智能传感器能够更精确、更自动化地收集环境数据，并减少精确记录信息中的错误噪声。这些设备用于各种环境中的监控机制，包括智能电网、战场侦察、勘探和科学应用。

　　智能传感器也是物联网中至关重要的组成部分。物联网技术可以为几乎任何事物提供唯一的标识符，并通过互联网或类似的传感器网络传输来自或关于这些事物的数据。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的组件。这些网络可以包含数千个节点，每个节点都连接到一个或多个其他传感器和传感器集线器以及各个执行器。

　　低功耗移动微处理器通常在物联网环境中提供计算资源。智能传感器至少由传感器、微处理器和某种无线通信技术组成。计算资源是物理设计不可或缺的一部分。仅将数据发送至远程处理的传感器不被视为智能传感器。

　　智能传感器除了主传感器外，还可能包含其他几个组件。这些组件包括换能器、放大器、激励控制器、模拟滤波器、模数转换器和补偿电路，这些电路内置了对不理想的测量值或输出进行校正的功能。智能传感器还包含软件定义的元件，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连接到集成计算资源，以便处理传感器的输入。基础传感器是提供传感功能的组件。它可能被设计用于感测热量、光线或压力。通常，基础传感器会根据应用算法产生模拟信号，该信号必须经过处理才能使用。此过程也称为信号处理。

　　智能传感器的集成技术在信号处理中发挥了重要作用。板载微处理器采用一种称为滤波的技术来消除信号噪声，并将传感器信号转换为可用的数字格式。

　　智能传感器技术还包含集成通信功能，可连接到私有云计算环境或互联网。这使得传感器能够与外部设备通信。

　　智能传感器的用途是什么?

　　智能传感器用途广泛。它们通常用于工业环境，是工业 4.0 以及足球世界杯直播平台官网、机器人技术和其他先进仪器仪表背后的驱动力。

　　工厂使用智能传感器进行诊断。智能温度传感器可确保机器不会过热，振动传感器可监测存在振动松动风险的机器。智能传感器还支持过程控制，例如监控制造过程并进行必要的调整，以达到质量和生产目标。智能传感器可以自动执行这些曾经需要手动完成的任务。

　　智能传感器在现代安防系统的发展中也发挥着关键作用。热成像传感器可以检测入侵者的体温。同样，智能锁、运动传感器以及门窗传感器等设备通常连接到一个公共网络。这使得安全传感器能够协同工作，从而构建全面的安全状态图。它们常用于家庭和工业应用中，以检测各种泄漏。

　　以下是智能传感器的一些其他用途：

　　基础设施。公用事业和能源公司使用智能传感器来管理电网，识别潜在的基础设施问题(例如水管和污水管道泄漏)，并收集能源和公用事业使用数据。

　　农业。智能传感器分析气候，跟踪土壤湿度、环境温度和湿度，以及追踪牲畜。

　　物流。这些应用包括使用 RFID 设备跟踪机动车辆并提高库存管理效率。

　　公共部门。政府机构，尤其是管理智慧城市的政府机构，使用智能传感器来监测交通流量、快速响应紧急情况以及监测空气质量。

　　智能家居。拥有智能家居的消费者使用传感器来追踪和运行恒温器、家电性能、室内外照明以及安防系统。

　　医疗保健。智能传感器收集患者的健康数据，例如心率和血氧水平;监测医院智能医疗系统的性能并提供环境数据。

　　智能传感器有哪些不同类型?

　　目前使用的专用传感器种类繁多。工业物联网环境中常用的智能传感器主要有五种：

　　液位传感器。它们用于测量容器内空间的体积。车辆的燃油表可能连接到液位传感器，用于监测油箱中的燃油液位。

　　温度传感器。它们用于监测组件的温度，以便在温度过高或过低时采取纠正措施。例如，温度传感器可以确保机器不会过热。

　　压力传感器。它们用于监测管道中气体或流体的压力。压力突然下降可能表示存在泄漏或流量控制系统问题。

　　红外传感器。这些传感器用于热成像摄像机和非接触式红外测温仪的温度监测。其他红外传感器是光学传感器，其频率经过调整，使其能够探测红外光谱中的光线。这些传感器用于医疗设备(例如脉搏血氧仪)以及用于远程控制操作的电子设备。

　　接近传感器。这些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，接近传感器可以追踪顾客在店内的活动轨迹。

　　运动传感器。与接近传感器类似，这些传感器可以检测运动;它们通常是楼宇和家庭安防系统的一部分。

　　流量传感器。这些传感器可以监测家庭供水系统是否漏水，并在检测到漏水时发出警报。

　　其他智能传感器可以监测电力消耗、工厂设备的振动、湿度、水分和光照。

　　智能传感器的优缺点是什么?

