Cảm biến thông minh là gì?

Cảm biến thông minh là một thiết bị lấy đầu vào từ môi trường vật lý và sử dụng các tài nguyên điện toán tích hợp để thực hiện các chức năng được xác định trước khi phát hiện đầu vào cụ thể, sau đó xử lý dữ liệu trước khi chuyển tiếp.

Các cảm biến thông minh cho phép thu thập dữ liệu môi trường tự động và chính xác hơn với ít nhiễu sai hơn trong số các thông tin được ghi lại chính xác. Các thiết bị này được sử dụng để theo dõi và kiểm soát các cơ chế trong nhiều môi trường khác nhau, bao gồm lưới điện thông minh, trinh sát chiến trường, thăm dò và nhiều ứng dụng khoa học.

Cảm biến thông minh cũng là một yếu tố quan trọng và không thể thiếu trong Internet của sự vật. Công nghệ IoT cho phép cung cấp mã định danh duy nhất cho hầu hết mọi thứ và truyền dữ liệu từ hoặc về những thứ đó qua internet hoặc mạng cảm biến tương tự. Một triển khai của các cảm biến thông minh là các thành phần của một mạng cảm biến và thiết bị truyền động không dây, có thể có hàng nghìn nút. Mỗi nút được kết nối với một hoặc nhiều cảm biến và trung tâm cảm biến khác cũng như với các bộ truyền động riêng lẻ.

Bộ vi xử lý di động công suất thấp thường cung cấp tài nguyên tính toán trong môi trường IoT. Ở mức tối thiểu, một cảm biến thông minh được tạo thành từ một cảm biến, một bộ vi xử lý và một loại công nghệ giao tiếp không dây nào đó. Tài nguyên điện toán phải là một phần không thể thiếu của thiết kế vật lý. Cảm biến chỉ gửi dữ liệu của nó để xử lý từ xa không được coi là cảm biến thông minh.

Một cảm biến thông minh cũng có thể bao gồm một số thành phần khác ngoài cảm biến chính. Các thành phần này có thể bao gồm Bộ biến đổi nguồn, bộ khuếch đại, điều khiển kích thích, bộ lọc tương tự, bộ chuyển đổi tương tự sang sốvà bù cung cấp hiệu chỉnh tích hợp cho các phép đo hoặc đầu ra kém lý tưởng. Cảm biến thông minh cũng kết hợp các yếu tố do phần mềm xác định để cung cấp các chức năng như chuyển đổi dữ liệu, xử lý kỹ thuật số và giao tiếp với các thiết bị bên ngoài.

Cảm biến thông minh hoạt động như thế nào?

Cảm biến thông minh kết nối cảm biến cơ sở thô với tài nguyên máy tính tích hợp cho phép xử lý đầu vào của cảm biến. Cảm biến cơ sở là thành phần cung cấp khả năng cảm biến. Nó có thể được thiết kế để cảm nhận nhiệt, ánh sáng hoặc áp suất. Thông thường, cảm biến cơ sở sẽ tạo ra tín hiệu tương tự từ thuật toán ứng dụng phải được xử lý trước khi có thể sử dụng. Quá trình này còn được gọi là xử lý tín hiệu.

Lúc này, công nghệ tích hợp cảm biến thông minh phát huy tác dụng. Trong quá trình xử lý tín hiệu, một bộ vi xử lý tích hợp sử dụng một kỹ thuật gọi là lọc để loại bỏ nhiễu tín hiệu và chuyển đổi tín hiệu của cảm biến thành định dạng kỹ thuật số có thể sử dụng được.

Công nghệ cảm biến thông minh cũng chứa các khả năng liên lạc tích hợp cho phép chúng kết nối với môi trường điện toán đám mây riêng hoặc internet. Điều này cho phép họ giao tiếp với các thiết bị bên ngoài.

Cảm biến thông minh dùng để làm gì?

Cảm biến thông minh có nhiều công dụng. Chúng thường được tìm thấy trong môi trường công nghiệp và là động lực đằng sau Công nghiệp 4.0 và tự động hóa công nghiệp, người máy và các thiết bị tiên tiến khác.

Các nhà máy thường sử dụng cảm biến thông minh cho mục đích chẩn đoán. Cảm biến nhiệt độ thông minh đảm bảo máy không bị quá nóng và cảm biến rung giám sát máy có nguy cơ rung lắc. Cảm biến thông minh cũng cho phép kiểm soát quy trình, chẳng hạn như giám sát quy trình sản xuất và thực hiện các điều chỉnh cần thiết để quy trình có thể đáp ứng mục tiêu sản xuất hoặc chất lượng. Đây từng là các quy trình thủ công, nhưng các cảm biến thông minh đã tự động hóa chúng.

