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前 言

《福布斯》雜志：當(dāng)前，甚至今后幾十年內(nèi)，影響和改變著世界經(jīng)濟格局和人們生活方式的10大科技產(chǎn)品，傳感器列為10大科技產(chǎn)品之首，說明傳感器的春天已經(jīng)來臨！

物聯(lián)網(wǎng)是將各種信息傳感設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需要智能感知、識別和通訊等技術(shù)支撐，而感知的關(guān)鍵就是傳感器及相關(guān)技術(shù)。智能家居控制系統(tǒng)是“心臟”，而傳感器是整個控制系統(tǒng)的“脈絡(luò)”，掌握著整個系統(tǒng)的“中樞神經(jīng)”，傳感器技術(shù)的發(fā)展對于智能家居飛速發(fā)展的作用非同小可。

從產(chǎn)業(yè)鏈來看，傳感器上游主要為各種零部件等以支撐感知層；中游是以光傳輸、通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等構(gòu)成的傳輸層；下游是應(yīng)用層，其中以物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的各項應(yīng)用為主，其中智能家居就是極其重要的板塊之一。

智能家居傳感器是家居中的“眼鼻耳”，因為智能家居首先離不開對居住環(huán)境“人性化”的數(shù)據(jù)采集，也就是說把家居環(huán)境中的各種物理量、化學(xué)量、生物量轉(zhuǎn)化為可測量的電信號裝置與元件。

智能家居領(lǐng)域需要使用傳感器來測量、分析與控制系統(tǒng)設(shè)置，家中使用的智能設(shè)備涉及位置傳感器、接近傳感器、液位傳感器、流量和速度控制、環(huán)境監(jiān)測、安防感應(yīng)等傳感器等技術(shù)。

為精準解讀國內(nèi)目前家庭范疇內(nèi)的智能傳感器應(yīng)用現(xiàn)狀，《智能家居》雜志、數(shù)智網(wǎng)、智能頭條發(fā)起聯(lián)合編制《2019家庭智能傳感器白皮書》，旨在全面梳理家庭內(nèi)傳感器的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

點擊圖片，獲取《2019家庭智能傳感器白皮書》完整版

傳感器的技術(shù)應(yīng)用

01

環(huán)境類傳感器的技術(shù)應(yīng)用

（1）氣體傳感器的技術(shù)平臺

氣體傳感器的技術(shù)平臺包括：電化學(xué)氣體傳感器、催化燃燒氣體傳感器、半導(dǎo)體氣體傳感器、紅外氣體傳感器、光電離氣體傳感器，可以檢測甲醛、CO2、CO等有毒氣體，也可以檢測天然氣CH4等可燃氣體，同時還能檢測各種VOC等揮發(fā)性的有機物。

（2）甲醛傳感器

電化學(xué)平臺（傳感器正反電極電流大小與甲醛濃度呈正比關(guān)系）和半導(dǎo)體平臺（甲醛氣體附著在金屬氧化物表面，金屬氧化物的電阻變低，且電阻值的變化量與甲醛濃度有關(guān)）。

（3）一氧化碳/煤氣傳感器

電化學(xué)平臺（傳感器正反電極電流大小與甲醛濃度呈正比關(guān)系）與半導(dǎo)體平臺（同甲醛傳感器，但是金屬氧化物的材料和工作溫度不同）。

（4）甲烷/天然氣傳感器

半導(dǎo)體平臺(同甲醛和一氧化碳)、催化燃燒平臺、紅外平臺（朗伯比爾定律）。

（5）二氧化碳傳感器

?紅外技術(shù)平臺（朗伯比爾定律）

?使用壽命長：＞5年

?抗交叉干擾能力強：通過紅外特征敏感元件排除干擾

?對氧氣沒有要求：在缺氧的環(huán)境下也能正常工作

?能夠測量高濃度氣體：能夠測量100%濃度的可燃氣體

?不會中毒：不受鉛化物、硫化物、硅類等影響

?校準周期長：紅外氣體傳感器的漂移量很小，穩(wěn)定性好

?相比較于其他氣體傳感器，價格稍高

（6）VOC傳感器

VOC主要是指以苯類、烴類為主的揮發(fā)性有機物，VOC測量值是多種揮發(fā)性有機物的綜合反應(yīng)。

半導(dǎo)體技術(shù)平臺（VOC氣體附著在金屬氧化物表面，金屬氧化物的電阻變低，且電阻值的變化量與VOC濃度有關(guān)）。

（7）空氣質(zhì)量傳感器

半導(dǎo)體技術(shù)平臺（空氣中的污染氣體附著在金屬氧化物表面，金屬氧化物的電阻變低，且電阻值的變化量與污染氣體濃度有關(guān)）。

空氣質(zhì)量傳感器的金屬氧化物材料和工作溫度不同，這個傳感器的金屬氧化物選擇性差，對很多污染氣體(甲醛、苯、氨氣、香煙煙霧、香水)都有反應(yīng)，并以此綜合反應(yīng)來表征空氣質(zhì)量）。

