前言
传感器是能够感测周围环境的智能电子元器件。因为传感器小型化趋势为其开拓了更广泛的应用空间,所以,就其本身而言,传感器不是科技创新或新领域,而是一项不断发展的技术。随着IC制造工艺进步,小型化成为传感器产业的新趋势。传感器正在改变着用户的感知和行为。
MEMS(微机电系统)是一项小型化的制造技术,可最大程度地缩减传感器的尺寸。MEMS传感器是由负责感测和执行功能的不同器件组成。MEMS对给定输入或环境条件做出反应,并输出一个测量值。传感器芯片既可单独工作,又可以与处理器集成在一起。传感器输出既可是模拟信号也可以是数字信号。
新的半导体技术能够让设计企业和制造商在消费电子产品内实现传感器用例,这在过去是不可能的,因为传感器尺寸过大。温度传感器、湿度传感器、运动传感器、光传感器、环境传感器是我们在日常生活中常见的传感器,至于是哪一种传感器,取决于用例和商业领域。有些电子系统装有多个传感器,为实现一个任务,这些传感器需要协同工作,这又称为传感器融合(http://en.wikipedia.org/wiki/Sensor_fusion)。智能手机是最常见的传感器融合实例,智能手机内有传感器和相关算法,所以我们才能用手势玩视频游戏。
传感器给人类生活带来哪些好处
传感器给人类生活带来很多好处。在最简单用例中,一个电路板上整合多个传感器,每个传感器独立向主处理器传送测量数据。在收到传感器数据后,用户还可以做出相应的反应。按照对人类生活方式的影响分析,传感器和连接技术有很多用例。涉及传感器和连接技术的所有用例都属于物联网(IoT)范畴。物联网可定义为由传感器芯片和连接技术构成的系统拓扑。在下面物联网领域,传感器具有关键作用:
• 智能楼宇/家居
• 智能城市照明
• 健身器材
智能楼宇/家居
随着新技术问世,人们越来越关注如何提高楼宇家居的能效、安全和响应速度。这项事业以及人类社会将会从物联网发展中受益良多。互联网进一步繁荣和传感器的低功耗技术正在帮助我们发展智能楼宇家居。支持BT/BTLE[Bluetooth/Bluetooth Low Energy]、Wi-Fi [Wireless Fidelity]、NFC [近距离通信]和3G服务的智能手机是推动智能楼宇家居等物联网发展的要素。意法半导体开发出了无线网关解决方案。在智能家居中,无线网关是中心站,多个传感器节点(运动传感器、压力传感器、光传感器、湿度传感器、麦克风)安放在不同位置,与网关中心站通信。因此,整个系统由无线网关中心站和传感器节点两个主模块组成。
• 无线中心/网关站:网关站或中心站可理解为家庭DSL路由器,负责与传感器节点通信,控制传感器节点。网关板有两个主要无线连接技术。
• 传感器节点:在传感器板上有多个传感器,例如,压力传感器、湿度传感器、 运动MEMS、光传感器和麦克风。传感器板读取传感器的环境数据,并发送到网关中心站。用户可以用智能手机连接网关站,查看传感器数据。用户可以登录网络应用软件,查看传感器板发送的数据。
图1:智能楼宇框图
图2:监控智能楼宇解决方案的安卓应用软件
图3:监视传感器参数的网络应用软件
图4软件工具用于首次部署传感器节点,并将其与网络应用软件集成在一起。该工具能够让用户添加节点,在网络应用软件中配置和注册节点。在注册完成后,用户可以登录网络应用软件,查看节点的传感器数据,如图3所示。
图4:配置系统的软件工具
智能城市照明
智能街道照明是传感器配合自动化和通信技术帮助社会节省能降耗的应用领域之一。该解决方案将现有的街道照明系统变成智能街道照明系统,利用6LoWAPN技术给每支路灯分配一个独一无二的网络地址,使它们能够通过现有网络基础设施通信。每个路灯上的传感器将发送自然光线强度反馈信号,从而灵活地控制路灯耗电量,摒弃按照时间设置路灯开关的做法,这让用户能够单独监控一支路灯或全城路灯,促进智能城市概念的发展。此外,智能照明系统还能帮助用户监视系统错误,在发生盗电事件时及时报警。
