傳感器為什么對物聯(lián)網如此重要？

人們借助于眼、耳、口、鼻等感覺器官來從外界獲取信息，但是在研究自然現(xiàn)象和生產活動中，單靠人們自身感官的功能就遠遠不夠了。物聯(lián)網傳感器正是在這種情況下應運而生，可以說，傳感器是人類五官的延長，又被稱之為“電五官”。

新技術革命的到來，使得世界正在從移動互聯(lián)網向萬物互聯(lián)的新時代過渡，彼時，不光人與人，人與物、物與物之間都能實現(xiàn)互聯(lián)，由此產生的海量數(shù)據(jù)將會徹底改變人們的生活，甚至重塑整個商業(yè)社會。而這其中，以傳感器為核心的傳感技術是數(shù)據(jù)采集的入口，是物聯(lián)網的神經末梢，是所有系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)信息的唯一方式和手段，也是實現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析的基礎與核心。

從物聯(lián)網的四層架構來看，感知層位于通信層、平臺層和應用層的底部，也就是整個物聯(lián)網金字塔的奠基，如果沒法準確可靠的從物理實體中獲得數(shù)據(jù)，物聯(lián)網無異于空中樓閣。

目前，物聯(lián)網傳感器已經滲透到諸如工業(yè)生產、農業(yè)種植、商業(yè)服務等各個領域，從智慧城市到智能制造，從智慧醫(yī)療到智能家居，傳感器早已無處不在。

在傳統(tǒng)農業(yè)中，人們獲取農田信息的方式很有限，主要是通過人工測量，不但不夠及時、精確，還會消耗大量的人力。例如，人們從很早就注意到了二氧化碳濃度、溫濕度對食用菌等溫室作物生長的影響，但基本沿用老辦法，讓工作人員每天去每個大棚里用檢測儀檢測二氧化碳濃度，然后開啟風機，打開側窗、天窗。但是現(xiàn)在，通過使用無線傳感網絡可以有效快速獲取精確的作物環(huán)境和作物信息，如果能進一步將系統(tǒng)與天窗、風機等產生聯(lián)動，將大大節(jié)省人力，提高效率。此外，在監(jiān)視農作物灌溉情況、土壤空氣變化、畜禽舍環(huán)境狀況以及大面積的地表檢測等方面，傳感技術正在發(fā)揮著越來越重要的作用。

在工業(yè)領域，工業(yè)傳感器技術已成為各工業(yè)企業(yè)在高新技術發(fā)展方面爭奪的一個制高點。據(jù)相關機構預測，到2020年工業(yè)傳感器市場規(guī)模將達308億。自動化生產過程中，傳感器更是必不可缺的基礎元器件，制造商要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產過程中的各個參數(shù)，使設備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，保障產品達到最好的質量。而且如果能進一步將傳感器技術和物聯(lián)網平臺技術結合，還可能在設備出現(xiàn)故障之前就提前發(fā)現(xiàn)問題，這即是所謂的“預測性維護”，由此，制造商可以從被動服務變成主動服務，并由此開拓以服務為中心的新商業(yè)模式。

在智能家居等商業(yè)領域，傳感器同樣發(fā)揮著巨大的作用。理想情況下，智能互聯(lián)的家居應該能夠想人們所想，感人們所感，不用人們手動操控就自己做出一些明智決策。比如，熱紅外傳感器可以檢測到人體的存在，當我們在看電視的時候，離開電視機三分鐘后，傳感器檢測不到人體了，電視機就自動進入休眠狀態(tài)，再過兩分鐘要還沒有人，就可以自動關機了。同理，傳感器也可以在智能空調中起到作用，它能判斷人在屋內的位置，并把空調的風向轉向相應的對象。家庭安防也離不開傳感器，在家里安裝一個超聲波傳感器后，一旦有人進來，整個超聲波波形發(fā)生改變，接受器就會及時發(fā)出警報。

“物聯(lián)天下、傳感先行”已經成為當今物聯(lián)網行業(yè)的普遍共識。隨著物聯(lián)網向各個垂直行業(yè)進一步深入拓展，傳感器行業(yè)將隨之被引爆。萬億級別的物聯(lián)網市場規(guī)模意味著傳感器市場的巨大前景，這對村田制作所這樣的公司來說，即是機遇，亦是挑戰(zhàn)。

