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物聯網發展推助傳感器應用七十二變

2015-11-11 10:26 [傳感器] 來源于:互聯網
導讀: 隨著物聯網發展升溫,感測器的重要性也與日俱增,需求亦跟著水漲船高。物聯網裝置開發商已開始引進動作、聲音、影像、溫度、濕度、氣壓、氣體、紫外線等各式感測器,以實現小

        隨著物聯網發展升溫,感測器的重要性也與日俱增,需求亦跟著水漲船高。物聯網裝置開發商已開始引進動作、聲音、影像、溫度、濕度、氣壓、氣體、紫外線等各式感測器,以實現小型氣象站、室內導航等多樣化智慧應用。

       自1990年至今,MEMS感測器的應用有三波演進;一開始內建在汽車的安全氣囊中,而后則是用于消費性電子內(例如任天堂的Wii),第三波演進便是物聯網崛起。

       串聯萬物 感測器圍繞你我生活

       感測器是一種可以感知周遭環境的裝置,可將收集而來的資訊轉換成電子訊號,讓系統進一步分析該訊息。其應用廣泛且種類眾多,光是攜帶型智慧裝置中便內建動作、光線、互補式金屬氧化物半導體(CMOS)影像及壓力等多種感測器。

       物聯網的概念出現后,感測器開始大舉進駐人類生活。感測器的應用范圍小至可吞食的藥丸,抑或是大到可讓整座智慧城市(Smart City)中基礎建設各自“擁有智慧”,并且互相連結。

       事實上,智慧城市的建造,并不是全然以新的基礎設施取代現有的設施,而是可將原本只有單一用途的基礎設備轉換成多功能的建設;而這些多功能的建設中,感測器就擔任要角。

       舉例來說,采用高通(Qualcomm)3G數據機(Modem)的BigBelly智慧垃圾桶,在垃圾須要清空或是快要發出臭味時,其內建的感測器可透過全球定位系統(GPS)將收集到的數據發送到監控中心,藉此通知清潔人員何時應該要來處理垃圾。 除此之外,城市的智慧感測裝置可以收集并傳送周遭環境的交通狀況與污染程度的訊息。

       針對城市交通的部分,智慧型的計費表可以接受硬幣、信用卡、近距離無線通訊(NFC)智慧型手機,以及行動支付來繳清停車費用;如此一來,當市民找到停車位時不再需要爭先恐后的將硬幣投入停車計費表中。而這些智慧計費表還配備了車輛感測器,藉此可在城市應用程式(City App)中傳遞訊息,讓駕駛人不必兜一圈才能找到停車位。

       意法半導體技術行銷經理蘇振隆表示,環境感測將是下一波MEMS感測器趨勢。近年來消費者對于生活周遭的環境品質要求上升,因此帶動一波環境感測器的需求上漲。

       動作感測就定位 感知環境新方向

       在智慧型手機以及穿戴式裝置應用中,陀螺儀(Gyroscope)、加速度計和磁力計等動作感測器(Motion Sensor)已發展成熟。制造商們開始找尋創新應用,意法半導體(ST)與Bosch Sensortec皆認為,環境感測器(Environmental Sensor)將是接下來微機電系統感測器一大重要發展方向。

       意法半導體技術行銷經理蘇振隆表示,環境感測將是下一波MEMS感測器趨勢。近年來消費者對于生活周遭的環境品質要求上升,因此帶動一波環境感測器的需求上漲;無論是濕度(Humidity)、海拔高度、大氣氣壓(Pressure)、紫外線(UV),以及溫度(Temperature)都可藉由環境感測器測得。

       Bosch Sensortec亞太區總裁百里博表示,未來內建于智慧型手機的環境感測器功能,將包括計算使用者消耗的卡路里數、顯示位置的海拔標高、空氣中的濕度、當下氣溫,以及感測環境中的光線等。

