智能传感器的基础知识

智能传感器是一种从物理环境获取输入并使用内置计算资源在检测到特定输入时执行预定义功能然后在传递数据之前处理数据的设备。

智能传感器可以更准确、更自动化地收集环境数据，并在准确记录的信息中减少错误噪音。这些设备用于各种环境中的监视和控制机制，包括智能电网、战场侦察、探索和许多科学应用。

智能传感器也是物联网 (IoT) 中不可或缺的重要元素，物联网是一个日益普遍的环境，在这个环境中，几乎任何可以想象的东西都可以配备唯一标识符，并能够通过互联网或类似网络传输数据。智能传感器的一种实现方式是作为无线传感器和执行器网络 (WSAN) 的组件，其节点数量可以达到数千个，每个节点都与一个或多个其他传感器和传感器集线器以及单个执行器相连。

计算资源通常由低功耗移动微处理器提供。智能传感器至少由传感器、微处理器和某种通信技术组成。计算资源必须是物理设计不可或缺的一部分——仅发送其数据以进行远程处理的传感器不被视为智能传感器。

智能传感器包含三个组件：捕获数据的传感器，以及通过编程和通信功能计算传感器输出的微处理器。

除了主传感器之外，智能传感器还可能包括其他几个组件。这些组件可以包括传感器、放大器、励磁控制、模拟滤波器和补偿。智能传感器还包含软件定义元素，可提供数据转换、数字处理和与外部设备通信等功能。

智能传感器如何工作？

智能传感器将原始基础传感器与集成计算资源联系起来，使传感器的输入能够得到处理。

基础传感器是提供传感能力的组件。它可能被设计用来感应热、光或压力。通常，基础传感器会产生一个模拟信号，在使用之前必须对其进行处理。这就是智能传感器的集成技术发挥作用的地方。板载微处理器滤除信号噪声并将传感器信号转换为可用的数字格式。

智能传感器还包含集成通信功能，使它们能够连接到专用网络或互联网。这使得能够与外部设备进行通信。

智能传感器有什么用？

智能传感器有无数的用例。它们在工业环境中非常常用，并且是工业 4.0背后的驱动力。

工厂经常使用智能温度传感器来确保机器不会过热，并使用振动传感器来确保机器不会因振动而松动。智能传感器还可以实现过程控制，例如监控过程（例如制造物品），并进行可能需要的任何调整以满足质量或生产目标。这曾经是一个手动过程，但智能传感器可用于自动化过程控制。

智能传感器在现代安全系统中也发挥着关键作用。热成像传感器可用于检测入侵者的体温。同样，智能锁、运动传感器和门窗传感器等设备通常连接到公共网络。这使安全传感器能够协同工作，绘制出当前安全状态的综合图。

有哪些不同类型的智能传感器？

工业环境中使用的智能传感器主要有五种类型。尽管当今使用的专用传感器有很多种，但它们通常基于五种传感器中的一种。

液位传感器。液位传感器用于测量容器中占用的空间体积。车辆的燃油表可能连接到液位传感器，用于监控油箱中的燃油液位。

温度传感器。温度传感器是一种可以监控组件温度的传感器，因此可以在必要时采取纠正措施。例如，在工业环境中，可以使用温度传感器来确保机器不会过热。

压力传感器。压力传感器通常用于监测管道中气体或液体的压力。压力突然下降可能表明存在泄漏或流量控制问题。

红外传感器。一些红外传感器，例如用于热像仪或非接触式红外温度计的传感器，用于温度监测。其他红外传感器是光学传感器，调谐到使它们能够看到红外光谱中的光的频率。这些类型的传感器用于医疗设备，例如脉搏血氧仪，以及设计用于远程控制的电子设备。

接近传感器。接近传感器用于检测人或物体相对于传感器的位置。在零售环境中，接近传感器可以跟踪顾客在整个商店的移动。

智能传感器与基础传感器有何不同？

智能传感器包括嵌入式数字运动处理器 (DMP)，而基础传感器则没有。DMP 本质上只是一个集成到传感器中的微处理器。它使传感器能够执行传感器数据的板载处理。这可能意味着对数据进行归一化、过滤噪声或执行其他类型的信号调节。在任何情况下，智能传感器都会在与外部设备进行任何通信之前执行数据转换数字处理。

基本传感器只是一个传感器，它没有配备 DMP 或其他使其能够处理数据的计算资源。智能传感器产生随时可用的输出，而基础传感器的输出是原始的，通常必须转换成可用格式。

智能传感器通常优于基础传感器，因为它们包括本地处理能力。即便如此，在某些情况下使用基础传感器可能更有利。如果工程师正在设计设备并需要完全控制传感器输入，那么使用基础传感器可能比使用智能传感器更有意义。基本传感器的成本也低于智能传感器，因为它们包含的组件更少。

尽管智能传感器通常与工业设备相关联，但没有智能传感器就不可能存在物联网。