物聯(lián)網時代對傳感器的發(fā)展要求

從19世紀60年代誕生至今，傳感器的歷史已經有150余年了，在移動互聯(lián)網時代，手機的普及促進了傳感器的極大發(fā)展，但也決定了很多類型的傳感器是專為手機而設計的。物聯(lián)網時代的“物”在對傳感和連接的需求上與手機有很大的差別，所以也對傳感技術提出了更多、更高的要求。總結來說，傳感器在朝著高精度、小型化、低功耗、智能化等方向進化。

1高精度、高質量

如果傳感器收集的數(shù)據(jù)信息出錯，那么相當于從源頭上出錯，后面一切數(shù)據(jù)的傳輸、分析、應用也就沒了意義，所以傳感器的精度和質量是保障物聯(lián)網愿景的一道重要基線。想象一下，如果一輛智能網聯(lián)汽車傳感器的精度和質量不達標，這就意味著在意外情況發(fā)生的那幾毫秒內系統(tǒng)無法做出正確決策，從而嚴重威脅駕駛員的安全。

而村田可靠的元器件和解決方案，則可以在車輛網時代為司機提供更加安心的駕駛體驗。全中國超過百分之七十的汽車都采用了村田的超聲波傳感器，這些超聲波傳感器主要用在測距，它可以精確的探測到目標與設備之間的距離，實時反饋信號，防止意外的發(fā)生。

2小型化

隨著以智能手機為中心的移動設備向多功能、高性能化發(fā)展，要求電路板內的部件數(shù)量更多、體積更小。因此，傳感器正在逐漸采用集成化技術，以實現(xiàn)高性能化和小型化。集成溫度傳感器、集成壓力傳感器等早已被廣泛使用，今后將有更多集成傳感器被開發(fā)出來。

博世曾經推出過一款緊湊型9軸運動傳感器BMX160，這款全新傳感器安裝于緊湊的2.5 x 3.0 x 0.95 mm3封裝中，是行業(yè)內最小型的9軸運動傳感器，適合廣泛的應用，如智能手機、智能腕表、健身跟蹤器、智能首飾，例如戒指、項鏈，以及增強/虛擬現(xiàn)實設備。

村田制作所也推出過一款AMR傳感器，能夠幫助客戶大大騰出有效空間。該傳感器是一種利用根據(jù)從特定方向來的磁場的強度所產生磁阻值變化制成的磁傳感器，主要應用于手機和筆記本電腦、檢測冰箱和門的開閉，以及檢測智能儀表的旋轉燈方面。目前，為了檢測立體空間的磁場必須組合復數(shù)（3~6個）磁傳感器，而村田制作所通過和日本電氣株式會社(NEC)的技術結合，成功的完成了360度全方位同感度磁場檢測傳感器的開發(fā)，在同樣情況下，只要一個就能起到組合磁傳感器相同的作用。

3低功耗

手機上的微博、微信、視頻、游戲，都是電量消耗的大戶，我們也早已習慣了每天充電、出遠門充電寶不離身的日子，但你能想象假如煙霧報警器、智能攝像頭等互聯(lián)設備也需要天天調換電池會是怎樣一種蹩腳的情景嗎？和手機不同，很多物聯(lián)網設備地處人們不常接觸的區(qū)域，所以對功耗有極致的要求，從而決定了傳感器的功耗也要很低，否則運營成本太高。

眾所周知，氣壓傳感器普遍具有易受環(huán)境溫度影響，導致氣壓數(shù)據(jù)漂移的問題。鑒于此，村田推出了一款高精度、低功耗、高溫度穩(wěn)定性的氣壓傳感器；結合靜電容量型MEMS技術，大大改良了新型氣壓傳感器對溫度漂移的性能，使其幾乎完全可以不受到影響的情況下取得正確的數(shù)據(jù)；另一方面提升了新型傳感器的降低其噪聲水平（0.5Parms），充分實現(xiàn)其高精度數(shù)據(jù)檢測；同時又實現(xiàn)了“低功耗”，通過采用靜電容量型，可以為裝載設備的節(jié)能作出貢獻。