       據了解,意法半導體開發出的紫外線感測器,已被用于化妝包、帽子、發飾,以及高爾夫球桿中。由于現代人怕皮膚直接接觸有害光線,但是無從得知當下環境UV指數是否超標,因而有廠商想出在這些產品中,提醒使用者是否適合曝曬在太陽底下。

       Bosch Sensortec亞太區總裁百里博(Leopold Beer)也表示,未來內建于智慧型手機的環境感測器功能,將包括計算使用者消耗的卡路里數、顯示位置的海拔標高、空氣中的濕度、當下氣溫,以及感測環境中的光線等;為了滿足物聯網往后的應用需求,該公司會將物聯網的感測器發展主力放在動作及環境感測上。

       由于現在生活環境中空氣污染嚴重,所以在環境感測器的應用中,氣體(Gas)相關應用將會是環境感測器未來的關注目標。由于消費者希望藉由此類感測器得知生活中空氣污染物、有毒氣體及細懸浮微粒(PM2.5)的含量是否已達到危害人體的界線;另一方面,氣體感測器也可作為酒精濃度偵測器。

       行動裝置應用成熟 智慧家電加速跟進

       隨著行動裝置中的感測器應用發展日益成熟,消費者的需求開始慢慢擴張,現在智慧家電亦開始加速感測器的相關應用。

       蘇振隆表示,目前濕度感測器應用于家電類產品居多,例如除濕機與智慧冰箱都須要感應空氣中的濕度高低?,F階段若是環境太過潮濕,手機可以提醒使用者應開啟除濕機。但在進入物聯網的時代后,使用者希望物品可以自動化,所以未來將感測器加入機器中,將可做到濕度提高時除濕機會自動運作;而冰箱也須自動偵測空間內濕度才得以做出濕度控制,以防食物產生脫水現象。

       奧地利微電子臺灣區總經理李定翰表示,智慧照明可藉由感測熱能,自動感應使用者進出狀態,確實地開啟或是關閉燈泡電源,以便做到真正的節能。

       蘇振隆補充,濕度感測器也可以應用于汽車的雨刷,若是下雨或是有液體噴濺到車窗上,感測器可以自動啟動雨刷,排出擋風玻璃上的液體。

       奧地利微電子(ams)臺灣區總經理李定翰(圖3)表示,智慧電燈(Smart Lighting)可藉由感測熱能,自動感應使用者進出室內的狀態,確實地開啟或是關閉燈泡電源,以便做到真正的節能;相較之下,以往利用紅外線感應物體的經過來決定電燈開起的設計,則容易因為物體長時間未有移動,而自己熄滅。

       掌握心率/血氧/血壓 光學式生物感測器“看透”你

       光學式生物訊號感測器(Biosensor)需求飆漲。近年來,消費者開始注重自身生理健康,一般穿戴式裝置中簡單的計步與睡眠監測功能早已不能滿足使用者需求,透過不同波長的發光二極體(LED)照射在皮膚上來測量心率、血壓及血氧等生理數值才是穿戴式裝置的發展趨勢。

       李定翰表示,近年來資訊科技(IT)大廠開始跨領域購并醫療與生物相關的廠商,原因是看好未來光學式生物訊號感測器的需求會持續上升。

       據了解,手機市場已經趨近飽和,所以穿戴式的應用將會是此類感測器的成長方向;再加上今年初蘋果智慧手表(Apple Watch)上市以來,帶動了一股穿戴式的風潮。各家廠商開始推出內建光學式生物訊號感測器的手表/腕帶式的裝置,讓消費者可透過螢幕或是搭配的行動應用程式(APP),來監測自身的身體狀況。

       光學式生物訊號感測器是透過光照在使用者的皮膚上,光線被人體中的組織、骨骼與血管吸收、打散及反射,感測器則是偵測這些反射光來收集數據。常見的紅光波長(850~940nm)不適合手表/腕型裝置使用,因手腕不像指尖與耳部有血量豐沛的微血管;綠光波長(525nm)、黃光波長(590nm)是目前市面上常見的解決方案。

