IoT sensor – Cảm biến IoT là gì ?
Dictionary.com định nghĩa một cảm biến là một thiết bị cơ hoặc điện nhạy cảm với ánh sáng, nhiệt độ, mức độ bức xạ hoặc tương tự, truyền tín hiệu đến một thiết bị đo hoặc điều khiển.
Đây là một định nghĩa dễ hiểu, có thể được điều chỉnh lại một chút trong ngữ cảnh của các ứng dụng IoT: một cảm biến là một thiết bị, nói chung là nhỏ và cơ học, nhạy cảm với một tham số vật lý có thể đo được và cung cấp mức tín hiệu có thể đo được liên quan trực tiếp đến đo được số lượng tham số vật lý đó.
Ví dụ: thiết bị IoT có thể đo một tham số vật lý cụ thể, chẳng hạn như nhiệt độ, tại một vị trí cho mục đích ứng dụng. Các phép đo tham số vật lý này yêu cầu các cảm biến có khả năng đo, ghi và truyền giá trị cụ thể của tham số vật lý đó cho ứng dụng IoT để thực hiện các chức năng của nó.
Cảm biến thường là các mạch tích hợp được thiết kế cho các loại ứng dụng IoT này vì kích thước nhỏ và chi phí thấp khiến chúng trở thành lựa chọn phù hợp.Ví dụ trong điện thoại các cảm biến bao gồm gia tốc kế, nhiệt kế, con quay hồi chuyển, từ kế và máy đo nhịp tim, chỉ để đặt tên cho một số. Nhưng có những cảm biến khác là đặc thù duy nhất cho một ngành hoặc thị trường cụ thể.
Trong một hệ sinh thái Internet of Things (IoT), có hai điều rất quan trọng: Internet và các thiết bị vật lý như cảm biến và cơ cấu chấp hành . Như được hiển thị trong hình dưới, lớp dưới cùng của hệ thống IoT bao gồm kết nối cảm biến và mạng để thu thập thông tin. Lớp này là một phần thiết yếu của hệ thống IoT và có kết nối mạng với lớp tiếp theo, đó là lớp cổng và lớp mạng.
Các loại ứng dụng khác nhau đòi hỏi các loại cảm biến khác nhau để thu thập dữ liệu từ môi trường.
Hình 1: Các lớp kiến trúc IoT (nguồn: www.coursera.org)
Mục đích chính của cảm biến là thu thập dữ liệu từ môi trường xung quanh. Các cảm biến, hoặc ‘vật – things ‘ của hệ thống IoT, tạo thành mặt trước. Chúng được kết nối trực tiếp hoặc gián tiếp với các mạng IoT sau khi chuyển đổi và xử lý tín hiệu. Bài viết này SmartFactoryVN sẽ giới thiệu một số cảm biến IoT phổ biến hiện nay.
Các loại cảm biến IoT phổ biến
Cảm biến nhiệt độ
Các thiết bị này đo lượng năng lượng nhiệt được tạo ra từ một vật thể hoặc khu vực xung quanh. Họ tìm thấy ứng dụng trong điều hòa không khí, tủ lạnh và các thiết bị tương tự được sử dụng để kiểm soát môi trường. Chúng cũng được sử dụng trong các quy trình sản xuất, nông nghiệp và công nghiệp y tế.
Cảm biến nhiệt độ có thể được sử dụng gần như trong mọi môi trường IoT, từ sản xuất đến nông nghiệp. Trong sản xuất, cảm biến được sử dụng để theo dõi nhiệt độ của máy. Trong nông nghiệp, chúng có thể được sử dụng để theo dõi nhiệt độ của đất, nước và thực vật.
Cảm biến nhiệt độ bao gồm cặp nhiệt điện, nhiệt điện trở, đầu dò nhiệt độ điện trở (RTD) và mạch tích hợp (IC). Một số loại cảm biến nhiệt độ phổ biến được thể hiện trong hình 2.
Hình 2: Cảm biến nhiệt độ
Cảm biến độ ẩm
Lượng hơi nước trong không khí, hoặc độ ẩm, có thể ảnh hưởng đến sự thoải mái của con người cũng như nhiều quy trình sản xuất trong các ngành công nghiệp. Vì vậy, theo dõi mức độ ẩm là quan trọng. Các đơn vị được sử dụng phổ biến nhất để đo độ ẩm là độ ẩm tương đối (rh), điểm sương / sương (D / F PT) và các bộ phận trên một triệu (PPM).
