heiman海曼旗艦店 海曼智能家居官方旗艦店
CSHIA微課 | 海曼曾勇剛:智能傳感器如何設計與應用?
Autor: Heiman Technology Time :2019-11-27  Views:


隨著物聯網技術的發展,智能家居的應用也越來越普及。智能傳感器作為智能家居的神經末梢,對智能家居的體驗起著決定性的作用。沒有傳感設備,智能家居就不能實現真正的智能。智能傳感器的應用領域非常廣泛,其覆蓋范圍包括智能制造,智慧城市,智能安保,智能家居,智能運輸,智能醫療等。

  

什么是智能傳感器?

 
智能傳感器概念最早由美國宇航局在研發宇宙飛船過程中提出來,并于1979年形成產品。IEEE協會將能提供受控量或待感知量大小且能典型簡化其應用于網絡環境的集成的傳感器稱為智能傳感器。智能傳感器是帶微處理器的,具有信息檢測、信息記憶以及邏輯分析與判斷功能、并具有通信及管理功能的一類新型傳感器。智能傳感器有自動校零、標定、補償、采集數據等能力。其能力決定了智能傳感器還具有較高的精度和分辨率,較高的穩定性及可靠性,較好的適應性。
 
目前智能家居中常用的智能傳感器有:溫濕度傳感器、氣體傳感器、煙霧傳感器、壓力傳感器、加速度傳感器、光照度傳感器,人體移動傳感器等等。
 

           

 
 

智能傳感器的發展趨勢

 

01

向高精度發展

 
隨著科技的發展,現有的傳感器精度已經不能滿足需求,對傳感器精度要求也越來越高。
 

02

向高可靠性發展

 
傳感器的可靠性直接影響到數據的準確性和用戶的體驗,高可靠性傳感器,需要在抗干擾、適應不同溫濕度環境的變化下能夠長時間穩定的工作。
 

03

向微型化發展

 
目前各種控制儀器設備的功能越來越強,要求各個部件體積越小越好,因而傳感器本身體積也是越小越好。
 

04

向微功耗發展

 
目前智能傳感器很多都是由電池供電,功耗的降低意味著電池的使用壽命就越長,不需要用戶頻繁的更換電池,提升用戶的體驗感。以前煙霧報警器一年就需要更換一次電池,隨著功耗的降低,現在的煙霧報警器一節CR123A的電池可以用到10年以上。
 

05

向復合型發展

 
傳統的傳感器只能探測單一類型的物理量,現在的智能傳感器集成了多個物理傳感器,可以同時探測多個物理量,例如我司的一款智能傳感器就同時具備了溫濕度、光照度、加速度、人體移動的探測,用戶只需要購買一個智能傳感器就能實現多種物理量的探測。
 

06

向網絡化發展

 
網絡化是傳感器發展的一個重要方向,網絡的作用和優勢正逐步顯現出來。網絡傳感器必將促進電子科技的發展。
 
 在智能家居系統中,智能傳感器能解決什么問題?
 
1、數據實時性:在歐美發達國家,目前安防仍然是剛需,政府立法規定住宅必須安裝安防設備,例如煙霧傳感器、一氧化碳傳感器、防盜報警傳感器等,傳統的安防產品,只有人在家里的時候能夠知道有警情發生,如果不在現場就收不到報警信號。在智能時代,我們的每一個安防傳感器的數據都能夠通過物聯網技術第一時間傳到云平臺及用戶的APP。實時掌握家里的安全,避免不必要的損失。
 

 
2、聯動觸發:智能家居想要實現“自動化場景”離不開傳感器的數據信息,這個時候傳感器的數據就可以作為“自動化場景”的觸發條件。例如:我們要實現有人的時候自動開燈,無人的時候自動關燈,這個時候我們就會用到人體紅外傳感器;天氣熱的時候自動開啟空調,就需要溫濕度傳感器的數據。煤氣泄漏的時候自動關閉閥門,用到氣體傳感器。
 