（8）異味傳感器

半導(dǎo)體技術(shù)平臺（環(huán)境中異味氣體如VOC、氨氣等，附著在金屬氧化物表面，金屬氧化物的電阻變低，且電阻值的變化量與異味氣體濃度有關(guān)）。

異味傳感器的金屬氧化物材料和工作溫度不同，這個傳感器的金屬氧化物選擇性差，對VOC和氨氣等異味氣體均有反應(yīng)，并以此綜合反應(yīng)來表征異味。

（9）PM2.5傳感器

紅外散射平臺（LED發(fā)射出光線遇顆粒物產(chǎn)生散射光，接收傳感器檢測到散射光的光強，輸出信號，通過光強大小判斷顆粒物的濃度）。

激光散射平臺：激光器發(fā)射出光線遇顆粒物產(chǎn)生散射光，接收傳感器檢測到散射光的光強，輸出信號，通過光強大小判斷顆粒物的濃度。

（10）煙霧傳感器

離子式技術(shù)平臺（利用電離室離子流的變化基本正比于進入電離室的煙霧濃度來探測火災(zāi)的，考慮到放射源的回收和輻射等問題，國內(nèi)已經(jīng)不生產(chǎn)。）。

光電式技術(shù)平臺（沒有煙塵時，紅外光源發(fā)出的紅外光無法被光敏元件接收，當(dāng)煙塵進入氣室后，紅外光源的紅外光被煙塵粒子散射，散射光被光敏元件接收，散射光的強弱與煙的濃度呈正比；光電式是目前主流的技術(shù)平臺，相比于離子式，價格會稍微偏高。）

（11）溫度傳感器

（12）濕度傳感器

（13）照度傳感器

02

安防類傳感器的技術(shù)應(yīng)用

（1）人體移動感應(yīng)傳感器（PIR）

絕對零度以上的物體（包括人體），都在對外發(fā)射紅外線；濾波片用以濾掉不需要的波長，保留需要的波長；熱釋電效應(yīng)：紅外線間歇地照射，表面溫度上升△T，晶體內(nèi)部的原子(電子&空穴)排列將產(chǎn)生變化，引起自發(fā)極化電荷，在上下電極之間產(chǎn)生電壓△U。

（2）人體存在感應(yīng)傳感器

絕對零度以上的物體（包括人體），都在對外發(fā)射紅外線；濾波片用以濾掉不需要的波長，保留需要的波長；熱電效應(yīng)：紅外線照射（不管間歇照射，還是持續(xù)照射），表面溫度上升△T，傳感器電極之間產(chǎn)生電壓△U；靜止或者移動的人，都可以檢測出來。

（3）門磁傳感器

磁鐵離干簧管很近時，由于磁鐵的磁力使得干簧管內(nèi)觸點斷開，電路處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)磁鐵離干簧管較遠時甲烷模組，干簧管因沒有磁力作用，觸點閉合接通電路，蜂鳴器報警。

（4）水浸傳感器

接觸式水浸傳感器利用液體導(dǎo)電原理進行檢測，正常時兩極探頭被空氣絕緣，在浸水狀態(tài)下探頭導(dǎo)通。

03

安防類傳感器的技術(shù)應(yīng)用

（1）硬件和算法

電化學(xué)傳感器輸出的信號非常微弱，對硬件設(shè)計提出很高的要求，避免外界對信號的干擾。

不同種類電化學(xué)傳感器的驅(qū)動電路差別很大，對硬件設(shè)計要求也非常高。

溫濕度對絕大部分傳感器的影響非常大，因此傳感器的溫濕度補償算法非常重要甲烷模組，大多數(shù)傳感器的輸出信號都是非線性的，因此線性補償算法也非常關(guān)鍵。

（2）標定平臺

?標氣制備

?標定工裝

?標定模型

?不同類別的傳感器

?標定差異很大

04

通信技術(shù)

（1）目前主流的傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：RF、Zigbee、Wi-Fi、Bluetooth、LoRa、NB-IoT、RS485等。

（2）協(xié)議優(yōu)勢

RF：沒有方向性，可以不“面對面”控制、距離遠，可達數(shù)十米。

Zigbee：主要特色有低速、低耗電、低成本、支持大量網(wǎng)上節(jié)點、支持多種網(wǎng)上拓撲、低復(fù)雜度、快速、可靠、安全。

Wi-Fi：更強的射頻信號、功耗更低、安全性高。

Bluetooth：低功率，便于電池供電設(shè)備工作；便宜，可以應(yīng)用到低成本設(shè)備上；同時管理數(shù)據(jù)和聲音傳輸；低延時。