在图5所示的网格拓扑内,一支路灯可兼作集中器,与其它路灯相连。集中器将通过互联网发送数据,管理员可查看所有路灯的状态,并执行相应的控制措施,如图6所示。
图5:智能城市照明解决方案
图6:监控智能楼宇解决方案的网络应用软件
健身器材
健身器材是传感器未来在提高人类生活中起重要作用的应用领域。传感器能够让医疗产品厂商开发便携医疗解决方案。这些便携医疗解决方案可连接智能手机,通过安全网络向医生、医院和医疗保险公司传送健康状态参数。计步器、 数字式温度计、HB计、脉冲 – 血氧仪、BP计是与智能手机和应用通信的用例。手环式计步器是意法半导体提供的生产级产品设计解决方案。该设计包括记录身体运动的MEMS运动传感器和在微控制器上运行的步数算法。该设计还有近距离通信芯片,用户可通过NFC智能手机读取数据。
图7:手环式计步器
如图7所示,手环式计步器的组件是运动MEMS、 NFC标签和STM32微控制器。
如图8所示,安卓应用软件利用NFC技术读取数据,并为用户保存数据,将其转换成图表供用户查看。
图8:手环式计步器安卓应用软件
总之,在我们生活的周围有智能电子系统,这些系统由各种传感器组成,让我们的生活变得简便快捷。半导体技术有助于传感器和其它芯片微型化,智能电子产品让我们的生活方式更智能。
关键字:传感器
引用地址:
传感器技术、现代化和应用创新离不开半导体技术
推荐阅读最新更新时间:2024-03-30 23:45
vivo、小米、一加传感器合作伙伴,CanTech“落”苏州
1月10日,由日本CanTech株式会社投资的锐晟传感器芯片项目签约落户苏州太仓高新区,CanTech将在太仓设立总部及研发中心,主要从事芯片设计、应用开发和销售。 日本CanTech于2017年成立。据苏州日报报道,CanTech的新一代电容式接近传感器是全球首款三电极触觉传感器,并且拥有三电极设计及相关电路和算法的国际专利,树立了坚实的技术优势。公司拥有全球唯一的高耐环境、高灵敏度的电容传感芯片技术,并已申请专利。该技术可进行距离、障碍物的测量,精密物质以及液体的测量,可广泛运用于手机、AR/VR、安全防护、汽车中控等领域。 据了解,CanTech已与国内数十家知名公司签订技术保密协议,进行产品研发测试合作,包括vivo、小米
[手机便携]
图像传感器还能弯曲?JDI告诉你真相
JDI(日本显示公司)可能最出名的显示面板制造商,不过,它也涉足与屏幕相关的外围技术,比如可以放置在显示屏下的生物测定和成像传感器。现在,它开发了新型超薄图像传感器,令人印象深刻,它结合了两个不同传感器中常见的两种特性。 图像传感器种类繁多,包括用于智能手机相机的图像传感器。但是,在生物识别方面,有两种不同的类型。一种是更常见的指纹传感器,可以拍摄指纹和静脉图像。另一个使用较少的视觉提示(例如脉搏波)传感器,来识别唯一用户。 这两种生物识别技术还需要具有不同属性的传感器和硬件。给定脉冲的速度和可变性,相应的传感器将需要高速读取数据。相比之下,指纹扫描仪需要具有高分辨率成像的传感器才能正确检测和记录皮肤的细纹。JDI与东京
[传感器]
美研究:活细胞作传感器 电子胶囊探肠病
美国研究人员首次使用经基因改造的活细胞制作微型 传感器 ,进而制成胶囊,用于探查胃肠道疾病。 麻省理工学院研究人员首先用基因工程改造大肠杆菌的一种无害菌株,使它遇到血液中的亚铁血红素时发光;再将数以百万计这种菌株填入特制传感器中,覆以半透膜。安装在菌株下的光电晶体管可以测量细菌细胞发出的光量,把信息传递给微处理器,由后者把信息无线发送至附近计算机或智能手机。研究人员开发一款“安卓”系统应用程序,可以分析接收到的信息。 这个圆筒状传感器长大约3.8厘米,运行时仅需大约13微瓦特电量。传感器配备的电池为2.7伏特,可供传感器连续运行一个半月左右。 研究人员在由最新一期《科学》杂志刊载的文章中写道,实验显示,这种胶囊进入猪的体内后,能准
[医疗电子]
CMOS图像传感器步入划时代
