因素。這包括考慮可能影響工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)或其他環(huán)境中傳感器采用的環(huán)境條件。
2. 選擇正確的傳感器類型
在設(shè)計(jì)支持各種領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)功能的現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)時(shí)，如通用計(jì)算系統(tǒng)或工業(yè)應(yīng)用，選擇正確的傳感器類型至關(guān)重要。提供集成硬件解決方案的MEMS供應(yīng)商和半導(dǎo)體企業(yè)是探索這個(gè)巨大傳感器市場的寶貴資源。
3. 維持功耗和性能之間的平衡
在任何成功的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施中，功耗和性能之間的平衡至關(guān)重要。亞太地區(qū)是一個(gè)理想的模型，在這一模型中，傳感技術(shù)對于在這些設(shè)備內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效的能源管理戰(zhàn)略至關(guān)重要，同時(shí)又不影響其功能要求。
分析在更大的生態(tài)系統(tǒng)中聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的無縫運(yùn)行所需的必要操作系統(tǒng)集成。
內(nèi)置溫度傳感器等需要仔細(xì)校準(zhǔn)，以確保在不同條件下的最佳性能。
為物聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇正確傳感器的考慮因素
設(shè)計(jì)一個(gè)強(qiáng)大、高效、有效的支持物聯(lián)網(wǎng)的智能嵌入式設(shè)備系統(tǒng)，取決于精心選擇的傳感器。所做的選擇不僅會(huì)顯著影響應(yīng)用程序的性能，還會(huì)顯著影響其可靠性。
從本質(zhì)上講，在選擇正確的傳感器時(shí)，需要充分考慮幾個(gè)關(guān)鍵因素。
傳感器規(guī)模和成本：平衡需求與預(yù)算限制
必須在規(guī)模要求和成本限制之間實(shí)現(xiàn)最佳平衡。緊湊但經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的解決方案可以作為可行的選擇，而不會(huì)影響功能需求或超出預(yù)算限制。
精度和功耗：一個(gè)微妙的平衡
高精度的傳感技術(shù)在確?？煽康臄?shù)據(jù)收集方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，這推動(dòng)了現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)中的決策過程。
然而，精度通常會(huì)導(dǎo)致功耗增加，這可能會(huì)帶來挑戰(zhàn)，特別是如果涉及需要長期運(yùn)行的電池供電設(shè)備或工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。
根據(jù)環(huán)境條件選擇定制傳感器
如果設(shè)計(jì)的設(shè)備要在惡劣的環(huán)境條件下使用，比如極端溫度或濕度水平，那么選擇內(nèi)置溫度傳感器等堅(jiān)固的傳感器將是有益的。
物聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)的傳感器技術(shù)的未來趨勢
傳感器技術(shù)正在發(fā)生重大變革，特別是在支持物聯(lián)網(wǎng)的智能嵌入式系統(tǒng)中。這種演變源于幾個(gè)新興趨勢，這些趨勢有望重新定義這些智能傳感器的操作方式以及與環(huán)境的交互方式。
傳感器小型化
塑造未來格局的一個(gè)關(guān)鍵趨勢是傳感器的小型化。這一過程需要?jiǎng)?chuàng)造更小但同樣有效的組件，這是由領(lǐng)先的半導(dǎo)體企業(yè)和MEMS供應(yīng)商推動(dòng)的一項(xiàng)倡議。這些進(jìn)步有助于集成到各種設(shè)備中，包括那些空間有限的設(shè)備，這是我們走向更緊湊、更高效設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。
通過人工智能提高準(zhǔn)確性
除了縮小尺寸外，人們還越來越重視通過人工智能(AI)提高準(zhǔn)確性。在這方面，人工智能已證明有助于提高各種重要傳感器類型的精度水平，例如在現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)中廣泛使用的溫度或壓力傳感器。
傳感器數(shù)據(jù)的融合
除了單獨(dú)的改進(jìn)本身，另一個(gè)上升趨勢是"傳感器融合"。其合并了從多種來源收集的數(shù)據(jù)，提供了比獨(dú)立獲得的更豐富的信息，從而顯著提高了整體系統(tǒng)性能，特別是在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下部署時(shí)。
常見問題解答
問：傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的作用是什么?
答：傳感器通過從環(huán)境中收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，然后處理并用于做出明智的決策或自動(dòng)化流程，在物聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
問：嵌入式系統(tǒng)中使用的傳感器是什么?
答：在嵌入式系統(tǒng)中，溫度、壓力、運(yùn)動(dòng)、光和接近等傳感器最常用于特定任務(wù)。
問：物聯(lián)網(wǎng)中的嵌入式傳感器是什么?
答：物聯(lián)網(wǎng)中的嵌入式傳感器是指集成到物體中的微型設(shè)備，可以與物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的其他連接設(shè)備收集和共享數(shù)據(jù)。
問：傳感器和執(zhí)行器在嵌入式系統(tǒng)中的作用是什么?
答：傳感器收集有關(guān)環(huán)境條件的信息，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)則根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)執(zhí)行操作。它們共同促進(jìn)嵌入式系統(tǒng)與其周圍環(huán)境之間的互動(dòng)。