博世最新推出的BMA400則是一款專門用于可穿戴設備和物聯(lián)網的超低功耗加速度傳感器。它所需耗電量僅為現(xiàn)有加速度計的十分之一，并能提供穩(wěn)定且高性能的服務。其大幅降低的功率需求顯著提高了電池使用壽命，尤其是對于那些使用鈕扣電池供電的設備。憑借其步進式計數(shù)器僅4μA的超低耗電量，和其智能電源管理功能（如內置活動識別），能前所未有延長可穿戴設備（如健身帶、智能服裝、腕表和活動追蹤器）所配電池的使用壽命。

4智能化

隨著互聯(lián)設備的激增，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆炸式增長，中心化的云端已經“不堪重負”，更重要的是，對于智能制造或智慧交通等應用場景，云端分析的延遲會使數(shù)據(jù)價值呈現(xiàn)“斷崖式”下跌，于是，邊緣智能開始興起。

傳感器是很好的邊緣節(jié)點，用嵌入式技術將傳感器與微處理器集成為一體，使其成為具有環(huán)境感知、數(shù)據(jù)處理、智能控制與數(shù)據(jù)通信功能的智能數(shù)據(jù)終端設備，這就是所謂的智能傳感器。這種傳感器具有自學習、自診斷和自補償能力、復合感知能力以及靈活的通信能力。這樣，傳感器在感知物理世界的時候反饋給物聯(lián)網系統(tǒng)的數(shù)據(jù)就會更準確，更全面，達到精確感知的目的。

傳感器和無線通信技術的結合

傳感器采集到的數(shù)據(jù)之后該怎么辦？當然是要進一步將數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡脚_，進行分析和應用，這其中，通信網絡是數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓艿馈３藗鞲衅?，在無線通信領域村田也有很多產品，比如村田2.4GHz的通訊模塊早已在各行各業(yè)扮演著舉足輕重的角色，從手機內的Wi-Fi模塊，到汽車內使用的藍牙模塊，再到智能家居涉及到的ZigBee模塊，村田將傳感器和無線通信結合起來，為客戶提供場景化的整體解決方案。

但傳統(tǒng)的廣域無線網絡連接解決方案（2G GSM/3G WCDMA/4G LTE）對很多現(xiàn)有的物聯(lián)網用例來說都是“殺雞用了宰牛刀”，一個井蓋或一個水表并不需要每天發(fā)送大量的數(shù)據(jù)，它們需要的是適合于它們的物聯(lián)網連接，這就是低功耗廣域網（LPWAN）近年來如此蓬勃發(fā)展的主要原因。

LPWAN領域最重要的兩種技術莫過于基于授權頻譜的NB-IoT和基于非授權頻譜的LoRa，這些技術具有低功耗、廣覆蓋、大連接、低帶寬、低成本的典型特點，特別適合包括抄表、停車在內的物聯(lián)網典型應用場景。

村田對LPWAN市場的高速增長十分重視，并在該領域搶得先機。

例如在我國中西部地區(qū)，畜牧業(yè)發(fā)達，但由于地廣人稀，很難對牛羊等畜牧資產進行有效的管理。傳統(tǒng)的方法是依靠人力進行牛羊管理，其弊端十分明顯：需要非常有經驗的人才可以進行畜牧管理，另外牛羊等畜牧資產的丟失也是目前十分棘手的問題，LoRa技術的出現(xiàn)則可以大大改善目前的情況。當用戶使用了裝載有村田LoRa模塊的定位器之后，就可以進行遠距離的畜牧管理，不用擔心畜牧資產的丟失，不僅提高了可靠性，也大大降低了人力成本，同時配合其低功耗的特點，可以長時間使用，降低成本及維護費用。

圖：村田LoRa模塊

緊跟技術潮流，定位市場痛點是村田一直以來努力的方向。未來，村田將在先進的傳感器及無線通信領域繼續(xù)不斷創(chuàng)新，全力支持中國物聯(lián)網技術的發(fā)展。