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前 言

《福布斯》雜志：當前，甚至今后幾十年內，影響和改變著世界經濟格局和人們生活方式的10大科技產品，傳感器列為10大科技產品之首，說明傳感器的春天已經來臨！

物聯網是將各種信息傳感設備和互聯網結合起來形成的一個巨大網絡。物聯網的發展需要智能感知、識別和通訊等技術支撐，而感知的關鍵就是傳感器及相關技術。智能家居控制系統是“心臟”，而傳感器是整個控制系統的“脈絡”，掌握著整個系統的“中樞神經”，傳感器技術的發展對于智能家居飛速發展的作用非同小可。

從產業鏈來看，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、通信設備、網絡設備等構成的傳輸層；下游是應用層，其中以物聯網領域中的各項應用為主，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境“人性化”的數據采集，也就是說把家居環境中的各種物理量、化學量、生物量轉化為可測量的電信號裝置與元件。

智能家居領域需要使用傳感器來測量、分析與控制系統設置，家中使用的智能設備涉及位置傳感器、接近傳感器、液位傳感器、流量和速度控制、環境監測、安防感應等傳感器等技術。

為精準解讀國內目前家庭范疇內的智能傳感器應用現狀，《智能家居》雜志、數智網、智能頭條發起聯合編制《2019家庭智能傳感器白皮書》，旨在全面梳理家庭內傳感器的產業生態。

點擊圖片，獲取《2019家庭智能傳感器白皮書》完整版

傳感器的技術應用

01

環境類傳感器的技術應用

（1）氣體傳感器的技術平臺

氣體傳感器的技術平臺包括：電化學氣體傳感器、催化燃燒氣體傳感器、半導體氣體傳感器、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等揮發性的有機物。

（2）甲醛傳感器

電化學平臺（傳感器正反電極電流大小與甲醛濃度呈正比關系）和半導體平臺（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）。

（3）一氧化碳/煤氣傳感器

電化學平臺（傳感器正反電極電流大小與甲醛濃度呈正比關系）與半導體平臺（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、烴類為主的揮發性有機物，VOC測量值是多種揮發性有機物的綜合反應。

半導體技術平臺（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）。

（7）空氣質量傳感器

半導體技術平臺（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）。

空氣質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，并以此綜合反應來表征空氣質量）。

（8）異味傳感器

半導體技術平臺（環境中異味氣體如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）。

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，并以此綜合反應來表征異味。

（9）PM2.5傳感器

紅外散射平臺（LED發射出光線遇顆粒物產生散射光，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：激光器發射出光線遇顆粒物產生散射光，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的，考慮到放射源的回收和輻射等問題，國內已經不生產。）。

光電式技術平臺（沒有煙塵時，紅外光源發出的紅外光無法被光敏元件接收，當煙塵進入氣室后，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應用

（1）人體移動感應傳感器（PIR）

絕對零度以上的物體（包括人體），都在對外發射紅外線；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：紅外線間歇地照射，表面溫度上升△T，晶體內部的原子(電子&空穴)排列將產生變化，引起自發極化電荷，在上下電極之間產生電壓△U。

（2）人體存在感應傳感器

絕對零度以上的物體（包括人體），都在對外發射紅外線；濾波片用以濾掉不需要的波長，保留需要的波長；熱電效應：紅外線照射（不管間歇照射，還是持續照射），表面溫度上升△T，傳感器電極之間產生電壓△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觸點斷開，電路處于關閉狀態，當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電原理進行檢測，正常時兩極探頭被空氣絕緣，在浸水狀態下探頭導通。

03

安防類傳感器的技術應用

（1）硬件和算法

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

不同種類電化學傳感器的驅動電路差別很大，對硬件設計要求也非常高。

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

（1）目前主流的傳感器網絡協議：RF、Zigbee、Wi-Fi、Bluetooth、LoRa、NB-IoT、RS485等。

（2）協議優勢

RF：沒有方向性，可以不“面對面”控制、距離遠，可達數十米。

Zigbee：主要特色有低速、低耗電、低成本、支持大量網上節點、支持多種網上拓撲、低復雜度、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，便于電池供電設備工作；便宜，可以應用到低成本設備上；同時管理數據和聲音傳輸；低延時。

LoRa：靈活、布設更快，成本更低，應用場景多樣化。

NB-IoT：海量連接、深度覆蓋、成本低、超低功耗、穩定可靠。

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

（3）協議趨勢：目前家庭智能傳感器已經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過二次開發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

云計算是基于互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式甲烷模組，通常涉及通過互聯網來提供動態易擴展且經常是虛擬化的資源。云計算支持用戶在任意位置使用終端獲取相應的服務，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網，需要通過各類傳感器采集相關性信息，通過分析一氧化碳報警器，反饋實現相關功能，而智能家居的穩定性，可靠性，在很大程度上建立在良好的硬件條件基礎上，如果沒有容量足夠大的的存儲設備，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將極大的促進智能家居的發展。

08

人工智能

傳感器是人工智能最基礎的硬件，類似于人類的感覺獲取器官。大量的傳感器即可實現“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“感知+思考+執行”，最終上升到這種層次。

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

傳感器的應用場景

01

環境傳感器實現的智能化場景

?廚房安全監控聯動

?空氣質量監控聯動

?衛生間異味聯動

?濕度傳感器的聯動

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

02

安防傳感器實現的智能化場景

?全屋安防監控聯動

?門窗磁/智能門鎖場景聯動

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

門窗磁還可以應用在櫥柜、冰箱、保險柜等開合處，避免窗戶忘關、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

觸發報警及各種需求場景。完成復雜的開店工作，大大節省了人工和時間成本。

2019年9月11日，第七屆國際物聯網傳感技術峰會——智能傳感與智慧生活創新應用高峰論壇將于溫州·樂清天豪君瀾大酒店舉辦。

本屆國際物聯網傳感技術峰會繼前六屆國際物聯網與傳感技術及應用高峰論壇之后，由國家工業信息安全發展研究中心、溫州市人民政府、德國傳感與測量技術專業協會等聯合有關單位舉辦的全球性物聯網與傳感技術峰會。其中，智慧生活分論壇活動旨在推進傳感技術在智能家居產業的創新發展，促進國內外傳感器技術應用交流，創造生態合作契機。

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