英家大咖｜神奇的传感器之不能错过的基础知识篇

走进任何一门学科，我们都需要了解其基本概念、基本理论和方法。那么，就到了记笔记划重点的时候了！今天要讲的是——传感器。

今日专家

没有传感器的生活会有点无助，你信吗？

传感器（Sensor）的历史已经有百余年了，传感器也早已在我们的生活中无所不在，而智能手机的普及更促进了传感器的极大发展，也衍生出了很多传感器的类型。

在现代科技的生活中我们也离不开它了。从早期计算机鼠标的位移传感器、很普及的汽车倒车超声波距离传感器、走路跑步的计步器到在智能手机上常用到的接收声音麦克风、可以感应智能手机与用户脸部之间距离进而控制屏幕亮灭达到省电作用的距离传感器以及会自动调整屏幕亮度的光线传感器等，都展现出传感器默默地带给我们生活上的便利，而这些便利我们早已习以为常。

有传感器的装置可以为我们打造更简单的智能化生活，因为传感器能将收集到的信息，如移动、速度、距离、温度、压力、声音和震动等信息，转换成装置能处理的讯号(图一)。 

图一

如此装置能分别模拟人类嗅觉、听觉、视觉与触觉等感官，便能够「闻到」、「听见」、「看见」甚至「感知」环境 (图二)。也如同人类会基于嗅觉、听觉、视觉、触觉获得到信息而进行行动，装置也一样可以根据传感器获得的信息进行控制和处理，搭配并融合不同的传感器，可加速实现智能应用。 

图二

它怎么就“传”了？它怎么就“感”了呢？

这是可以收集到目标的距离、速度和角度基本信息的毫米波雷达传感器(图三)。所谓的毫米波是位于微波与远红外波相交迭波长范围的无线电波，我们把波长为1～10毫米的无线电波称毫米波。毫米波雷达传感器也就是通过天线向外把无线电波(雷达波)发出去，然后接收无线电波回波，根据收发之间的时间差经后方快速准确地处理后测得目标的距离、速度和角度信息，然后根据所测得的目标信息可以进行目标追踪和识别分类。

图三

例如毫米波雷达传感器应用在汽车上(图四)，通过中央处理单元(MCU)进行智能化处理后快速准确地获取汽车车身周围的物理环境信息，例如汽车与其他物体之间的相对距离、相对速度、角度和运动方向等，然后根据所探知的物体信息进行目标追踪和识别分类，进而结合车身动态信息进行数据融合，最终经由中央处理单元(MCU)进行智能处理并做出合理决策后，以声、光及触觉等多种方式告知或警告驾驶员，或及时对汽车做出主动干预，从而保证驾驶过程的安全性和舒适性， 减少事故发生概率。而毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候全天时的特点也很适合应用在汽车上。 

图四

而物联网环境是个通过万物互连所建构的网络环境，替消费者打造更简单的智慧化生活。事实上在物联网环境里除了无线技术提供互联网外，传感器也是实现这一智能物联网愿景的关键之一。

虽然传感器已经不是什么新鲜事了，传感器也早已一直存在于我们的生活中了，从智能手机、物联网智能家庭、穿戴式装置到智能工厂或智慧城市基础设施(图五)，在物联网环境的各种应用都离不开传感器。

图五

就如同物联网中所需要的眼耳口鼻和皮肤之「五感」(图六)，透过MEMS传感器可以准确模拟人类感官，就比如我们英飞凌提供无失真的麦克风、高分辨率的气压传感器以及最小尺寸的CO2环境传感器，可以用来分别模拟人类听觉、触觉与嗅觉等感官。 

图六

英飞凌提供毫米波雷达传感器可以侦测物体的位置、方向、距离与速度，更能够侦测如心跳细微运动、人机互动和手势辨识等新兴仿真人类视觉感官应用。 英飞凌提供3D ToF传感器则以每画素测量深度和振幅的精确度，进一步提供视觉上深度的讯息。因此这些模拟感官都必须依赖不同的传感器来收集数据、测量周边环境信息，再透过互联网络传送至云端，将有益于用户操作的信息传向应用端。就算如今我们已经有相对成熟的传感器技术，这“宝贝”依然还有很多知识仍然需要我们一起学习和继续探讨下去。