　　智能传感器具有一系列优势，但也存在挑战和缺点。

　　智能传感器的优势

　　智能传感器的优势在用于条件恶劣或偏远地区数据采集时最为显著。以下优势取决于在最需要的地方部署合适的传感器类型：

　　能源效率和可持续性。智能传感器可以编程，使其对周围环境条件(例如温度、湿度、水分或声学)的细微变化高度敏感或敏感。这些高度精确可靠的测量提供了一定程度的监测和数据采集，有助于提高能源效率和可持续性。

　　在恶劣环境中访问数据。智能传感器可以在人们难以到达或危险的偏远地区采集数据。远程操作的无线智能传感器在具有挑战性的环境中尤其有用。

　　实时、高性能。当需要实时数据时，智能传感器可以一致、快速地采集数据。

　　内置分析和处理功能。与传统传感器不同，智能传感器内置了对接收信号和数据进行分析和处理的功能，从而提高了效率，因为它们需要的外部分析工具或资源更少。

　　智能传感器的缺点

　　智能传感器开发商一直在不断升级其产品以解决其缺点。这些缺点包括：

　　易受篡改和黑客攻击。如果设备的网络安全措施不足，恶意行为者(尤其是那些试图访问用于私人用途的收集数据的恶意行为者)就有可能得逞。

　　成本。许多设备价格昂贵，而且随着时间的推移，所需的维护成本也可能高得令人望而却步。

　　维护。由于数据延迟或其他问题，传感器有时需要重新校准或升级。位于偏远地区或具有挑战性环境中的传感器可能难以维护，维护成本也很高。

　　专业知识。智能传感器系统通常需要具备一定的 IT 专业知识，而并非所有组织都具备这些专业知识。可能需要招聘新员工或进行培训。

　　物联网部署要求。无论是在智能家居还是工业环境中，在部署物联网设备之前都必须考虑其他因素，例如所需的功耗、稳定的在线连接需求以及处理大量数据的能力。

　　智能传感器与基础传感器有何不同?

　　智能传感器包含嵌入式数字运动处理器 (DMP)，而基础传感器则没有。DMP 是集成在传感器中的微处理器。它使传感器能够对传感器数据进行板载处理。这可能意味着对数据进行标准化、滤除电信号中的噪声或执行其他类型的信号调理。无论如何，智能传感器在与外部设备通信之前都会进行数据转换和数字处理。

　　基础传感器是指未配备 DMP 或其他计算资源来处理数据的传感器。智能传感器可以生成可立即使用的输出，而基础传感器的输出是原始数据，通常必须转换为可用格式。

　　智能传感器通常比基础传感器更受欢迎，因为它们本身就具备处理能力。即便如此，在某些情况下，使用基础传感器可能更具优势。如果工程师正在设计设备并需要完全控制传感器输入，那么基础传感器将是更佳选择。基础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。

　　智能传感器的标准、法规和框架

　　由于其日益增长的重要性和应用，已涌现出多项标准、法规、框架和组织，以支持物联网应用中的智能传感器技术：

　　IEEE 1451。IEEE 制定了这些智能传感器标准。1451.0 描述了核心功能和连接要求。该系列的其他标准包括传感器电子数据表和多种通信协议的详细信息。

　　ISO/IEC 21813:2019。该国际标准化组织和国际电工委员会框架允许物联网设备(包括智能传感器)相互交换信息。

　　ISO/IEC 27400:2022。该标准提供了物联网安全和隐私方面的指导。

　　IoXt 联盟认证。这是一个支持制定物联网设备安全管理指南的行业组织。

　　英国《2024 年产品安全和电信基础设施法案》。该法案规定了物联网设备的安全要求。

　　《通用数据保护条例》。这项欧盟法规对收集个人数据的智能传感器提出了要求。

　　美国食品药品监督管理局 (FDA)。该机构对健康相关的智能传感器设备(例如植入物和诊断设备)有相关要求。

　　美国国家标准与技术研究院 (NIST)。NIST 的 SP 800-213 (2021) 标准为美国物联网设备的网络安全制定了指导和要求。

　　智能传感器的未来

　　预计智能传感器应用增长的关键驱动力将是智慧城市、下一代基础设施管理和工业生产管理。其他预计将大量应用的领域包括医疗保健，尤其是可穿戴设备;基于边缘的人工智能技术集成;以及无人驾驶汽车，这些都将依赖于智能传感器提供的信息。预计人工智能也将成为许多市场智能传感器发展的主要驱动力。