3、為AIoT提供大量的環境數據,并將這些數據發送給AI進行分析和處理。這些數據也是AI進行深度學習的重要養料,協助AI變得越來越聰明,做出的決定也越來越明智。
 

           

 
綜上所述,智能傳感器的用途非常廣泛,可以監測到家中一切的狀況或安全隱患,在必要的時候提醒用戶或觸發緩解隱患的辦法。在智能家居快速發展的今天,越來越多的家居產品走向智能化,為用戶提供安全、便捷的生活體驗,這些智能傳感器有著很大的輔助作用。
  

如何設計一款受市場歡迎的智能傳感器設備?

 
1、首先應該是對產品的完整定義,在設計一款智能傳感器前,我們一定要明確這個產品的使用人群、功能、外觀、無線通訊方式、供電方式、電池壽命,以及成本等等。
 
2、外觀決定著一款產品的成功與否,外觀是留給用戶的第一印象,用戶無法一眼看出產品的內在質量,卻能看出外觀是否新穎、做工是否精細,從而完成對產品的整體定位。外觀設計最主要的任務就是把控好市場的需求、抓住用戶的心理、設計出大多數客戶都能夠接受的產品外觀。智能傳感器的外觀設計,要簡約、小巧,具有現代感,不需要設計的太花哨,要能夠融入到現代家庭的裝修里面。
 

           

 
3、智能傳感器性能的穩定性至關重要,特別是智能安防傳感器,智能傳感器的原理基本都是通過傳感器檢測不同的物理信號,然后轉換成電信號,當電信號比較微弱的時候需要通過信號放大,然后送到MCU進行運算處理,對于符合報警或者需要上報的數據,通過無線通訊技術上報給網關或者云平臺。
 
智能傳感器的穩定性不好,就會容易受到環境的干擾,出現誤報或者漏報,例如人體紅外傳感器,在沒有人的時候上報有人的數據,反過來當有人經過探測區域的時候,又不上報有人的數據,這樣就會嚴重影響到用戶的體驗。
  

造成智能傳感器穩定性不好有哪些因素?

 
1、關鍵元器件的選型。關鍵件是影響智能傳感器性能的主要因素之一。人體傳感器的關鍵器件就是熱釋電紅外傳感器,在選型的過程中,我們要關注它關鍵的一些指標。例如,探測角度,探測距離,抗射頻干擾性能、信噪比等關鍵指標,然后就是菲涅爾透鏡的選擇,在菲尼爾透鏡選擇的時候,我們應該關注它的焦距、探測角度、探測范圍等參數,如果菲涅爾透鏡選擇的不合適,會使人體傳感器的靈敏度大幅下降。
 

 
2、硬件電路的設計及PCB LAYOUT,很多時候,因為關鍵器件的選型不合適,導致探測靈敏度下降,這個時候就會調高硬件放大電路的放大倍數,放大倍數調的太高時,干擾信號也被放大,就會導致傳感器誤報。當PCB LAYOUT不合理時,例如模擬電路和數字電路的布局不合理,信號放大電路的布局不合理,都會導致外界的射頻信號進入到放大器,導致產品誤報。
 
3、信號的處理。市面上有一些比較便宜的人體傳感器,他的信號處理就過于簡單,傳感器信號經過放大后,通過一個比較器進行簡單的比較,超過一個固定的閥值就報警。這樣的處理方式就非常容易產生誤報。我們的人體紅外傳感器采用的方式是,傳感器的信號經過放大后,送到MCU進行AD采樣,將采樣到的信號進行比對,軟件處理上采用動態閥值調節,自動溫度補償,能量分析等算法,能夠準確的識別人體的移動,有較強的抗射頻干擾、光線干擾,做到較高的探測靈敏度,不誤報,不漏報。
 
