Cảm biến IoT (Internet of Things) đang trở thành yếu tố then chốt trong thời đại chuyển đổi số hiện nay. Những thiết bị này cho phép thu thập dữ liệu từ môi trường và các hệ thống xung quanh, sau đó truyền tải và chia sẻ thông tin qua Internet. Nhờ đó, IoT đang mở ra cách thức hoàn toàn mới để chúng ta giám sát, điều khiển và tương tác với thế giới một cách thông minh và hiệu quả hơn.
Cảm biến IoT là gì ?
Cảm biến IoT hay IoT sensor là các thiết bị vật lý thu thập dữ liệu về môi trường xung quanh và truyền thông tin đó qua mạng Internet để phân tích và kiểm soát theo thời gian thực.
Trong hệ thống tự động hóa và chuyển đổi số, chúng đảm nhiệm việc đo lường các thông số vật lý như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, dòng điện, rung động… Sau đó dữ liệu được xử lý cục bộ hoặc gửi đến bộ điều khiển, gateway hoặc nền tảng đám mây để phân tích và ra quyết định.
Nhờ khả năng hoạt động liên tục, phạm vi triển khai linh hoạt và hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông, cảm biến IoT trở thành thành phần quan trọng giúp tối ưu vận hành và giám sát trạng thái tron nhiều lĩnh vực như nhà thông minh, công nghiệp, y tế và nông nghiệp
Cảm biến IoT có thể truyền dữ liệu thông qua nhiều giao thức kết nối như Wi-Fi, Bluetooth, LoRaWan, Sigfox, Zingbee, Modbus và nhiều giao thức khác tuỳ thuộc vào ứng dụng cụ thể và yêu cầu kỹ thuật.
Hình 1: Các lớp kiến trúc IoT (nguồn: www.coursera.org)
Chức năng chính của IoT sensor
- Thu thập dữ liệu: Cảm nhận các thay đổi trong môi trường vật lý và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện.
- Truyền dữ liệu: Gửi dữ liệu thu thập được qua mạng Internet (Wi-Fi, GPRS, 4G, v.v.) đến máy chủ hoặc các thiết bị khác để xử lý.
- Giám sát và phân tích: Cung cấp thông tin chi tiết theo thời gian thực, cho phép theo dõi, phân tích xu hướng và đưa ra quyết định chính xác.
- Điều khiển: Kích hoạt các hành động tự động dựa trên dữ liệu nhận được, chẳng hạn như điều chỉnh máy điều hòa không khí khi nhiệt độ tăng cao.
Ứng dụng phổ biến
-
Nhà thông minh: quản lý năng lượng, Điều chỉnh ánh sáng, nhiệt độ, phát hiện chuyển động,...
-
Giám sát môi trường: Theo dõi chất lượng không khí, nước, đất, mức độ ô nhiễm,...
-
Sản xuất công nghiệp: Theo dõi các thông số hoạt động của máy móc, phát hiện lỗi sớm để bảo trì dự đoán.
-
Y tế: Giám sát các chỉ số sức khỏe như nhịp tim, đường huyết, nồng độ oxy trong máu hoặc huyết áp,...
-
Nông nghiệp: Giám sát độ ẩm đất, nhiệt độ và độ ẩm không khí, độ pH... để tối ưu hóa việc tưới tiêu.
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 là thiết bị dùng để phát hiện sự thay đổi vị trí hoặc sự xuất hiện của vật thể trong vùng giám sát.
Cảm biến chuyển động sử dụng nhiều nguyên lý vật lý khác nhau để phát hiện sự dịch chuyển của vật thể, con người hoặc biến đổi dao động cơ khí. Các công nghệ cốt lõi phổ biến nhất gồm: Cảm biến hồng ngoại thụ động – PIR (Passive Infrared); Radar vi sóng (Doppler); Cảm biến rung (Vibration) và Công nghệ ToF & hình ảnh – Camera / LiDAR
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 khí
Những cảm biến này được sử dụng để phát hiện khí độc như khí Gas, khí, chất lượng không khí (CO, CO2, NH3, H2S, HCHO, TVOC, SO2). 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.
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.
Cảm biến đo rung, gia tốc kế
Cảm biến đo rung, gia tốc kế 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.
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.
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.
Kết luận
Cảm biến IoT đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập dữ liệu từ môi trường và các thiết bị, cho phép chúng ta nắm bắt thông tin quan trọng và tối ưu hoá quy trình trong nhiều lĩnh vực khác nhau.