Cảm biến thông minh cũng đóng một vai trò quan trọng trong sự tiến bộ của các hệ thống an ninh hiện đại. Cảm biến hình ảnh nhiệt phát hiện nhiệt độ cơ thể của kẻ xâm nhập. Tương tự, các thiết bị như ổ khóa thông minh, cảm biến chuyển động, cảm biến cửa sổ và cửa ra vào thường được kết nối với một mạng chung. Điều này cho phép các cảm biến bảo mật hoạt động cùng nhau để tạo ra một bức tranh toàn cảnh về tình trạng bảo mật hiện tại. Chúng thường được sử dụng trong gia đình và các ứng dụng công nghiệp để phát hiện các rò rỉ khác nhau.

[Nhúng nội dung]

Các loại cảm biến thông minh khác nhau là gì?

Có nhiều loại cảm biến mục đích đặc biệt đang được sử dụng. Năm loại cảm biến thông minh chính thường được sử dụng trong IoT công nghiệp môi trường:

• Cảm biến mức. Chúng được sử dụng để đo thể tích không gian chiếm trong một thùng chứa. Đồng hồ đo nhiên liệu của xe có thể được kết nối với cảm biến mức để theo dõi mức nhiên liệu trong bình.
• Cảm biến nhiệt độ. Chúng theo dõi nhiệt độ của một thành phần để có thể thực hiện hành động khắc phục nếu nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp. Ví dụ, trong môi trường công nghiệp, cảm biến nhiệt độ được sử dụng để đảm bảo máy móc không bị quá nóng.
• Cảm biến áp suất. Chúng được sử dụng để theo dõi áp suất của khí hoặc chất lỏng trong đường ống. Áp suất giảm đột ngột có thể cho thấy rò rỉ hoặc sự cố hệ thống kiểm soát dòng chảy.
• Cảm biến hồng ngoại. Chúng được sử dụng trong máy ảnh chụp ảnh nhiệt và nhiệt kế hồng ngoại không tiếp xúc được sử dụng để theo dõi nhiệt độ. Các cảm biến hồng ngoại khác là các cảm biến quang học được điều chỉnh theo tần số giúp chúng nhìn thấy ánh sáng trong Phổ hồng ngoại. Những cảm biến này được sử dụng trong thiết bị y tế, chẳng hạn như thiết bị đo oxy xung và trong thiết bị điện tử được thiết kế để vận hành điều khiển từ xa.
• Cảm biến tiệm cận. Chúng được sử dụng để phát hiện vị trí của một người hoặc đối tượng liên quan đến cảm biến. Trong môi trường bán lẻ, cảm biến tiệm cận có thể theo dõi chuyển động của khách hàng trong toàn bộ cửa hàng.

Các cảm biến thông minh khác có thể giám sát mức tiêu thụ điện năng; rung động, chẳng hạn như trong trường hợp thiết bị nhà máy; độ ẩm; độ ẩm; và ánh sáng.

Những lợi thế và bất lợi của cảm biến thông minh là gì?

Cảm biến thông minh đi kèm với nhiều lợi ích, nhưng chúng cũng có những thách thức và nhược điểm.

Ưu điểm cảm biến thông minh

Ưu điểm của cảm biến thông minh là nổi bật nhất khi chúng được sử dụng để thu thập dữ liệu ở các địa điểm khắc nghiệt hoặc xa xôi. Những ưu điểm sau đây phụ thuộc vào việc triển khai đúng loại cảm biến ở nơi cần thiết nhất:

• Hiệu quả năng lượng và tính bền vững. Một cảm biến thông minh có thể được lập trình để có độ nhạy cao hoặc dễ tiếp nhận ngay cả những thay đổi nhỏ trong các điều kiện xung quanh, chẳng hạn như nhiệt độ, độ ẩm, độ ẩm hoặc âm thanh. Các phép đo có độ chính xác cao và đáng tin cậy này cung cấp mức độ giám sát và dữ liệu mà việc thu thập có thể đóng góp vào hiệu quả năng lượng và nỗ lực bền vững.
• Truy cập dữ liệu trong môi trường khó khăn. Cảm biến thông minh có thể thu thập dữ liệu ở những nơi xa xôi, nơi mọi người khó đi hoặc nguy hiểm. Được vận hành từ xa, các cảm biến thông minh không dây đặc biệt hữu ích trong các môi trường đầy thách thức.
• Hiệu suất cao. Cảm biến thông minh có thể thu thập dữ liệu một cách nhất quán và nhanh chóng khi cần dữ liệu thời gian thực.
• Phân tích và xử lý tích hợp. Không giống như các cảm biến truyền thống, các cảm biến thông minh có một số khả năng phân tích và xử lý tích hợp sẵn đối với các tín hiệu và dữ liệu mà chúng nhận được, giúp tăng hiệu quả vì chúng yêu cầu ít tài nguyên hoặc công cụ phân tích bên ngoài hơn.

