当现实世界遇见数字世界--传感器

今天的物联网设备拥有形形色色的功能，因此我们很容易对设备中的小组件视而不见。这些小组件包括传感器，是环境计算的微小构建模块，可以获取现实世界的测量数据并将其转换为数字数据。大多数开发者都了解常见的传感器，如智能手机中的加速度计和陀螺仪。实际上，传感器在工业领域已经有几十年的应用历史了，最近在物联网和工业物联网（IIoT）也有突出表现。

开发者通过Qualcomm® Hexagon™ DSP等装置将传感器与Qualcomm Technologies解决方案集成，因此，我们认为，讨论不同类型和类别的传感器，其工作原理，选择注意事项，是大有裨益的。 据AMR估计，到2022年全球传感器用量将达到241亿美元，因此这绝对是一个值得关注的领域。

当现实世界遇见数字世界

在开始使用传感器时，需要注意传感器的定义，不同的开发者对于传感器的分类可能也有所不同。传感器本身是一种微小组件，也可以是共同提供数据的传感器组合，例如，由传感器组件、微控制器和连接性组成的解决方案也可以称为“传感器”或“智能传感器”。甚至智能手机和无人机等技术有时也被称为传感器。

传感器测量类别

传感器从六大方面来测量现实世界的自由度（DoF）：

机械：力、速度、加速度等

热学：温度、熵等

化学：成分、反应速度等

辐射：电磁波强度、相位等

磁场：场强、磁通等

电气：电压、电流、电阻等

一般来说，传感器由一种机械装置组成，这种机械装置对导致可测量电学现象（如电压）的真实世界现象作出反应。这里列出了常见的现实世界现象或“自由度”（DoF）。

如您所见，传感器有很多不同的类型，大小和功能各不相同。下表列出了环境计算解决方案中使用的一些最常见的传感器，如智能手机、VR头盔、可穿戴设备和物联网。

传感器的设计极其重要

传感器的设计差别迥异，一般来说，测量某种现象可以有多种技术。

以加速度计为例。测量加速度的一种技术是跟踪微观晶体因加速力引起的应力而产生电压时发生的压电效应。另一种方法是测量微观结构之间施加力时产生的电容差异。

再比如温度传感器。一种设计是使用热电偶，其中两个不同的金属在两端连接，其中一端用于测量。当两端的温度不同时，产生电压。另外还有一种完全不同的设计，使用了热电阻（RTD），例如绕线薄膜，在RTD上施加电流，引起与温度相对应的电阻变化。

传感器可以硬连线到系统另一部分或者也可以是无线的。如果是无线的话，传感器可以与其他数字电路组合，无线发送测量值，并且可以包含电源。传感器可以是简单的独立测量设备，必须连接到其他数字硬件，例如集成电路，使用测量值。或者，在制造期间与数字硬件集成，形成单一封装。

虚拟传感器和传感器融合

传感器和其他微型设备可以不同的方式使用，形成“虚拟传感器”，提供新的或替代的测量方法。例如，Elliptic Labs使用设备扬声器和麦克风，加上我们的Qualcomm® 神经处理SDK，构建使用声音检测运动的虚拟传感器。

另一种方法是“传感器融合”，利用算法分析来自多个传感器的信号，计算结果。融合可以获得仅使用单个传感器或微型设备无法获得的信息。例如，当GPS连接丢失时，加速度计、陀螺仪和罗盘提供的数据可以“融合”，估计出地理坐标。

传感器提供的数据也可以结合业务逻辑提供信息。例如，运行在DragonBoard 410c上的智能葡萄园（Smart Vineyard）项目使用温度、光照和湿度传感器，提供智能农业决策所需的环境数据。

利用传感器做出明智的选择

在选择传感器时，通常要权衡利弊，需要分析业务需求、目标操作环境和以下传感器特性：

· 准确度：传感器测量值与现象真实值的匹配程度

· 精度：传感器重现测量的能力，

· 价格

· 指定操作环境

· 用于测量的机械部件的类型以及使用这种机械装置的利弊

· 预期寿命期内的可靠性

最后，检查设备物理连接与项目物理连接之间的兼容性。例如，DragonBoard 410c夹层板提供各种接口，如I2C、GPIO和SPI，还有电压电平位移。