Hình 3: Cảm biến độ ẩm HPP801A031
Cảm biến chuyển động
Cảm biến chuyển động không chỉ được sử dụng cho mục đích an ninh mà còn trong điều khiển cửa tự động, hệ thống đỗ xe tự động, bồn rửa tự động, bồn cầu tự động, máy sấy tay, hệ thống quản lý năng lượng, v.v. Bạn sử dụng các cảm biến này trong IoT và giám sát chúng từ điện thoại thông minh của bạn hoặc máy vi tính. Cảm biến hồng ngoại thụ động HC-SR501 (Pir) là một cảm biến chuyển động phổ biến cho các dự án sở thích.
Hình 4: Cảm biến chuyển động Pir
Cảm biến khí
Những cảm biến này được sử dụng để phát hiện khí độc. Các công nghệ cảm biến được sử dụng phổ biến nhất là điện hóa, ion hóa và bán dẫn. Với những tiến bộ kỹ thuật và thông số kỹ thuật mới, có vô số cảm biến khí có sẵn để giúp mở rộng kết nối có dây và không dây được triển khai trong các ứng dụng IoT.
Hình 5: Cảm biến khí
Cảm biến khói
Máy dò khói đã được sử dụng trong các gia đình và các ngành công nghiệp trong một thời gian khá dài. Với sự ra đời của IoT, ứng dụng của họ đã trở nên thuận tiện và thân thiện hơn với người dùng. Hơn nữa, việc thêm kết nối không dây vào đầu báo khói cho phép các tính năng bổ sung tăng tính an toàn và tiện lợi.
Hình 6: Cảm biến khói tương thích với Arduino
Cảm biến áp suất
Những cảm biến này được sử dụng trong các hệ thống IoT để giám sát các hệ thống và thiết bị được điều khiển bởi tín hiệu áp suất. Khi phạm vi áp suất vượt quá ngưỡng, thiết bị sẽ thông báo cho người dùng về các vấn đề cần khắc phục.
Ví dụ, BMP180 là một cảm biến áp suất kỹ thuật số phổ biến để sử dụng trong điện thoại di động, PDA, thiết bị định vị GPS và thiết bị ngoài trời. Cảm biến áp suất cũng được sử dụng trong các phương tiện thông minh và máy bay để xác định lực và độ cao tương ứng. Trong xe, hệ thống giám sát áp suất lốp (TPMS) được sử dụng để cảnh báo người lái khi áp suất lốp quá thấp và có thể tạo ra tình trạng lái xe không an toàn.
Hình 7: Tổng quan về TPMS (Nguồn : www.mwrf.com)
Cảm biến hình ảnh
Những cảm biến này được tìm thấy trong máy ảnh kỹ thuật số, hệ thống hình ảnh y tế, thiết bị nhìn đêm, thiết bị hình ảnh nhiệt, radar, sonar, nhà truyền thông và hệ thống sinh trắc học. Trong ngành bán lẻ, các cảm biến này được sử dụng để giám sát khách hàng ghé thăm cửa hàng thông qua mạng IoT. Trong các văn phòng và tòa nhà công ty, chúng được sử dụng để giám sát nhân viên và các hoạt động khác nhau thông qua mạng IoT.
Hình 8: Các loại cảm biến hình ảnh khác nhau
Cảm biến gia tốc
Những cảm biến này được sử dụng trong điện thoại thông minh, xe cộ, máy bay và các ứng dụng khác để phát hiện hướng của vật thể, lắc, chạm, nghiêng, chuyển động, định vị, sốc hoặc rung. Các loại gia tốc kế khác nhau bao gồm gia tốc kế hiệu ứng Hall, gia tốc kế điện dung và gia tốc kế áp điện.
Hình 9: Nhiều loại cảm biến gia tốc
Cảm biến hồng ngoại
Những cảm biến này có thể đo nhiệt lượng phát ra từ các vật thể. Chúng được sử dụng trong các dự án IoT khác nhau bao gồm chăm sóc sức khỏe để theo dõi lưu lượng máu và huyết áp, điện thoại thông minh để sử dụng làm điều khiển từ xa và các chức năng khác, thiết bị đeo được để phát hiện lượng ánh sáng, nhiệt kế để theo dõi nhiệt độ và phát hiện điểm mù trong xe.
Hình 10: Cảm biến hồng ngoại
Cảm biến tiệm cận
Các cảm biến này phát hiện sự hiện diện hoặc vắng mặt của một vật thể gần đó mà không có bất kỳ tiếp xúc vật lý nào. Các loại cảm biến tiệm cận khác nhau là cảm ứng, điện dung, quang điện, siêu âm và từ tính. Chúng chủ yếu được sử dụng trong các đối tượng, giám sát quá trình và kiểm soát.
Hình 11: Các cảm biến tiệm cận khác nhau