LoRa：靈活、布設(shè)更快，成本更低，應(yīng)用場景多樣化。

NB-IoT：海量連接、深度覆蓋、成本低、超低功耗、穩(wěn)定可靠。

RS485：RS-485總線被應(yīng)用的非常廣泛。RS-485采用半雙工工作方式，支持多節(jié)點、遠距離和棘手高靈敏度的標準，抗噪聲干擾性好。

（3）協(xié)議趨勢：目前家庭智能傳感器已經(jīng)可以同時支持多種通訊模式。

05

傳感器芯片

陀螺儀、MEMS、磁傳感器、電流傳感、電子羅盤、光電傳感、紅外傳感、霍爾傳感、集成模塊、熱敏傳感、位移傳感、溫度傳感、壓力傳感、觸摸屏控制、加速度傳感、氣體傳感、CIS（CMOS圖像傳感器）

06

傳感器模組

傳感器模組是傳感器經(jīng)過二次開發(fā)后可以存儲信號的傳感器，如紅外符合氣體傳感器模塊、顆粒物傳感器模塊、甲烷傳感器模塊、VOC傳感器模塊、異味傳感器模塊、空氣質(zhì)量傳感器模塊、一氧化碳傳感器模塊、甲醛傳感器模塊。

07

云計算

云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式甲烷模組，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動態(tài)易擴展且經(jīng)常是虛擬化的資源。云計算支持用戶在任意位置使用終端獲取相應(yīng)的服務(wù)，這樣就意味著用戶可以隨時隨地控制自己的家居。

智能家居其實就是一個家用小型的物聯(lián)網(wǎng)，需要通過各類傳感器采集相關(guān)性信息，通過分析一氧化碳報警器，反饋實現(xiàn)相關(guān)功能，而智能家居的穩(wěn)定性，可靠性，在很大程度上建立在良好的硬件條件基礎(chǔ)上，如果沒有容量足夠大的的存儲設(shè)備，將會造成信息難以存儲，甚至遺失。所以高性能的傳感器和大容量的云計算服務(wù)將極大的促進智能家居的發(fā)展。

08

人工智能

傳感器是人工智能最基礎(chǔ)的硬件，類似于人類的感覺獲取器官。大量的傳感器即可實現(xiàn)“感知+控制”，而家庭自動化=感知+控制，這種層面的信息交互與人機交互，還多需人的參與。而人工智能將人類的邏輯大腦賦予機器，實現(xiàn)“感知+思考+執(zhí)行”，最終上升到這種層次。

深度結(jié)合下人工智能傳感器，例如家里的空調(diào)不單單依靠溫濕度傳感器進行自我調(diào)節(jié)，還可以通過家庭成員的識別來自動選擇模式，比如風(fēng)向的調(diào)節(jié)，針對小孩、老人溫度的調(diào)節(jié)。這些新技術(shù)將帶來無限大的想象空間，再結(jié)合機器增強學(xué)習(xí)的算法，將提供深度體驗。

傳感器的應(yīng)用場景

01

環(huán)境傳感器實現(xiàn)的智能化場景

?廚房安全監(jiān)控聯(lián)動

?空氣質(zhì)量監(jiān)控聯(lián)動

?衛(wèi)生間異味聯(lián)動

?濕度傳感器的聯(lián)動

濕度傳感器可以聯(lián)動烘干或者加濕器，從而提升智能家居的環(huán)境?？梢?，在智能家居中，通過濕度傳感器，可以實現(xiàn)對濕度的控制，從而避免家居的損壞或者對人體的皮膚造成損傷。

02

安防傳感器實現(xiàn)的智能化場景

?全屋安防監(jiān)控聯(lián)動

?門窗磁/智能門鎖場景聯(lián)動

門窗磁開關(guān)傳感器與智能門鎖結(jié)合，就可以完全判斷門的鎖定狀態(tài)氧氣報警器，智能門鎖可以判斷是否上鎖但無法判斷門是否關(guān)好，而門窗傳感器可以傳感門是否關(guān)好但無法判斷門是否上鎖，所以兩者結(jié)合，就可以更好的判斷門的狀態(tài)。

門窗磁還可以應(yīng)用在櫥柜、冰箱、保險柜等開合處，避免窗戶忘關(guān)、小孩爬窗、小孩出門、保險柜被盜等各種場景需求。

?人體移動/存在傳感器

觸發(fā)報警及各種需求場景。完成復(fù)雜的開店工作，大大節(jié)省了人工和時間成本。

2019年9月11日，第七屆國際物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)峰會——智能傳感與智慧生活創(chuàng)新應(yīng)用高峰論壇將于溫州·樂清天豪君瀾大酒店舉辦。

本屆國際物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)峰會繼前六屆國際物聯(lián)網(wǎng)與傳感技術(shù)及應(yīng)用高峰論壇之后，由國家工業(yè)信息安全發(fā)展研究中心、溫州市人民政府、德國傳感與測量技術(shù)專業(yè)協(xié)會等聯(lián)合有關(guān)單位舉辦的全球性物聯(lián)網(wǎng)與傳感技術(shù)峰會。其中，智慧生活分論壇活動旨在推進傳感技術(shù)在智能家居產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，促進國內(nèi)外傳感器技術(shù)應(yīng)用交流，創(chuàng)造生態(tài)合作契機。

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