技術(shù)出現(xiàn)了巨大變化：所有一切都連接到互聯(lián)網(wǎng),。功能強大而且使用方便的互聯(lián)網(wǎng)使得這些產(chǎn)品的價值更高，因此,，企業(yè)蜂擁而至,，將其物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 產(chǎn)品推向市場。

傳感器

　　傳感器無處不在;您的汽車和電話里到處都是,。之所以出現(xiàn)這種增長,，有三個關(guān)鍵原因—傳感器的尺寸越來越小，價格低廉,，功耗也越來越低,。一個很好的例子是MEMS加速度計， 它最先被廣泛應用在車輛的氣囊中,。這些器件的成本很快從數(shù)百美元降到幾十美元,。成本降低之后，它們幾乎可以用在所有其他類型的物體上?，F(xiàn)在,，這些器件得以 應用于數(shù)十億臺智能電話中，價格也降到一美元,。傳感器越來越小,，價格越來越低，隨之進入了更多的市場領(lǐng)域,。在這一過程中,，傳感器在傳統(tǒng)器件中增加了智能 化,，改變了世界。

　　一些常用的傳感器測量溫度,、壓力,、振動、液流和加速度,。此外,，攝像機和麥克風也很常見。現(xiàn)在,，新出的電話還有陀螺儀和磁場計?，F(xiàn)在的單芯片解決方案含有三個加速度計、三個陀螺儀和三個磁場計,。我們會看到目前的傳感器在精度和靈敏度上會不斷改進,，而且還能夠探測其他形式的能量和物質(zhì)。

　　無線通信

　　隨著傳感器的快速發(fā)展,，設(shè)計人員越來越多地選擇通過無線網(wǎng)絡將其鏈接起來,。但是不同的傳感器有不同的需求，不同的無線標準也有不同的特性,。您的應用適合采用哪種無線標準?

　　無線有很多種標準,，例如，GPRS,、GSM,、CDMA、Zigbee,、Bluetooth,、WiFi,、全球定位系統(tǒng) (GPS),、近期通信 (NFC)，以及射頻識別 (RFID) 等,。每一種無線標準都有其優(yōu)缺點,，因此，根據(jù)您的具體應用,，建議使用不同的技術(shù)以滿足您的需求,。

　　您的應用適合采用哪種無線標準?請參見表1 。

　　表1. 無線技術(shù)標準指南

　　當您通過無線網(wǎng)絡集成一組傳感器并使其協(xié)調(diào)工作時,，就需要建立數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng),。數(shù)據(jù)采集是對連續(xù)真實的信息進行采樣，產(chǎn)生軟件能夠處理的數(shù)據(jù),?？梢园巡杉?到的數(shù)據(jù)在設(shè)備上顯示,、分析并存儲。PC,、電話或者其他可穿戴式設(shè)備都可以用于對來自傳感器的真實信息進行數(shù)據(jù)采集,。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組件包括相應的傳感 器、濾波器,、信號調(diào)理,、數(shù)據(jù)采集器件，以及應用軟件,。最終的數(shù)據(jù)分析應與輸入數(shù)據(jù)一致,，因此，由采集功能負責提供高質(zhì)量數(shù)據(jù),。需要進行仔細的設(shè)計才能獲得有意義的數(shù)據(jù),。

　　目前的難點

　　讓我們了解一下目前的難點和限制。傳感器的應用受限于哪里?對于大量的IoT設(shè)備,，電池可能是主要的限制,。電池的發(fā)展比較慢，當我們嘗試使其工作時間更 長,，或者體積更小時,，一直會面臨比較大的限制。之所以出現(xiàn)進展緩慢這一問題,，原因是電池供電和容量是無線傳輸距離最關(guān)鍵的限制,。例如，藍牙和WiFi的傳輸距離不遠,。藍牙相對功耗較低,。蜂窩技術(shù)能夠傳輸幾英里，但是功耗很高,。

　　一種工作方式是突發(fā)傳輸,，只把功耗很高的長距離發(fā)射器打開幾秒鐘，發(fā)送數(shù)據(jù),，然后關(guān)掉它,。但是，這對于接收器而言卻帶來了問題,，它只有打開時才監(jiān)聽信息： 如果一個設(shè)備時斷時續(xù)的發(fā)送,，另一個也是時斷時續(xù)的監(jiān)聽，那么,，它們可能建立不了通信,。WiFi 和蜂窩等協(xié)議要求一直或者幾乎連續(xù)的連接，因此,，很難降低電池功耗,。

    這些限制導致一些有趣的設(shè)計綜合考慮?，F(xiàn)在能夠以很低的成本而且也很容易使用 GPS 定位芯片，確定設(shè)備的位置,。但即使是 GPS,，它也只是一個接收器，功耗也比較大,。比較而言,，加速度計的功耗非常低。通常您可以使用加速度計來替代 GPS 模塊,，從而降低功耗,。數(shù)據(jù)雖然不同，但是加速度計上更智能的軟件一般能夠獲得很好的位置信息,。

