传感器是物联网 物联网发展的基石——传感器

物联网发展的基石——传感器

物联网和传感器是相辅相成的。传感器 类似于人的眼睛、耳朵和嘴巴，但又不仅仅像人类感官那么简单，传感器可以收集很多有用的信息。可以说，这些传感器是整个物联网系统运行的基础，正是它，物联网系统才有内容传递给“大脑”。

过去，传感器更多的应用于工业中，随着时间的推移，物联网应用于很多行业中（智慧农业 、智慧城市 、智慧医疗 等），传感器也已经慢慢走进我们的生活。物联网的发展将引领我们进入一个被传感器包围的智能世界。

传感器是物联网发展的基础

工信部在6月6号发放5G正式商用牌照，5G的到来似乎将物联网推到了一个风口处。小米创始人雷军曾说：“站在风口处，猪也能飞起来，长出一个小翅膀，就能飞得更高”。物联网的小翅膀是什么呢，大家有不同的答案，而传感器无疑是最重要的一项。

在物联网层结构图中，可以看出物联网由感知层 、网络层 、支撑层 和应用层 四部分组成。俗话说，下层基础决定上层建筑。作为物联网感知层的重要组成部分之一，作为整个物联网的基础，传感器重要性是不言而喻的。

物联网系统中的海量数据信息来源于终端设备，而终端设备数据来源于传感器，传感器赋予了万物“感官”功能，如人类依靠视觉、听觉、嗅觉、触觉感知周围环境，同样物体通过各种传感器也能感知周围环境。而且比人类的感知更准确、感知范围更广。例如人类无法通过触觉准确感知某物体具体温度值，不能辨别细微的温度变化，但传感器可以。可以说传感器就是“万物互联”时代物体与物体之间交流的“语言”。

传感器在物联网产业中的作用

物联网是一个由各种信息传感设备和互联网相结合形成的庞大网络，是互联网升级和信息时代的核心。物联网的发展需要智能感知、识别和通讯等技术支撑，感知的关键是传感器和相关技术。可以毫不夸张地说，如果没有传感器的发展，物联网就不会繁荣。随着物联网（IoT）的发展，传感器行业也将迎来爆发。传感器在物联网收集数据中不可或缺，并发挥着至关重要的作用。

随着世界开始进入快速增长的信息时代，收集和处理信息时要首先要解决的问题是获得可靠和准确的信息。传感器是获取信息的主要手段。例如，在工业4.0时代，传感器被用来监视和控制生产过程的参数，以保持设备正常运行；而在智能家居领域，传感器是用户和家庭用品（灯、电视、冰箱，等）互动的基础；在无人驾驶中，需要通过传感器收集和处理交通和环境数据，以便在路上安全驾驶。可以说，未来物联网的市场牵动着传感器市场。

传感器发展历程

物联网自提出距今已有二十多年，但传感器部署规模尚未普及，导致物理层不足，数据不足，源头上制约了产业发展。传感器部署作为物联网基础设施，几年前就有国家提出了万亿传感器革命，旨在促进每年在社会基础设施和公共服务中每年使用1万亿个传感器，并预计在2030年将有100万亿传感器嵌入到各种场所。

传感器行业发展始于 20 世纪 50 年代，经历了多年的发展，大体可分三个阶段：

第一阶段是 20 世纪 50 年代伊始，结构型传感器 出现，它利用结构参量变化来感受 和转化信号。

第二阶段是 20 世纪 70 年代开始，固体型传感器 逐渐发展起来，这种传感器由半导体、电介质、磁性材料 等固体元件构成，是利用材料某些特性制成。如：利用热电 效应、霍尔效应，分别制成热电偶传感器、霍尔传感器等。

第三阶段是 20 世纪末开始，智能型传感器 出现并快速发展。它是微型计算机技术与检测技术相结合的产物，具有信息采集、处理、交换、存储功能， 同时也具有人工智能的特性。

在物联网这个智能感知时代，智能传感器是实现物联网的关键技术之一，在很多物联网应用场景中都采用人工智能传感器，它在工业 、农业 、医疗 、交通 等领域发挥巨大作用，在未来的传感器市场上，智能传感器的比重会越来越大

物联网时代对传感器的发展要求

传感器诞生至今，已有百年历史，在移动互联网时代，手机的普及促进了传感器的极大发展，但也决定了很多类型的传感器是专为手机而设计的。物联网时代的“物”在对传感和连接的需求上与手机有很大的差别，所以也对传感技术提出了更高的要求。总结来说，传感器在朝着高精度、微型化、低功耗、仿生化、智能化等方向进化。

