傳感器在物聯(lián)網(wǎng)和智能產(chǎn)品領(lǐng)域的技術(shù)支持中發(fā)揮關(guān)鍵作用

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，在過(guò)去的十年里，智能技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）經(jīng)歷了舉世矚目的進(jìn)步，并對(duì)工業(yè)和人們的日常生活產(chǎn)生了巨大影響，這很大程度上得益于越來(lái)越精密的傳感器不斷發(fā)展。如今，電子傳感器和探測(cè)器在汽車、制造設(shè)備、消費(fèi)產(chǎn)品和家庭等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了前所未有的自動(dòng)化功能。移動(dòng)設(shè)備的普及和與其相關(guān)的計(jì)算能力、專用應(yīng)用以及無(wú)形互聯(lián)等因素，均正在推動(dòng)著消費(fèi)者對(duì)更綜合、更智能電子產(chǎn)品的需求提升，從而使其日常生活的各個(gè)方面更加自動(dòng)化。

IoT正推動(dòng)著智能家居技術(shù)領(lǐng)域的快速增長(zhǎng)，并要求更智能的紅外傳感器技術(shù)來(lái)支持日益增長(zhǎng)的智能家居互聯(lián)創(chuàng)新（圖片來(lái)源：Excelitas Technologies）

為了刺激消費(fèi)需求，快速創(chuàng)新帶來(lái)了新一代可以快速、自動(dòng)處理日常運(yùn)行的智能設(shè)備。同時(shí)在不斷進(jìn)步的接口技術(shù)的幫助下，這些設(shè)備可以啟用、禁用和預(yù)編程各項(xiàng)功能。功能越復(fù)雜、越自動(dòng)化，就越要求電子設(shè)備能夠從其運(yùn)行環(huán)境中獲得更多的感知數(shù)據(jù)，例如溫度、動(dòng)作和人員存在等信息，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)運(yùn)行和交互。

紅外探測(cè)

舉例說(shuō)明，空調(diào)和供暖系統(tǒng)是家庭用電中最耗電的部分。使用紅外傳感器的智能恒溫器可以根據(jù)人員動(dòng)作和是否出現(xiàn)來(lái)進(jìn)行控制，以節(jié)省能源并保持氣溫舒適。先進(jìn)的暖通系統(tǒng)（HVAC systems）可以利用紅外傳感器來(lái)掃描房間，產(chǎn)生熱圖并控制空氣溫度。紅外傳感器通過(guò)提供實(shí)時(shí)的環(huán)境必要信息來(lái)自動(dòng)激活和控制恒溫器。通過(guò)提供房間詳細(xì)的熱信息，即使是穿透窗戶的陽(yáng)光的熱量也可計(jì)算在內(nèi)，以精確地計(jì)算出房間的冷熱需求。

運(yùn)動(dòng)檢測(cè)是智能家居產(chǎn)品和系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分（圖片來(lái)源：Excelitas Technologies）

紅外熱傳感器憑借多功能、易于集成、成本相對(duì)低廉且對(duì)人類熱量敏感等特性，因此它們特別適于人機(jī)界面應(yīng)用。紅外傳感技術(shù)領(lǐng)域的重大進(jìn)展有助于簡(jiǎn)化系統(tǒng)集成，以滿足消費(fèi)類產(chǎn)品所需的高競(jìng)爭(zhēng)力和快速上市周期。

紅外運(yùn)動(dòng)熱探測(cè)是入侵警報(bào)和家庭安全系統(tǒng)中傳感器技術(shù)的重要組成部分（圖片來(lái)源：Excelitas Technologies）

隨著產(chǎn)品應(yīng)用的擴(kuò)展，為了滿足智能設(shè)備日益增長(zhǎng)的感知需求，提出了許多迫切需求，包括微型化、軟件控制的靈活性、能效、增強(qiáng)的靈敏度，以及易于集成的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。在許多情況下，這些改進(jìn)可以相互作用，相互促進(jìn)。