    除了功耗限制,，IoT設(shè)計人員還要注意傳感器的其他特性。傳感器本身在精度和線性度上就有限制,。成本極低的傳感器雖然非?？幔窃诰€性度,、失調(diào)和漂移等 方面精度要比價格昂貴的傳感器差一些,。可以通過校準來大幅度降低這類誤差,。工廠校對的成本很高,，但是也不容易克服漂移帶來的問題。要在使用過程中校準,，應 知道什么時候應該進行校準,。

　　例如，當加速度計靜止時,，可以通過存儲其讀數(shù),，消除低成本加速度計的失調(diào)誤差。然而,，加速度計本身無法識別是靜止還是在一直緩慢的加速,。這就會導致不正確的校準。軟件能夠消除很多這類限制,，但是需要很好的電子硬件來采集數(shù)據(jù)。

　　安全

　　連接IoT器件的安全問題可能會很難解決,，原因在于人們一般不愿意有計劃的應對這些不常出現(xiàn)的事件,，也不會對此而額外付出，即使他們知道這些事件的影響會 很大,。但實際上,，我們會不得不針對這些極端但是很少出現(xiàn)的事件開發(fā)新的風險管理策略,，例如，大風暴 (Sandy 颶風),，太陽耀斑導致的電子干擾,，以及網(wǎng)站被黑等。

　　再比如,，我們的電子和電氣基礎(chǔ)設(shè)施從未在極端太陽耀斑活動時進行測試,，這類活動也只在100年前發(fā)生過。要是發(fā)生在今天,，我們已經(jīng)非常依賴電力,，其破壞程度會非常大。有了IoT后,，這種依賴程度就更大了,。我們應該考慮電網(wǎng)停電后對連接了IoT的系統(tǒng)的影響。

　　當然,，我們也不一定非要應對一百年才發(fā)生一次的事件,。人們一般只有在受到黑客攻擊時才吃驚的發(fā)現(xiàn)自己對此缺乏準備。由于這類攻擊,，導致了每年有上千萬的個 人數(shù)據(jù)被盜,。越來越多的數(shù)據(jù)被電子化后—不僅僅是您的身份，而且還有您的家庭安全系統(tǒng)以及您個人的行蹤等,，都有可能受到威脅,。竊賊會遠程監(jiān)視您家庭的信 息，知道您在哪里,，從而知道什么時候破門而入,。安全問題在IoT上尤為重要。但是,，傳感器也應對此負責嗎?

　　數(shù)據(jù)格式難題

　　傳感器的另一限制是每個傳感器都有自己的數(shù)據(jù)速率,、精度和信號處理需求。在IoT上有沒有一種統(tǒng)一的方法來處理這些問題?例如,，一般是一秒甚至更長的時間 采集一次溫度值,。取決于具體應用，加速度計可能需要每秒鐘采樣數(shù)千次,。如果一個設(shè)備要同時對此進行監(jiān)測,，那么數(shù)據(jù)包內(nèi)容會隨著時間而發(fā)生很大的變化。這并 不難處理,，但是并沒有統(tǒng)一的標準,，因此，獲得來自很多源的數(shù)據(jù)后，很難理解源的含義,。

　　應該以原始二進制的方式來發(fā)送數(shù)據(jù),，減少在傳感器上的處理需求，或者應將其轉(zhuǎn)換成工程單位?除非您知道怎樣將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成工程單位,，使其成為簡單的統(tǒng)一標 準,，否則，二進制毫無意義,。如果數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成工程單位,，哪種單位是標準?溫度可以是攝氏度或者華氏度。壓力有很多單位,，會讓人發(fā)瘋：帕斯卡,、大氣壓、 psi,、水的深度,，水銀汞柱，等等,。因此,，應該對單位進行標準化，或者在消息中進行設(shè)定,。

　　此外,，某些傳感器的信號處理也非常復雜。把熱偶讀數(shù)轉(zhuǎn)換成攝氏度需要進行冷接點補償,、放大和線性化處理,。在軟件中進行線性化，以獲得最佳精度,。這就需要大 規(guī)模表格或者高階多項式計算,，對于存儲器有限的微型低功耗器件就是很大的負擔。今后幾年數(shù)字處理的不斷發(fā)展會減輕這種負擔,。

　　我希望全世界有一種數(shù)據(jù)交換標準,，能夠靈活的處理家庭、工業(yè),、醫(yī)療以及其他應用,，傳感器節(jié)點不會受累于此。您會看到為什么這并不是小事,。

　　我們應該克服這些難題,，讓IoT未來更輝煌?IoT之所以可行是因為傳感器在不斷改進，進一步推動了傳感器創(chuàng)新,。我們今后還會遇到很大的難題,。我希望我們能夠解決大部分難題。