       確保長時間運作 低功耗成感測器發展重點

       不論是何種應用層面,“低功耗”皆為感測器的重要發展趨勢。舉例來說,穿戴式裝置受到體積與重量的限制,其微控制器(MCU)與MEMS感測器等元件開發商,紛紛推出超低功耗、小體積、高精確度,以及高整合度的解決方案。

       亞德諾(ADI)半導體亞太區MEMS市場經理趙延輝表示,2015年開始手機市場成長趨緩,未來感測器的應用發展應朝向低功耗與小尺寸的穿戴式市場邁進。

       據了解,大部分的穿戴式裝置感測器需要極低功耗,原因是為因應消費者的便利性需求;因為穿戴式產品需要長時間待機,以備使用者隨時可喚醒使用其功能;而智慧手表則須要一天充電一次,這對大部分的使用者來說便利性偏低。

       另一方面,若是應用于智慧家庭(Smart Home)中,安裝于燃氣表的感測器,須要長時間監測何時地牛翻身,方可自動切斷燃氣供應;但由于地震來臨的不確定性,所以感測器可能需要為期5~10年的待機時間。

       據悉,極低功耗的感測器應用十分廣泛,不少廠商開始推出道路周邊碰撞感測器。此類感測器可安裝于人煙稀少的路上,若是駕駛人在開車的過程中發生意外,感測器可自動感應環境中不正常的碰撞,可直接通報道路救援系統進行馳援。此類元件需要極低功耗,以備需要時可正常運作。

       QuickLogic產品管理資深總監Frank A. Shemansky, Jr.則認為,感測器的技術挑戰是尺寸、成本,以及其性能(準確性與功率效率等)。該公司推出的感測器處理系統能以少量功耗提供比傳統ARM Cortex-M4F微控制器感測器集線器(Sensor Hub)方案高出80%的運算功能。

       另一方面,Bosch Sensortec也提出未來的感測器愿景是將所有感測功能整合于同一晶片上,同時,該晶片還擁有電池足以供電,以及無線聯網功能。

       除MEMS感測器前景看俏外,影像感測器需求也在物聯網發展風潮的推助下日益走揚,特別是機器視覺與嵌入式視覺技術在未來物聯網應用中將扮演重要角色,因此兼具尺寸與成本優勢的CMOS影像感測器,可望成為實現深度學習等更智慧化功能不可或缺的關鍵元件。

       內建PDAF快速對焦 CMOS影像感測器升級

       就目前發展來看,智慧型手機仍是CMOS影像感測器最大應用市場,因此相關感測器開發商皆不斷推陳出新,以滿足手機市場愈來愈高規格的應用要求。以東芝(Toshiba)為例,不僅致力提升該公司CMOS影像感測器畫素(Pixel)規格,更于其中搭載相位差自動對焦(PDAF)技術,賦予手機相機快速自動對焦、高畫素及高解析等功能。

       臺灣東芝電子半導體行銷部經理周彥勛表示,市場上對于手機相機畫素的要求不斷提升,且希望擁有更豐富功能;目前市面上已有多款智慧手機相機中已有內建PDAF功能,短時間內便可為使用者實現相位自動對焦,且無論是靜態或是高動態范圍都能完整拍攝目標。

       除力拓手機版圖外,東芝也看好汽車市場對影像感測器的需求,積極推出車用解決方案,如日前發布一款全新的兩百萬畫素車用CMOS影像感測器--CSA02M00PB,其配備產業首創的LED閃爍抑制功能,可將LED光源引起的影像閃爍最小化,實現更快速、更精確的影像感測。

       周彥勛指出,以往東芝CMOS影像感測器產品線的發展重心多鎖定智慧型手機和平板裝置等應用,但未來也將擴大延伸至汽車市場,以滿足車用影像感測的發展需求。

       由上述得知,物聯網的發展風潮,帶動了感測器每一個應用層面起飛,各家感測器業者正利用各式解決方案搶拓市場版圖。未來不論是家中、賣場、學校,甚至醫院,皆可看見感測器的蹤跡。

(編輯:admin)

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