微型化

消費(fèi)者的需求趨向于對(duì)更緊湊且方便的智能設(shè)備的持續(xù)迭代，即更小的尺寸和更低的存在感。因此，隨著智能技術(shù)在家庭和個(gè)人設(shè)備中的實(shí)用性能越來(lái)越高，原始設(shè)備制造商（OEM）正在尋找將更多技術(shù)和功能封裝在更小器件中的方法。這意味著需要既緊湊又足夠?qū)嵱玫母〉膫鞲衅髟驮O(shè)計(jì)，以使智能系統(tǒng)本身幾乎無(wú)形的存在于我們的身邊。其目標(biāo)是盡可能地節(jié)省空間，將盡可能多的器件集成到其應(yīng)用環(huán)境中。與傳統(tǒng)集成透鏡的晶體管封裝（TO封裝）設(shè)計(jì)相比， Excelitas的SMD（表面貼裝器件）紅外熱探測(cè)器等新型封裝可顯著地縮小尺寸，從而提高了空間效率。

SMD封裝支持機(jī)器組裝型生產(chǎn)，因而，更適于滿足快速增長(zhǎng)的消費(fèi)類細(xì)分市場(chǎng)所需求的高效生產(chǎn)線。

SMD封裝傳感器的尺寸更小，因此每平方毫米可以容納更多的微型傳感器，以支持日益緊湊的電子主機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)。與更小尺寸相一致的是需要縮小光學(xué)系統(tǒng)，使其盡可能地小。傳統(tǒng)上用于提供遠(yuǎn)程探測(cè)應(yīng)用所需性能的Fresnel（菲涅爾）塑料透鏡，相當(dāng)龐大。為了實(shí)現(xiàn)微尺寸器件而縮小這些透鏡時(shí)，紅外傳感器必須通過(guò)更高的靈敏度來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。

專有傳感器襯底設(shè)計(jì)的進(jìn)步和發(fā)展，正在大幅提升傳感器面積，這意味著靈敏度的提高（如更快速地觸發(fā)較弱的事件信號(hào)）和有效傳感范圍的擴(kuò)展。如今最新的SMD傳感器設(shè)計(jì)完全能夠無(wú)需笨重的放大鏡或窗口，在三米范圍內(nèi)有效的進(jìn)行事件檢測(cè)，從而在主機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中進(jìn)一步提升空間效率。

改進(jìn)的信號(hào)處理

微型化、增強(qiáng)的傳感器靈活性和軟件控制功能，促進(jìn)了智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)的空間利用和多功能性。先進(jìn)的專用集成電路（ASIC）和改進(jìn)的數(shù)字紅外傳感器技術(shù)的信號(hào)處理，現(xiàn)在可使紅外傳感器監(jiān)測(cè)和探測(cè)多個(gè)因素，并區(qū)分動(dòng)作探測(cè)事件與存在監(jiān)測(cè)。這可以簡(jiǎn)化在主機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)中使用各類傳感器點(diǎn)的能力，并將來(lái)自不同位置的專用數(shù)據(jù)傳遞到主機(jī)系統(tǒng)的中央控制區(qū)。

舉例來(lái)說(shuō)，在智能家居的暖通空調(diào)控制系統(tǒng)（HVAC control system）中，傳感器網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)探測(cè)人類的進(jìn)入使系統(tǒng)從“待機(jī)”模式中激活，在特定激活區(qū)域監(jiān)控人類是否存在，當(dāng)人們進(jìn)入智能家庭的其他區(qū)域時(shí)探測(cè)到運(yùn)動(dòng)、并最終監(jiān)控／報(bào)告整個(gè)家庭的環(huán)境溫度，且將如日照移動(dòng)、夜幕降臨或者天氣波動(dòng)等變量的影響都計(jì)算在內(nèi)。正是此類網(wǎng)絡(luò)的集成將持續(xù)推動(dòng)數(shù)字傳感器的發(fā)展，并擴(kuò)展紅外傳感技術(shù)在消費(fèi)領(lǐng)域的應(yīng)用。

延長(zhǎng)的電源效率

優(yōu)化傳感器的能源需求，不僅延長(zhǎng)了遠(yuǎn)程及移動(dòng)智能設(shè)備的使用壽命，而且，它還將通過(guò)顯著降低電力需求來(lái)減小設(shè)備的尺寸。鋰電池極大地提高了設(shè)備的可移動(dòng)性，起先是智能手機(jī)使用小型高效的可充電電池，目前市面上還有電動(dòng)汽車和電動(dòng)自行車等其他產(chǎn)品在使用。在家用設(shè)備中，鋰電池驅(qū)動(dòng)的智能產(chǎn)品和系統(tǒng)正在減少對(duì)硬連線設(shè)施的需求。電燈開(kāi)關(guān)、電話、門(mén)鈴和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）攝像頭只是其中的幾個(gè)例子。