如果传感器收集的数据信息错误，则相当于从源头上出错，所有后续数据的传输、分析和应用都失去了意义，因此传感器的精确度和质量是极其重要的。想象一下，想象一下，如果一辆智能联网汽车传感器的精度和质量不达标，这就意味着在意外情况发生的那几毫秒内系统无法做出正确决策，从而严重影响驾驶员的安全。

微型传感器是基于半导体集成电路技术发展的MEMS（microelectro-mechanicalsystems微电子机械系统）技术，利用微机械加工技术将微米级的敏感组件、信号处理器、数据处理装置封装在一块芯片上，具有体积小、成本低、便于集成等明显优势，并可以提高系统测试精度。随着微电子加工技术特别是纳米加工技术的进一步发展，传感器技术还将从微型传感器进化到纳米传感器。随着以智能手机为中心的移动设备向多功能、高性能化发展，要求电路板内的部件数量更多、体积更小。因此，传感器正在逐渐采用集成化技术，以实现高性能化和微型化。微型传感器的研制和应用将越来越受到各个领域的青睐。

手机上的微信、视频和游戏都消耗电量很快，我们也已经习惯了每天充电。但你能想象烟雾报警器、智能摄像头等互联设备也需要天天调换电池会是怎样一种蹩脚的情景吗？与收集不同，许多物联网设备位于人们不经常接触的区域，因此对功耗的需求非常高，因此传感器的功耗也要很低，否则，会加大运营成本。

智能化传感器是由一个或多个敏感元件、微处理器、外围控制及通讯电路、智能软件系统相结合的产物，具有环境感知、数据处理、智能控制与数据通信功能的智能数据终端设备。与传统传感器相比，它具有自学习、自诊断和自补偿能力、复合感知能力以及灵活的通信能力。例如，它可以确定传感器工作状态，对测量资料进行修正，以便减少环境因素如温度、湿度引起的误差；它可以用软件解决硬件难以解决的问题；它可以完成资料计算与处理工作等。而且智能传感器的精度、量程覆盖范围、信噪比、智能水平、远程可维护性、准确度、稳定性、可靠性和互换性都远高于一般的传感器。

传感器发展面临的机遇和挑战

中国的物联网产业将成为万亿元级的新兴产业，物联网具有非常广阔的发展前景。而感器是构成物联网的主要探测终端，作为物联网发展的重要技术，传感器技术自然成为市场关注的焦点。传感器的应用市场非常广泛，这对传感器行业来说是一个很好的机会。

大连理工大学教授唐延安表示：“物联网对传感器的挑战在于需要多种能够满足各种测量要求的传感器产品；传感器的集成化，满足检测、处理、传输系统的综合要求；传感器的网络化以及低功耗特性，打造绿色电子，支持低碳环保的应用需求。”这无疑也是对传感器的一个巨大的挑战。

物联网核心价值在哪？传感器是关键

文／杨剑勇

当今在谈论物联网，其中传感作为物联网核心，数以“亿”计的传感器被嵌入到各种设备中，作为物联网感知层核心部件，由于传感器的部署规模并未普及，使得没有足够的“物理层”接入点，导致数据不足，从源头上阻碍物联网发展。

物联网的核心价值在哪？

物联网通常划分为感知、传输和应用三个层次，感知层以如传感器、RFID等为主，是信息采集的关键部分，传感器更是被誉为物联网时代下的五官；传输层以通信运营商等为主导，于是各通信巨头早已在物联网产业跑马圈地，希望主导该领域；但在长期关注物联网产业的杨剑勇看来，物联网的核心价值在应用层。在万物互联时代，通过传感器所收集的数据，最终汇集到应用层数据处理等才是物联网产业的核心价值点。

物联网时代，成万上亿计的传感器被嵌入到现实世界的各种设备中，如移动终端、智能电表、建筑物和各工业机器等等，各种设备联网后，所产生的数据，如何将数据厘清，挖掘出价值更加重要。与此同时，云计算为物联网所产生的海量数据提供存储的，是物联网发展的基石。

如果物联网商业过程为数据产生、收集、处理、决策和应用的话，那么，传感器布局的不足是导致数据产生的不足，将从源头上阻碍物联网产业的发展。

为获取数据，在2013年, 就有国家提出“万亿传感器革命”的口号，旨在推动社会基础设施和公共服务中每年使用1万亿个传感器，预计在2030年后将100万亿传感器嵌入到各种场所，可以预见，在不久的将来，我们身边将到处布满传感器，再把大量传感器采集的数据与开放数据等组合，依托人工智能等技术进行大数据分析，就会产生价值更高的数据。