4、通訊協議的選擇。現在越來越多的智能家居采用無線通訊的方式,目前無線通訊技術有RF315、433、NB-IoT、LORA、Wi-Fi、BLE、 Zigbee等。面對眾多的無線通訊技術,各有各的優缺點,我們該如何選擇呢?這里面有成本的考慮,有功耗的考慮,有安全性的考慮,有穿墻效果的考慮,還有和其他硬件的互通等各種考慮。
 
RF315、433:具有低成本、低功耗、傳輸距離遠、穿墻能力強、頻點單一容易受同頻干擾,網絡通訊安全性低,不能夠自組網等特點,應用在電子玩具、工業控制、無線數據采集等領域。
 
NB-IoT、LORA:具有低功耗,長距離等特點,被應用于公共設施的管理,例如:煙感、水表、氣表、井蓋、路燈和停車等領域應用,實現物聯網通訊。
 

           

 
Wi-Fi具有操作簡單,數據傳輸快,功耗高、一個路由能接入的設備少,被廣泛應用于智能單品和智能家電設備中。
 
BLE即低功耗藍牙,具有低功耗,低成本,短距離,方便與手機連接等特點,基于低功耗特性,BLE被廣泛應用在可穿戴設備、健康監護設備等產品中。從藍牙4.1協議開始,藍牙 mesh產品具備了自組網特征,但藍牙mesh還處在技術積累期。
 

Zigbee基于IEEE 802.15.4標準的低功耗局域網協議,是一個開放的無線網狀網絡技術,具有低功耗、低成本、自組網、安全性高、互聯互通、互操作性強、網絡節點數量大等特點,因此Zigbee被廣泛應用到智能家居領域中。目前全球已經有3000多款產品通過了Zigbee3.0的認證。


  智能傳感器在落地應用中的常見問題
 

安裝問題

 
現在的智能傳感器大多安裝都比較簡單,電池供電的產品都配有3M膠,可以直接貼墻安裝;AC供電的產品都是直接插到220V插座上,對于智能安防傳感器,在安裝時還是有些需要特別要注意的。例如,人體紅外傳感器安裝時,應避免安裝在靠近窗簾的地方,忽冷忽熱的地方,否則就會產生誤報,這是人體紅外傳感器原理決定的。
 
智能燃氣報警器,安裝時應需要了解廚房使用的氣體類別,如果是天然氣,安裝的位置就應該選擇在比泄漏源高的地方,因為天然氣比空氣的比重要輕,泄露時會往上飄;如果使用的是液化石油氣,安裝的位置就需要選擇比泄漏源低的位置,因為液化石油氣的比重比空氣重,在氣體泄漏的時候會往下沉。
 
目前的煙霧報警器大多都采用光電式煙霧傳感器,它的原理是探測煙霧的微小顆粒,通過煙霧顆粒的反射信號來識別煙霧報警,在安裝時應該注意不能安裝在灰塵比較大的地方,油煙比較的大的地方,例如家具廠、廚房等地方。
 
在安裝時還應該考慮信號問題,就拿Zigbee的智能家居來講,如果我們電池供電的智能傳感器離中繼器或網關的距離比較遠,處于通訊距離的臨界點的時候,當傳感器每次醒來的時候就不能在非常短的時間內將數據傳給網關,需要花一定的時間嘗試與網關進行通訊,這樣就會加快電池的使用,本來正常電池可以使用1年,當安裝在信號臨界點的時候電池可能只能使用半年。在這種狀態下,網關也會經常收不到傳感器的信號,導致傳感器離線。 
 
在安裝時需按照設備廠家推薦的通訊距離選擇合適的位置進行安裝,當安裝位置距離網關較遠時,需要在中間的位置加裝一個帶中繼功能的設備,例如:智能開關,智能插座等AC供電的產品,具體要參考設備廠家的說明書了解這些設備是否帶中繼功能。
 

           

 

產品的選型也很重要

 
目前市面上有很多的智能家居產品,價格和品質也參差不齊,我們該如何選擇呢?
 