I. 引言 早于上世纪九十年代初,有意见认为电荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD) 日渐式微,最终将成为“科技恐龙” 。如果用索尼公司(Sony) 2015年的发布来看待,这个预言好像也有点道理:当时索尼公司正式发布终止量产CCD 时间表,并开始接收最后订单。虽然多年前业界已预计这是迟早出现的举措,但是索尼这一发布仍然震惊了专业成像社群 。值得一提的是很多工业或专业应用(就是CMOS 图像传感器 (CIS) 的重点市场)到现在仍然基于CCD传感器技术。到底CCD有什么特点优于CIS,使其更具吸引力呢?在发展初期,CCD和CIS两种技术是共存的;后来CCD被视为能够满足严格图像质量要求的高阶技术,而同
[传感器]
传感器模拟前端
那些有传感器信号路径设计需求的客户发现自己正处在十字路口,他们有两条路可以选择,一条简单,一条困难。目前,客户们大多利用传统的模拟手段来解决信号路径问题,但这通常需要数周甚至数月的设计时间。在初始方案设计完成之后,客户一般还需进行测试和调试,而这又要花费数周的时间。通常,在完成该设计流程后,客户还需编写自己的系统算法,希望借此令其产品在市场中脱颖而出。应对信号路径挑战的解决方案之一就是传感器模拟前端电路(Sensor AFE)。 并不是说传感器模拟前端电路(Sensor AFE)意在解决所有传感器的信号路径设计需求,发明一种器件能满足所有传感器的需求显然是不现实的,这样的器件必然会在满足传感器的特殊应用需求上有所折扣。例如,
[工业控制]
Synaptics推出超薄型区域触控指纹识别传感器
北京,2016年2月22日 人机交互解决方案的领先开发商Synaptics公司(NASDAQ:SYNA)今天宣布,推出Natural ID FS4304,该产品是一款超薄型区域触控指纹识别传感器,可用来实现灵活的工业设计,能够放入很小的空间中,包括智能手机或平板电脑的侧边。FS4304的宽度仅为3.5mm,可集成到音量旋钮等安装在设备侧边的按钮中,因此无需为了安装该传感器而切割边框或玻璃盖板,节省了空间和成本,而且通过利用手指的自然停放位置而提升了用户体验。 Natural ID的one-touch设计以Synaptics的深厚系统集成专长为基础,提供了很高的性能和可靠的用户体验。Natural ID基于生物识别技术提
[手机便携]
医疗传感器应用现状及设计挑战
线传感器网络(Wireless Sensor Network)是一项综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种领域技术的新兴技术,该技术具有广泛的应用场景。 随着技术的发展,WSN(Wireless Sensor Network)将会在医疗实践的许多方面产生深远影响。本文主要阐述无线传感器网络医疗监护系统的体系结构以及监护节点设计的一般原则。 无线传感器网络的体系结构 在监测区域内布置大量传感器节点,节点间采用自组织方式进行组网以及利用无线通信技术进行数据转发,每个节点都具有数据采集与数据融合转发双重功能。节点对本身采集到的信息和其它节点转发给它的信息进行初步的数据处理和信息融
[工业控制]
基于IEEE1451.1的网络化智能传感器设计
摘要: IEEE 1451是一种从传感器或执行器到微处理器及网络之间的硬件和软件接口标准。本文根据1451.1标准,研制面向Internet的网络化智能机器人手爪传感器系统,并给出硬件设计框图和软件流程。
关键词: 网络化智能传感器 IEEE 1451.1 机器人手爪
引言
传感器与网络相连,是信息技术发展的一种必然趋势。然而控制总线网络多种多样,千差万别,内部结构、通信接口、通信协议各不相同,以此来连接各种变送器(包括传感器和执行器),则要求这些传感器或执行器必须符合这些标准总线的有关规定。由于技术上、成本上的原因,传感器的制造商无法使自己的产品同时满足各种各样的现场总线要求,而这
[传感技术]