在过去的十几年里，世界上的计算机、软件和计算技术发生了翻天覆地的变化。其中比较受欢迎的是手持设备，例如个人电脑、笔记本电脑、智能手机和智能手表。无法想象如果没有计算能力的帮助，我们的生活会是什么样子。奇怪的是，对于隐藏在这种看似智能的机器中的巨大计算潜力，我们仍然只触及皮毛。随着物联网的出现，计算达到新的水平并重新定义“智能”（智能城市如何构建一个更美好的大流行后世界），激动人心的时代才刚刚开始。本文旨在回答以下问题：“传感器“感觉”如何？”并关注传感器工作的物理过程。什么是物联网？顾名思义，物联网是一把涵盖所有类型设备的保护伞。它们要么嵌入系统中，要么作为单独的实体存在。无论如何，关键是他们通过互联网相互交流。这些设备中的每一个都有一个嵌入式发射器和接收器，用于通过Internet进行通信。然而，每个物联网系统都是不同的，可能并不适合所有应用。他们和人类非常相似，每个人都擅长某事，例如，不能指望演员会驾驶飞机，飞行员在电影中表演。同样，不能指望一个物联网系统（和设备）可以做所有事情。因此，工程师设计不同的系统来执行不同的任务以提供最佳结果。在现代商业中，客户为王，所有行业都是如此。因此，系统设计人员总是设计、生产和交付物联网系统以提供良好的用户体验。VeraKozyr的《如何做物联网硬件产品开发》从硬件产品的角度出发，重申了所有利益相关者为创建端到端、即插即用系统所投入的时间和精力。在探索IoT设备的内部结构之前，区分设备和系统很重要。一个设备就像一个个体成员，一个系统就像一个由个体组成的团队。因此，设备是系统的一部分，反之亦然。物联网系统的组件任何系统都是由多个单独的组件（和子组件）组成的，它们协同工作以实现共同的目标。此外，成为系统（团队）的一部分可确保更高的生产力和更好的结果。物联网系统的主要组件包括：感知物理量的传感器控制传感器和其他组件执行的所有动作的现场中央微控制器；Cloud，数据分析和处理，对接收到的数据进行分析和处理；发射器和接收器控制器通过互联网建立不同传感器、传感器和微控制器与中央云服务器之间的通信；用户界面与用户通信并执行用户指示的任务。IoT传感器：通往现实世界的桥梁IoT系统的一个很好的例子是智能手机，它通常包括：用于确定位置的全球定位系统(GPS)模块；感测环境温度的温度传感器；麦克风它可以感应用户的声音；接近传感器用于感应用户与手机之间的距离，并在通话过程中锁定手机。智能手机上的不同应用程序使用不同的传感器。例如，谷歌地图有一个与GPS模块交互并收集位置坐标的用户界面（应用程序）。它通过互联网连接处理数据，以帮助将用户引导至目的地。电池管理系统(BMS)是使用多个传感器的物联网系统的另一个示例。BMS是一种保护和管理电池运行的电子系统。简而言之，它是您电池的私人看守人。传感器就像计算机世界和现实世界之间的网关。因此，传感器需要将它在现实世界中感知到的任何东西转化为计算机可以理解的特殊事物。这两个世界之间的共同联系是电力。因此，我们得出了传感器的技术定义——物联网系统中的传感器感知所需的物理量并将其转换为电信号，直接或通过现场微控制器传输到基于云的中央服务器。物联网传感器是物联网系统中使用的传感器。微机电系统(MEMS)和物联网传感器的传感机制微机电系统(MEMS)是一种微系统技术(MST)，由硅等半导体材料组成，尺寸在微米范围内。大多数检测机械能的传感器都以某种方式使用MEMS技术。加速度计是一个非常典型的例子。这主要是由于快速增长和对计算机的巨大依赖。由于MEMS技术的制造材料是半导体，其主要优点是可以嵌入到集成电路（IC）中。集成电路包括其他计算组件（也由半导体材料构成），这些组件对从传感器接收到的数据起作用。事实上，小尺寸和芯片集成大大降低了成本。您可以花不到250英镑（3.34美元）购买一个基于MEMS的加速度计。此外，基于MEMS的传感器具有高灵敏度和检测微小变化的优势，这在以前是不可想象的。传感机制的类型和工作原理根据应用的不同，系统可以包括一个或多个传感不同物理量的传感器，从而具有独特的传感机制。MEMS技术中将物理变化转换为电信号的两种更流行的传感机制是：1.