1、對于智能傳感器來講穩定性是關鍵,那如何判斷產品的穩定性呢?任何產品的穩定都需要一個技術積累的過程,在品牌的選擇上要選擇一些在這個領域發展沉淀多年而且技術實力比較強的公司;其次就是了解關于這些產品的法律法規,是否有通過國家的一些關于產品質量的強制性認證。還有就是這個品牌的產品在行業里面的口碑,這幾個方面都做好了,產品的穩定性就不存在問題。
 
2、無線通訊協議的選擇,目前在智能家居領域應用的比較多的就是Zigbee協議,我們在選擇Zigbee的智能傳感器的時候也需要注意,盡量選擇有通過Zigbee聯盟技術認證的產品,哪些產品有通過認證,可以通過Zigbee聯盟的官網進行查詢。選擇通過Zigbee認證的產品好處就是可以互聯互通、互操作性好,安全性高;沒有通過認證的產品可能存在兼容性的問題,會出現網關不能識別,或者部分功能不能使用,容易離線等問題。
 
3、選擇節能環保型產品。節能環保已成為主題詞,推動節能成為一種消費潮流和產業趨勢,各行各業也都在倡導“節能”、“環?!?。作為智能家居生產廠商,為用戶提供既好用又節能的產品,更是不容忽視。基于物聯網技術和自動化技術的智能家居控制系統,節能環保功能在照明節能中體現的最為突出,可通過各種定時事件管理、感應控制功能、亮度傳感器、人體紅外傳感器、燈光亮度自動檢測等核心手段,實現照明節能等。
 
對于電池供電的產品,一定要考慮到電池使用壽命的問題,電池使用壽命至少要在1年以上,不能頻繁的更換電池,影響到用戶的體驗以及對環境造成的污染。
 

更多精彩盡在每周四晚CSHIA微課直播群!一年30+場,邀請智能家居領域的行業大咖、專家學者、知名品牌創始人、優秀實戰導師等人才,開展智能家居技術、產品、方案、行業趨勢、市場營銷與客戶管理等專項課程線上直播教學!

 
 

專業的知識

 
 
通過學習,快速掌握智能家居技術原理,組網方式,了解優秀產品設計理念,熟悉智能家居各大子系統(智能安防、影音娛樂、燈光控制等),并獨立進行方案設計和系統集成(大平層、別墅、公裝、會所、酒店)。更有優秀的展廳設計idea,讓您快速入行,少走彎路!

 

 
 

擁抱大平臺

 
 
學習后,學員所在公司將成為中國智能家居產業聯盟CSHIA企業會員單位,提升企業形象與核心競爭力,更好的實現行業交流,資源共享。對接聯盟200余家智能家居廠家與1500余名智能家居系統工程師的平臺資源,互通有無,共同進步,共同見證行業發展!
 
 

行業權威認證

 
 
參加培訓并通過考核者,學員不僅獲得由中國智能家居產業聯盟CSHIA頒發的行業權威證書?;菇竦?/span>工信部頒發的專項技術證書!
 
我已成為CSHIA智能家居系統工程師,邀你一起加入!12月18-20日,杭州·浙江大學!最完善的課程體系,最具優勢的講師團隊,50余位行業資深大咖,與學員共同學習交流,碰撞思想,尋找最適合你的行業方向!


上一篇: 海曼科技亮相2019中國移動全球合作伙伴大會
下一篇: 喜訊丨海曼一氧化碳報警器HS1CA通過EN50291認證
181 2392 8516
關注海曼微信
{ganrao} 十大炒股软件排行榜 4399北京麻将馆下载 上海时时乐玩法 股票行情分析软件 同花顺 最全篮球比分直播 北京麻将技巧顺口溜 好运快3给你5000 老时时彩 球探体育比分app免费下载 重庆时时彩官网app下载 海南飞鱼 单机四人麻将破解版 丫丫湖南麻将 日本女优做爱图片 双人麻将 河北麻将怎么胡牌