万物互联时代，物联网传感器是如何工作的？在过去的几十年里

文章插图
在过去的几十年里，硬件、软件和计算机技术经历了巨大的变化。如今这个时代，笔记本电脑、智能手机和智能手表等手持设备的算力惊人。更可喜的是，这些设备的计算能力还有进一步发掘的空间。
随着物联网（或称IoT）的出现，算力水平被提升到了一个新的高度， “智能”的概念也被重新定义，可以说，围绕机器计算能力爆发而上演的一场好戏才刚刚开始。
什么是物联网（IoT）？顾名思义，物联网即“万物相连的互联网” ，是一个将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。
物联网可以被理解为涵盖了所有类型设备的一把“伞” 。它们要么被嵌入到一个系统中，要么作为一个独立的实体存在。无论哪种方式，关键是它们通过互联网相互连接。为此，每一个这样的设备都有一个嵌入式发射器和接收器，利用互联网实现通信。
文章插图
然而，每一个物联网系统都是不一样的，也不一定适用于所有的应用。事实上，它们就像我们人类一样，每个人都有擅长的东西。就像你不能指望一个人拥有三头六臂、凡事精通一样，你也不能指望一个单一的物联网系统（和设备）能做所有的事情。因此，工程师会设计出不同的系统来执行不同的任务，以提供最好的结果。
在探究物联网设备的内部结构之前，区分设备和系统很重要。设备就像一个个体成员，而系统就像一个由个体参与的团队。因此，设备是系统的一部分，而反之则不然。
任何系统都由多个单独的组成部分（和子组成部分）组成，它们共同致力于实现一个共同的目标。此外，作为系统（团队）的一部分，可以确保更高的生产力，取得更好的效果。物联网系统的主要组成部分是：
传感器：感应物理量；
中央微控制器：控制传感器和其他部件的所有动作；
云、数据分析和处理：对接收到的数据进行分析和处理；
发射器和接收器：通过互联网建立不同传感器、传感器和微控制器与中央云服务器之间的通信；
用户界面：与用户沟通并执行用户指示的任务。
物联网传感器：通往现实世界的桥梁物联网系统的一个很好的例子是智能手机，它通常由以下部分组成：
一个全球定位系统（GPS）模块，以确定位置；
一个温度传感器，用来感知周围的温度；
一个用来感应用户声音的麦克风；
一个近距离传感器来感知用户与手机的距离，并在通话时锁定手机。
智能手机上不同的应用使用不同的传感器。例如，地图软件通常会有一个用户界面（一个应用程序）与GPS模块交互，并收集位置坐标。它通过互联网连接处理数据，帮助用户找到目的地。这类的多传感器物联网系统还有电池管理系统（BMS）。
文章插图
传感器就像计算世界和现实世界之间的门户。因此，传感器需要将其在现实世界中感知到的任何东西转化为计算机能够理解的东西。
微机电系统(MEMS)与物联网传感器的传感机制微机电系统（Micro-electromechanical Systems ， MEMS）是一种微系统技术（MST），由尺寸在微米范围内的硅等半导体材料制造的微小元件组成。大多数检测机械能的传感器都会利用到MEMS技术，加速度计是一个非常典型的例子。
文章插图
由于MEMS技术的制造材料是半导体，其主要优势是可以嵌入集成电路（IC）中。一个IC还包括其他计算元件（也是由半导体材料制成），对从传感器接收的数据进行运用。
事实上，小尺寸和芯片集成大大降低了成本。另外，基于MEMS的传感器拥有高灵敏度，可以检测到微小的变化，这在以前的产品中是无法想象的。
根据不同的应用，一个系统可以包括一个或多个传感器，感应不同的物理量，从而具有独特的传感机制。 MEMS技术中最流行的两种将物理变化转化为电信号的传感机制是：基于电阻的传感（Resistive based sensing）和基于电容的传感（Capacitive based sensing）。
两种类型的传感机制都使用一个简单的原理——物理量的任何变化都会被传感器中使用的材料的电阻或电容的变化所捕获。因此，物理量的变化越大，材料的电阻或电容的变化就越大，反之亦然。