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不懂智能传感器,别说懂IoT!

发布时间:2022-05-13 浏览:106次

什么是智能传感器?

一般的传感器(感测器),都是透过材料、光学、机械、或化学的反应把物理现象转换为电压或电流。这些物理现象包含了温度、声音、振动、位移等类型的变化量。在量测应用中,工程师和科学家可以利用仪器或资料撷取系统,将传感器的类比电压和电流讯号转为电脑可以计算的数位讯号,以便后续分析和呈现。以下为常见的传感器种类:


那么,什么是智能传感器?

由于嵌入式系统的普及与小型化,现在已经有传感器业者将嵌入式系统与传感器整合在一起,并利用嵌入式系统所具有的处理能力,进行即时讯号处理、判断、或控制的功能。

在欧美地区和全球,智慧型感测器的英文名称常见为smart sensor、intelligent sensor 或edge sensor,在中国大陆则称为“智能传感器”。

智能传感器和一般的传感器有什么不同?

因为具有了嵌入式系统的融合,一个智能传感器也整合了多项以下元件:

  • 微控制器(microcontroller) 或CPU

  • 记忆体或SD卡

  • 无线通讯(如Wi-Fi 、蓝牙)

  • 电源供应器或电池

因此,当嵌入式系统和传感器整合为一,成为智能传感器,它的好处是:

可提供即时反应,如安全或防灾用途;

进行自我诊断,立刻侦测传感器异常与否,并提出警告;

直接在前端分析资料,无需等到回传到电脑才计算;

进行资料压缩,降低后续资料传输资料量(这可节省后续网路频宽以及储存费用);

进行机器学习或AI 算法,直接进行参数优化。

智能传感器与一般传感器比较,有什么优缺点?

智能传感器是一个以微处理器为核心来扩展外围元件的机电系统。当然,相较于一般传感器来说,智能传感器带来了很多好处,但因为系统比较复杂,所以也需要投入比较多开发时间。以下为智能传感器的优缺点比较表:


智能传感器未来的趋势?

智能传感器的优点来自于它能够直接进行讯号处理和分析,因此,当嵌入式系统技术随着摩尔定律演进,嵌入式系统的处理能力也将会越来越强大。

摩尔定律(Moore's Law):每隔两年电脑的运算速度会变成两倍,或是说,同样运算速度的晶片会变成二分之一的价格。

在过去若要进行复杂运算,只能将原始传感器讯号再传给后面的电脑,才能够得到分析结果。而当前端嵌入式系统的处理能力越强大时,很多计算是可以直接在讯号端进行,这便省去了传输资料所需的频宽,并让在现场的使用者立即得到计算结果。 

另外,也因为嵌入式系统的处理能力提升,最近几年的机器学习和人工智慧的应用,如IoT 和AIoT 的资料运算和模型训练,也都能够借由智能传感器来发挥到更多领域。

智能传感器有哪些应用案例?

胎压侦测器:

胎压侦测器现在已是车辆的标准配备之一,此类传感器必须安装在轮胎气嘴上并撷取胎压数据,而在空间有限、且有高速旋转的轮胎,传统的感测架构显然无法置入,但如今电源、感测、通讯等技术相继成熟,此类应用已然可行。

刀具寿命侦测:

另一个近几年常见的应用是工具机的刀具寿命侦测,在工具机运作中,负责切削物件的刀具极易损坏,而有损伤的刀具将直接影响产品品质,过去制造业者对刀具的状态资讯,都是透过机台运作时的声响、震动等讯息掌握。与胎压侦测器相同,刀具传感器的空间狭小且形状特异,传统量测架构难以导入。

机械状态监控:

随着使用时间增加,旋转机械设备势必会有摩耗和损伤的问题。但是在工业应用或者厂域,往往这些设备都是在非常难以安装仪器的地方,如高温的钢铁厂,或者甚至像移动中的货车。智能传感器能够将振动量测和分析整合于一个小型无线的装置,而这让使用者不用再搭配体积大的仪器,就可直接将设备状态数据传至手机或电脑。

除了以上案例,智能传感器还有许多其他应用,如:





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