在物联网时代，平台不仅可实现各设备的互联互通，其核心是数据的集散中心，所形成的数据加以利用，将会诞生出很多创新商业模式及应用，其中“云”作为各种设备联网后所产生的数据提供存储、管理、分析等，是物联网产业发展基石。在国内声称第一物联网云服务平台的机智云，以万物互联为基础，也就是云、端、到设备云端整合，并分享至整个产业链，助力企业可以实现全球范围内的物联网运营。

在机智云创始人兼CEO黄灼先生看来，物联网是一个有机互联的生态系统，基于大数据的人工智能未来将更广泛应用于物联网，但数据分析、云端安全等技术，全球专业人才也不多。作为最有影响力的物联网开发平台，机智云就要把这些复杂的算法模块化、工具化，持续为开发者提供更多有价值的开发工具和模块服务，帮助他们低成本快速进入物联网行业。

杨剑勇进一步指出，数据产生、收集、处理、决策和应用，将随着各式各样的物联网设备的普及以及传感器的大规模部署，所采集的大数据，其潜在的价值也将被逐渐挖掘，可以说，物联网是一个以“数据”为驱动的产业。即万物互联所产生的海量数据，经智能化的处理、分析，最终透过数据形成产品或服务，而正是物联网最核心的商业价值所在，也将为社会创造出更多的商业机遇。

物联网普及 传感器大规模部署是关键

物联网已成为信息科技发展趋势，各种智能设备将作为传感器的载体，实现人、机、云端无缝的交互，更高级一点就是实现“场景感知”，让智能设备拥有“智慧”，与AI 两者结合，使得人体感知能力进一步补充和延伸，感知将会是物联网设备新趋势，很快很多智能设备将具备某些“感知”功能。

但是有一个问题，就是要给各种智能设备供电，然而有科学家在实验以“网络信号”来供电，如无线温度传感器，从无线电波来获得能量，以此构成它的无线网络，它只需要从附近的一个路由器获取能量，一旦有足够的电量，网络便开始工作了。最可喜的是这种传感器特小型，且非常便宜（约20美分），这种几乎可看不见的传感器就能在设备上完整的控制你的智能家居。

作为物联网核心在传感器，而“万亿传感器”的部署一定得依托低功耗（或传感器自身具有供电功能）、价格低廉，如这种低廉及利用无线波供电的传感器能普及，物联网构架将发现根本性的改变，笔者也期待日益成熟的传感器技术早日进入市场。

日本是较早启动物联网应用的国家之一，利用传感器提升社会服务，另外， 新加坡为推进智慧国的建设，将在光纤网基础上打造一个全国传感网，不论是在家里、办公室还是公共场所，未来的新加坡还将会大量安装各种用途的传感器，这些传感器网络若符合统一品质标准，运作起来会更顺畅。

美国为了打击犯罪，多年前就在纽约城市测试在屋顶安装枪击探测系统，根据传感器收到的枪声，并使用三角测量定位可以使系统在几秒内快速识别枪击发声位置。为了扩大部署与通用电气（GE）合作，在其智能城市的路灯中部署该套传感器检测系统。美国AT&T也与GE签署了一项协议，将传感器安装到路灯上，以往GE更多的是把注意力放在环境保护和后勤保障上，通过在路灯中部署ShotSpotter枪声探测器，赋予了重大执法功能。

在我国也有众多传感器应用场景，其中南京长江二桥上安装着200多个传感器，它们24小时捕捉着桥梁状况的所有信息，一旦有异常，可以提前预警。今年起，武汉也将为桥梁安装电子感应监测系统，据了解，江汉一桥和江汉二桥已经安装完毕，预计今年内完成25座。

今年1月，Alphabet（谷歌母公司）旗下的无人驾驶公司Waymo宣布，已成功研发了适合自家所需的无人驾驶传感器硬件，其中核心组件LiDAR传感器的成本将下降90%，这一重要及核心部件成本大幅下降，将有助于推动自动驾驶商业落地。丰田研究所也公布了丰田首款自动驾驶汽车，其中满身布满各种传感器，各种创新传感器技术将助推无人驾驶汽车进程。

多年以来，传感器市场规模也是呈现快速增长态势，随着物联网的兴起，传感器产业迎来了巨大的发展契机，以及随着从事传感器技术研发的机构和投入不断增多，传感器技术也取得了突飞猛进的发展，当然传感器部署在各种场合不是最终目的，获得数据是实现物联网价值的最终手段。

随着物联网设备不断扩大和传感器大规模的部署，所采集到的大数据将会是物联网核心，是一个以数据驱动的产业，使得现实世界与虚拟世界的融合，也将创造更多的商业机遇，在即将到来的个万物互联时代，谁有数据谁就可以赚更多的钱。

作者系传感物联网创建人杨剑勇，长期关注物联网、智能家居、可穿戴智能设备、机器人和人工智能等前沿科技

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