物联网与传感器 当传感器遇到了物联网

当传感器遇到了物联网

传感器好比人的眼耳口鼻，但又不仅仅只是人的感官那么简单，它甚至能够采集到更多的有用信息。既然如此，就可说这些传感器是整个物联网系统工作的基础，正是因为有了传感器，物联网系统才有内容传递给“大脑”。

在过去，传感器更多应用于工业。但是随着时间推移，它已经慢慢走入我们的生活。

随着工信部在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，而物联网的小翅膀是什么呢，或许不同的人有不同的答案，而传感器无疑是其中一个重要的选项。

物联网层次结构

从物联网层次结构图中可以看到物联网主要是由：感知层、网络层、支撑层和应用层四部分构成。有句俗话说得好：下层基础决定上层建筑。传感器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，其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可归根于传感器，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。且比人类感知更准确、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，也无法感知上千高温，也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

物联网是将各种信息传感设备和互联网结合起来形成的一个巨大网络，它是互联网的升级，也是信息化时代的核心。物联网的发展需要智能感知、识别和通讯等技术支撑，而感知的关键就是传感器及相关技术，可以毫不夸张的说，没有传感器的进步，就没有物联网的繁荣。随着物联网的发展，传感器产业也将迎来爆发，传感器是物联网采集数据的关键组件，扮演着不可或缺的角色。

随着全球开始步入高速发展的信息时代，在获取和处理信息过程中，首先要解决的就是要获取可靠并准确的信息，而传感器是获取信息的主要手段和途径。例如在工业4.0时代，要用传感器来监视和控制生产过程中的参数，使设备保持正常的工作状态；在智能家居领域，传感器是实现用户和家居单品（灯光、电视、冰箱、音响等）互动的基础；在无人驾驶中，需要通过传感器对交通和环境数据的采集和处理，这样才能保证汽车在道路上的安全行驶……可以毫不夸张的说，未来物联网有多大的市场，传感器就能有多大的作为。

随着物联网需求的增加，目前国内传感器呈现一种高速增长的态势。据统计， 预计到2021年将增至5937亿元，未来五年中国传感器产业年均复合增长率约30%，远高于全球平均水平。

传感器发展历程

物联网自提出到如今已经二十多年，但传感器部署规模并未普及，致使没有足够物理层，导致数据不足，从源头上制约产业发展。传感器部署作为物联网基础设施，多年前就有国家提出万亿传感器革命，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，并预计在2030年后将100万亿传感器嵌入到各种场所。

我国早在 20 世纪60年代开始涉足传感器制造业，经历了多年的发展，大体可分为三代：

第一代：是结构型传感器，它利用结构参量变化来感受和转化信号。

第二代：传感器是20世纪70 年代开始发展起来的固体传感器， 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的。

第三代：传感器是80年代刚刚发展起来的智能传感器。所谓智能传感器是指其对外界信息具有一定检测、自诊断、数据处理以及自适应能力，具有高精度、成本低、功能多样化、自动化强等特点，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物。

智能传感器具有信息采集、信息处理、信息交换、信息存储功能的多元件集成电路，是集传感芯片、通信芯片、微处理器、驱动程序、软件算法等于一体的系统级产品。

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，在很多物联网场景下的传感器都具有智能传感器的特点，它在工业、农业、医疗、交通等领域将发挥巨大作用，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

从19世纪60年代诞生至今，传感器的历史已经有150余年了，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多、更高的要求。总结来说，传感器在朝着高精度、小型化、低功耗、智能化等方向进化。

1、高精度、高质量

如果传感器收集的数据信息出错，那么相当于从源头上出错，后面一切数据的传输、分析、应用也就没了意义，所以传感器的精度和质量是保障物联网愿景的一道重要基线。想象一下，如果一辆智能网联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，从而严重威胁驾驶员的安全。

2、小型化

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，以实现高性能化和小型化。集成温度传感器、集成压力传感器等早已被广泛使用，今后将有更多集成传感器被开发出来。

3、低功耗

手机上的微博、微信、视频、游戏，都是电量消耗的大户，我们也早已习惯了每天充电、出远门充电宝不离身的日子，但你能想象假如烟雾报警器、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？和手机不同，很多物联网设备地处人们不常接触的区域，所以对功耗有极致的要求，从而决定了传感器的功耗也要很低，否则运营成本太高。

4、智能化

随着互联设备的激增，数据呈现爆炸式增长，中心化的云端已经“不堪重负”，更重要的是，对于智能制造或智慧交通等应用场景，云端分析的延迟会使数据价值呈现“断崖式”下跌，于是，边缘智能开始兴起。