Nhược điểm của cảm biến thông minh

Các nhà phát triển cảm biến thông minh đã liên tục nâng cấp các dịch vụ của họ để giải quyết những nhược điểm tồn tại từ lâu và sẽ tiếp tục làm như vậy trong tương lai. Điều đó nói rằng, có thể mất một thời gian trước khi những nhược điểm hiện tại của các thiết bị này được giải quyết:

• Dễ bị ủ và hack. Diễn viên ác ý, đặc biệt là những người muốn truy cập dữ liệu đã thu thập dành cho mục đích sử dụng cá nhân, có thể làm như vậy nếu các biện pháp an ninh mạng của thiết bị không đủ.
• Các chi phí. Nhiều thiết bị có chi phí cao và chi phí bảo trì bổ sung sẽ được yêu cầu theo thời gian cũng có thể rất tốn kém.
• Bảo trì. Các cảm biến tại một số điểm yêu cầu hiệu chuẩn lại hoặc nâng cấp vì độ trễ dữ liệu hoặc các vấn đề khác. Những người ở trong môi trường xa xôi hoặc môi trường đầy thách thức có thể khó tiếp cận và tốn kém.
• Chuyên môn. Hệ thống cảm biến thông minh có thể yêu cầu trình độ chuyên môn CNTT mà không phải tổ chức nào cũng có. Có thể cần tuyển dụng hoặc đào tạo mới.
• Đáp ứng yêu cầu triển khai IoT. Cho dù trong một ngôi nhà thông minh hay một môi trường công nghiệp, các yếu tố khác phải được xem xét trước khi triển khai các thiết bị IoT, như mức tiêu thụ điện năng cần thiết, nhu cầu kết nối trực tuyến ổn định và khả năng xử lý khối lượng dữ liệu cao hơn.

Cảm biến thông minh khác với cảm biến cơ sở như thế nào?

Cảm biến thông minh bao gồm Bộ xử lý chuyển động kỹ thuật số nhúng (DMP), trong khi cảm biến cơ sở không bao gồm một. DMP là một bộ vi xử lý được tích hợp vào cảm biến. Nó cho phép cảm biến thực hiện xử lý trên bo mạch của dữ liệu cảm biến. Điều này có thể có nghĩa là chuẩn hóa dữ liệu, lọc nhiễu từ tín hiệu điện hoặc thực hiện các loại điều hòa tín hiệu khác. Trong mọi trường hợp, cảm biến thông minh thực hiện xử lý kỹ thuật số chuyển đổi dữ liệu trước bất kỳ giao tiếp nào với thiết bị bên ngoài.

Cảm biến cơ sở chỉ đơn giản là một cảm biến không được trang bị DMP hoặc các tài nguyên điện toán khác cho phép nó xử lý dữ liệu. Trong khi cảm biến thông minh tạo ra đầu ra sẵn sàng để sử dụng, đầu ra của cảm biến cơ sở là dữ liệu thô và thường phải được chuyển đổi thành định dạng có thể sử dụng được.

Cảm biến thông minh thường được ưa chuộng hơn cảm biến cơ sở vì chúng bao gồm các khả năng xử lý riêng. Mặc dù vậy, vẫn có những trường hợp sử dụng cảm biến cơ sở có thể thuận lợi hơn. Nếu một kỹ sư đang thiết kế một thiết bị và cần kiểm soát hoàn toàn đầu vào của cảm biến, thì nên sử dụng cảm biến cơ sở. Cảm biến cơ sở cũng có giá thấp hơn cảm biến thông minh vì chúng chứa ít thành phần hơn.

Mặc dù cảm biến thông minh thường được kết hợp với thiết bị công nghiệp, nhưng IoT không thể tồn tại nếu không có chúng. Tìm hiểu thêm về công dụng và lợi ích của cảm biến thông minh cho IoT.