基于电阻的传感2.电容传感这两种类型的传感机制都采用一个简单的原理——物理量的任何变化都由用于传感器的材料的电阻或电容的变化。因此，物理量的较大变化表明材料的电阻或电容的变化较大，反之亦然。这两种类型之间的主要区别在于这两种机制的工作方式。基于电阻的传感系统使用电阻器，而基于电容的传感系统使用电容。基于电阻的传感机制（使用MEMS技术）一个多世纪以来，我们一直使用电阻来测量、分析、控制和观察各种物理量。前面说过，当一个物理量（如压力）发生变化时，电阻的变化量决定了这个量的变化量。电阻的变化受光电导效应、半导体的热阻效应和压阻效应等物理原理的支配[1]。通过物理几何形状的变化进行感应——材料的电阻取决于其几何形状、长度和横截面积。长度或/和横截面积的任何变化都会直接影响材料的电阻。压阻效应-压阻材料是一种材料，其电阻在经历机械变形（例如被推、拉或挤压）时发生变化。因此，压力、振动和加速度测量物联网传感器通常使用压阻材料。IoT传感器中使用的其他基于电阻的传感机制虽然基于MEMS的IoT传感器对于机械物理量非常有效，但电阻传感器以不同的方式检测非机械量，例如光和温度。因此，传感机制发生变化。光感应-为了检测光，需要一种特殊的光敏材料。植物通过称为光感受器的特殊分子检测光。同样，任何光敏传感器都使用光刻胶，这种材料的电阻会随着光强度的增加而降低。光敏电阻器或通常称为LDR是一种非常流行的用于检测光的物联网传感器。温度传感——与光传感类似，温度传感也需要能够接受环境温度变化的材料。大多数温度传感器由热敏电阻组成，这是一种电阻随温度升高而降低的材料。例如，防止现代锂离子电池过度充电的一个参数是借助热敏电阻检测电池温度。化学传感器——这些传感器用于检测特定的化学物质。该传感器由一个传感层组成，该传感层由一种材料制成，该材料的电阻在与化学物质发生反应时会发生变化。例如，许多物联网系统使用MQ系列（MQ9、MQ2、MQ7等）气体传感器。它检测各种气体的存在，例如一氧化碳、液化石油气和甲烷。图1-基于电阻的传感器到电信号的转换欧姆定律(V=IR)可以说是第二流行的科学方程式，它在电流、电压和电阻之间建立了直接关系。该定律的美妙之处在于电阻的任何微小变化都可以在瞬间转换为电信号（电压或电流）。图2–物理变化到电信号的电阻传感转换因此，每个基于电阻的物联网传感器，包括MEMS技术，都直接或间接地使用欧姆定律。物联网传感器中基于电容的传感机制基于电容的传感机制通过改变材料的电容来捕获物理量的变化，这与电阻一样，取决于材料的物理几何形状。然而，几乎所有基于电容的传感系统主要依赖于物理几何形状的变化——面积、距离和材料的电容容量（用它可以存储的电荷量来描述）。触摸传感器是物联网系统中最常见的电容传感器之一。智能手机使用由许多触摸传感器组成的触摸屏。从本质上讲，它是一种压力传感器，可以检测物理接触产生的压力/力。当屏幕受到物理触摸刺激时，施加的压力会改变屏幕的面积或距离，从而触发屏幕下方电容值的变化。这种电容变化就像一个电子开关，将电信号驱动到下一阶段。图3显示了触摸传感器的工作原理。图3–电容式触摸传感器的2D和3D操作与使用欧姆定律的基于电阻的传感系统类似，基于电容的系统具有将电容变化映射到电压和电流的独特关系。电容式与电阻式传感在电阻式传感中，一些物理量（例如光和温度）需要特殊类型的材料。这有利也有弊，一方面，电阻的变化对于被测量是独一无二的。但另一方面，这种独特性需要完全不同的测量/传感程序。相比之下，大多数基于电容的传感系统保持统一的传感过程，因为变化主要是由于物理几何形状的变化。此外，与电阻传感器相比，它们相对较新，目前仅限于使用MEMS技术的传感机械系统。结论此外，物联网只是传感器设计的一部分。系统必须有效地处理它接收到的数据，并根据用户需求提供以应用程序为中心的结果。目前，物联网传感器已经渗透到制造业，将大部分人工操作自动化，形成了一个全新的分支，称为工业物联网（IIOT）。与个人电脑和智能手机不同，物联网技术尚未给我们的生活带来巨大变化。在此之前，整个物联网生态系统需要继续发展。
