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传感器技术、现代化和应用创新离不开半导体技术
发布时间:2015-08-27
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传感器技术、现代化和应用创新离不开半导体技术
发布时间:2015-08-27
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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。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

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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

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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。

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