传感器是很好的边缘节点，用嵌入式技术将传感器与微处理器集成为一体，使其成为具有环境感知、数据处理、智能控制与数据通信功能的智能数据终端设备，这就是所谓的智能传感器。这种传感器具有自学习、自诊断和自补偿能力、复合感知能力以及灵活的通信能力。这样，传感器在感知物理世界的时候反馈给物联网系统的数据就会更准确，更全面，达到精确感知的目的。

五大领域对智能传感器的需求暴涨

智能传感器具有高精度、成本低、功能多样化、自动化强等特点，它是一种具有信息处理功能的传感器，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。在很多物联网场景下的传感器都具有智能传感器得特点，未来得物联网时代，智能传感器将是市场主流。

未来最有前景的几大物联网场景中，智能工业、智能家居、智慧医疗、智能汽车、智能农业等是未来最有可能普及的物联网领域。

1、智能工业传感器是实现工业4.0的基础

众所周知，工业4.0已经成为国家战略的一部分，智能制造是国家工业变革的关键，智能工业传感器在制造中的角色越来越重要。工业传感器的特点是性能指标和精度要求高，不允许数据采集和处理的失误。不同于传统工业的传感器，智能工业传感器将用于智能制造，它在精度、稳定性、抗冲击性方面提出了更为苛刻的要求。

未来，基于工业4.0的智能工业传感器需求将大幅增加，而这也是工业传感器厂商面临的最大机遇点。

2、智能家居给这些传感器带来了增长空间

智能家居的一大特点就是实现对家居用品的控制，随着物联网的发展，越来越多的传感器将用于家电中，如洗衣机、电视、冰箱、灯光、空调、油烟机等，原来没有传感器的产品都将因智能家居的普及而成为传感器主战场。

传感器将是智能家居产品的标配，例如压力传感器可用于洗衣机中对泡沫量的监控；光电传感器用于灯泡实现对灯光的控制；电磁传感器用在洗碗机里面可实现喷水臂的移动等，还有流量传感器、智能气体传感器等均大有用途。

3、智慧医疗需要各式各样的智能传感器

智慧医疗是利用物联网技术，实现患者和医务人员及医疗设备之间的互动，其工作的核心部分是对患者的信息进行采集、存储、传输和处理。在进行图像传输以及海量数据计算处理的过程中，需要各中各有具有智能处理功能的传感器，如用于测量病人血压的MEMS压力传感器，用于研究睡眠窒息的热电传感器，用于监控和测量体表体温的温度传感器等。

随着物联网技术的发展，无线医疗传感器逐渐向智能化、微型化、低功耗等方向发展，传感器在智慧医疗领域的应用也会越来越广泛。据外媒报道，科学家研究了一种新型传感器，可用于诊断眼外伤，它根据测定人类眼泪所含维C浓度的高低，判断眼外伤的严重情况。最近科学家又研究了一款仅有胶囊大小的可吞服心率传感器，病人吞服后可测量其生命体征等数据并将信息传输到接收器中，供医生远程监控。

随着技术的进步，应用于智慧医疗的传感器种类将越来越多，但它们的一大共性是具备智能传感器的特点。

4、智能传感器助力汽车的智能化

虽然国内的很多汽车实现了一些基本的联网功能，但并不是真正的智能汽车。随着AI和物联网技术的发展，智能汽车会成为未来的主流。智能汽车是一个集环境感知、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，它的一大特点是能实现联网控制，而控制与操作的关键离不开智能传感器，智能汽车的普及将带来智能传感器的增加。

在智能汽车里面，未来应用最多的几大智能传感器将是空气流量传感器、里程表传感器、机油感应传感器、刹车压力传感器、位置传感器和碰撞传感器等。

5、智能农业传感器市场前景广阔

智能农业是我国建设成为农业强国的关键，在未来的农业生产中，需要很多类型的物联网传感器和相关技术。农业物联网的组成包括智能水质传感器、无线传感网、无线通信等，它们一起组成完整的智能农业系统，传感器是实现这些的第一步。

物联网农业的特点是以信息化技术为基础，在农业生产过程中通过传感器收集数据并进行量化分析和智能决策，农业生产的环境非常复杂，不同的场景需要的传感器不一样，如空气温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度等，这些数据的采集都需要使用相对应的智能农业传感器。

传感器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。人类社会对传感器提出的越来越高的需求是传感器技术发展的强大动力，而现代技术突飞猛进则为其发展提供了坚强的后盾。

在物联网战略下，传感器国产化需求迫切，传感器行业的国内领先者更受政府扶持；作为物联网的关键，传感器成为整个产业链的优势环节，也代表了企业的核心竞争力。

来源：机械工程学报

物联网发展的基石——传感器

传感器 （ransducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

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。

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