感知层：物联网的皮肤和五官

　　如果将物联网系统比作人体，那么，物联网的感知层就相当于人的皮肤和五官。人在感知外界信息时，需要用到嗅觉、听觉、视觉、触觉等感觉系统，感官和皮肤获取外界信息后，经由神经系统传至大脑，并由大脑进行分析判断和处理，大脑做出决策之后，会传达反馈命令指导人的行为。与之相同，物联网感知层的主要功能也是获取外部数据信息，经由传感网络，汇集海量数据到物联网网络层，网络层借助传输层网络将数据传输到物联网应用层，最后，物联网应用层利用感知数据为人们提供相关应用和服务。

　　与人相比，物联网感知层所感知的信息范围更加广阔。例如，人对温度的感知范围有限，在较小的温度范围之内，人的触觉无法感知温度的微小变化，而一旦超过人类忍受温度的极限，就需要借助具有温度传感器的电子设备的帮助。在一个由计算机控制的自动化装置中，计算机相当于人的大脑，但是仅仅有大脑还不够，还需要有能感知外界信息的五官，才能构成完整的反馈系统，从而代替人进行劳作。

　　传感器可以感知外界环境信息，是一种检测信息的电子装置。在物联网感知层中，传感器得到了广泛的应用，它们就相当于人的皮肤和五官，可以为物联网提供海量的数据信息。在检测到物体信息之后，各种形式的传感器会将所获得的数据转换成电信号的形式，统一发送到物联网络中，实现信息的传输、处理、存储、控制以及决策。物联网最终是要实现对物品的自动检测和自动控制，而感知层的传感器就是实现这一目的首要装置。在物联网系统中，传感器被统一称为物联网传感器，它们不仅可以进行物品信息的采集，还能对获取的数据进行简单的处理和加工。物联网传感器既可以单独存在，也可以与其他设备连接，它在感知层中具有两方面的作用，一个是信息的采集，另一个是数据的输入。

　　未来的物联网系统是由一个个传感器构建而成的网络系统，各种功能和形式的传感器将共同成为传感网络的组成部分，在物联网的前端进行信息采集工作。

　　传感器的种类十分丰富，但总体来说，可分为三大类，即根据物理量、输出信号和工作原理的性质进行具体划分。例如，根据物理量进行划分，可以分为压力传感器、温度传感器、湿度传感器、速度传感器、加速度传感器等。

　　一般来说，物理传感器是根据物理效应来工作，比如压电效应、离化效应、极化效应、光电效应、热电效应、磁电效应等。化学传感器通常是根据化学原理进行工作，比如化学反应、化学吸附、化学净化等。无论是物理传感器，还是化学传感器，它们都是将被测信号的变化转化成电信号的。

　　那么，传感器的工作原理具体是什么呢？举例来说，如果将±15V电源用于传感器，就会使传感器的晶体振荡器发生震荡，从而产生400Hz的方波，这种方波在激磁电路中传播，之后由TDA2030功率放大器调节方波功率，进而将电源变为交流激磁功率电源。如果方波通过能源环形变压器传播，则其经由的路线是从初级线圈到次级线圈，其中初级线圈具有静止特性，次级线圈具有动态旋转特性。在此过程中，直流电会变成交流电，之后再由整流滤波电路进行处理，最终得到±5V的直流电源，电压也降为±5V。这种电源服务于AD822运算放大器，AD589与AD822共同组成±4.5V的电桥电源，同时也是转化器或者放大器的工作电源。一旦弹性轴被扭转，这种变化就会转化成电信号，在电路滤波、整形之后，所产生的频率信号就会以与弹性轴的扭矩按照一定比例呈现，从而实现感应和采集数据。通常来说，物理传感器在物联网中的应用比其他传感器更广泛。化学传感器由于可靠性较低、规模化生产困难，价格也比较昂贵，因此被使用的情况较少。

　　传感器具有两种特性，分别是静态特性和动态特性。传感器的静态特性，其实指的是静态输入信号、输入量以及输出量二者之间的关系，由于输入量、输出量不受时间影响，一般情况下，人们会用一个代数方程来表示传感器的静态特性，而在这个代数方程中不存在时间项；也可以用输出量做纵坐标，输入量做横坐标的特性曲线来表示。静态特性中的参数包括迟滞、灵敏度、线性度以及分辨力等。

　　传感器的动态特性体现在输入和输出之间，也就是在其他条件不变的情况下，输入变化后的输出的反应特性。实际上，在获悉传感器的动态特性时，人们往往会对传感器输入一些标准的信号，之后通过观察输出信号的响应来了解动态特性的具体内容。例如，阶跃信号、正弦信号都是比较常用的测量传感器动态特性的标准输入信号，因此，阶跃响应与频率响应可用来描述传感器的动态特性。

　　在选择物联网传感器时，需要考虑多种因素，比如成本、灵敏度、测量范围、响应速度、工作环境等。随着物联网的发展，传感器也越来越智能化。传感器不仅可以采集或捕获信息，还具备了一定的信息处理能力，其称呼也随之改变，被叫做“智能传感器”。这种传感器携带有微处理机，功能也远非传统传感器可比。相比于传统传感器，智能传感器具有以下三个优点：第一是精度大幅提高，成本却普遍降低；第二是具有自动编程和自动处理的能力；第三是功能多样化。

　　未来，物联网传感器将向着以下六个方向发展：

　　（1）精度越来越高，可测量物体的极微小变化；

　　（2）可靠性越来越强，测量范围大幅提高；

　　（3）更加微型、小巧，甚至可以进入生物体内或融入生物细胞；

　　（4）向着微功耗方向发展，在没有电源的情况下，可以自身获取能源持续工作；

　　（5）数字化程度变得更高，智能化明显；

　　（6）构成物联网络，网络化发展不可阻挡。