Excelitas的低功耗DigiPyro 1500系列傳感器經(jīng)過(guò)改進(jìn)可利用1．8伏電源運(yùn)行，以延長(zhǎng)其現(xiàn)場(chǎng)使用壽命，并降低了智能家居和便攜式電子設(shè)備的電力需求，提高了空間經(jīng)濟(jì)性（圖片來(lái)源：Excelitas Technologies）

對(duì)于這些設(shè)備，充電前的可運(yùn)行時(shí)間成為一項(xiàng)重要指標(biāo)。例如，IP攝像頭可安裝在不影響用戶日常充電的位置上進(jìn)行充電。這使得鋰電池能夠提供數(shù)月或數(shù)年的電池運(yùn)行時(shí)間。為了使電池驅(qū)動(dòng)型設(shè)備充分利用低電壓優(yōu)勢(shì)，許多微處理器現(xiàn)已支持1．8伏運(yùn)行。低電流消耗可使整體電力預(yù)算減少，因此可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期運(yùn)行。這就要求開(kāi)發(fā)“支持1．8伏運(yùn)行且需要更少電流的”新型傳感器，最近才在該技術(shù)上取得突破進(jìn)展。

更高的靈敏度

電源效率和性能的一個(gè)重要方面就是無(wú)源傳感器在“睡眠”模式下的運(yùn)行能力，不僅需要在待機(jī)狀態(tài)下能耗盡可能低，而且要求具有快如閃電的喚醒功能來(lái)激活主機(jī)智能設(shè)備。

例如，對(duì)于安全或家庭監(jiān)控?cái)z像頭來(lái)說(shuō)，這可以使應(yīng)用效果大不相同——如攝像頭可被設(shè)置從待機(jī)模式“喚醒”，并快速自動(dòng)對(duì)焦，從而在視野范圍內(nèi)捕捉到有意義的動(dòng)作圖像。由于設(shè)備只有在探測(cè)到人的存在時(shí)才使用全功率，因此這樣既可延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，也可減少設(shè)備所需能耗。

即使當(dāng)設(shè)備處于睡眠模式時(shí)，為達(dá)到必要的喚醒和快速激活，也需要精確的靈敏度。通常情況下，這些應(yīng)用使用的使熱釋電探測(cè)器和傳感器。它們可為遠(yuǎn)程運(yùn)動(dòng)探測(cè)提供高靈敏度和高頻率響應(yīng)。將運(yùn)動(dòng)信號(hào)直接傳送給微處理器，實(shí)現(xiàn)最好的響應(yīng)和靈敏度，然后可以用基于環(huán)境條件和設(shè)置的軟件程序來(lái)處理。

智能產(chǎn)品領(lǐng)域節(jié)湊快且多變。OEM在短時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)和推出產(chǎn)品的能力，對(duì)產(chǎn)品的成敗有很大影響。

OEM設(shè)計(jì)工程師需要易于集成的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)更短的產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期。開(kāi)發(fā)時(shí)間可以通過(guò)利用帶有現(xiàn)成設(shè)計(jì)模塊的電子設(shè)備來(lái)進(jìn)行集成，由于當(dāng)今大多數(shù)電子設(shè)備都專注于數(shù)字技術(shù)，因此最好就是數(shù)字技術(shù)。這就意味著各種各樣的傳感器都需要數(shù)字化，并且能與周圍電子設(shè)備進(jìn)行通信。

在日常生活中，智能設(shè)備將繼續(xù)不斷增長(zhǎng)，并獲得越來(lái)越多的角色。電池驅(qū)動(dòng)的開(kāi)關(guān)、IP攝像頭和安全燈提升了生活和工作環(huán)境的總體安全性和便利性，同時(shí)也提高了能源效率。當(dāng)通過(guò)IoT連接時(shí)，整個(gè)性能將變得更加智能和方便。

更重要的是，基于存在和運(yùn)動(dòng)的環(huán)境適應(yīng)將成為一種商品。在新應(yīng)用中對(duì)更復(fù)雜的交互式需求將推動(dòng)包括上述傳感器技術(shù)創(chuàng)新在內(nèi)的各類技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。傳感器，尤其是紅外傳感器，無(wú)疑將繼續(xù)在IoT和智能產(chǎn)品領(lǐng)域的技術(shù)支持中發(fā)揮關(guān)鍵作用。