对物联网传感器的理解

　　物联网是当今最重要和最有前途的技术主题之一。据估计，有超过200亿个连接设备在计算。在我们周围，有智能手机、可穿戴设备等，所有设备都使用传感器。传感器在我们的日常生活和物联网中发挥着重要作用，它可以监控我们的健康状况、空气质量、家庭安全，并广泛用于工业物联网(IIoT)以监控生产过程。

　　

 

　　什么是传感器?

　　一般而言，传感器是能够检测环境变化的设备。它本身是无用的，但是当我们在电子系统中使用它时，就能起到关键作用。例如传感器能够测量物理现象(如温度，压力等)并将其转换为电信号，通常传感器应具备以下三个功能：

　　应该对所测量的现象敏感

　　不应该对其他物理现象敏感

　　不应该在测量过程中修改测量现象

　　

 

　　我们可以利用各种传感器来测量我们周围的几乎所有物理特性。日常生活中广泛采用的一些常见传感器包括温度计、压力传感器、光传感器、加速度计、陀螺仪、运动传感器、气体传感器等等。可以使用多个属性来描述传感器，最重要的是：

　　范围：传感器可以测量的现象的最大值和最小值。

　　灵敏度：测量参数的最小变化，导致输出信号的可检测变化。

　　分辨率：传感器可以检测到的现象的最小变化。

　　

 

　　传感器分类

　　传感器可以使用以下几个标准进行分组：

　　被动或主动。无源传感器不需要外部电源，而有源传感器需要这样的电源才能工作。

　　基于检测和测量性质(机械，化学等)的方法。

　　模拟和数字。模拟传感器产生模拟或连续信号，而数字传感器产生离散信号。

　　

 

　　还有其他方式可以对传感器进行分组，但上面的分类是最简单的。

　　如何在物联网中使用传感器

　　原型板的开发和传感器的低价格使我们能够在物联网项目中轻松使用它们。市场上有几种原型板，适用于不同的项目，具体取决于功能和规格。这里我们可以考虑两个最受欢迎的主板：Arduino Uno和Raspberry Pi 2。

　　务必注意每个传感器都有自己的工作电压范围，此参数非常重要，因为电路板提供的电压不得高于传感器允许的最大电压。在将传感器数据表连接到电路板之前，需要仔细阅读，以避免损坏。相同的原理也适用于输出信号，输出信号必须低于电路板可以承受的最大电压。

　　如何使用Arduino与传感器

　　第一个也是最受欢迎的主板是Arduino Uno，它是一个基于ATmega328P的微控制器板，非常易于使用。该板提供6个模拟引脚和14个数字引脚，非常适合与模拟和数字传感器配合使用。

　　如何使用Arduino测量温度

　　最简单的方法是将模拟传感器连接到Arduino。如前所述，模拟传感器是提供连续信号的传感器。对于我们的第一个基本示例，将连接一个简单的温度传感器，一个TMP36。一般而言，该传感器的输出电压与环境温度成正比。Arduino提供多个模拟输入引脚，标有“A”的适合接收来自传感器的模拟信号。下面的架构描述了如何连接传感器：

　　

 

　　读取温度的代码也很简单：

　　

 

　　如何使用Arduino测量温度和湿度

　　现在是时候将数字传感器连接到Arduino了。有几种数字传感器可供选择，但为了简单起见，我们将考虑一种名为DHT11的通用数字传感器。该传感器测量温度和湿度，是一种非常便宜的传感器，可提供数字输出。在此，传感器数据引脚必须连接到数字Arduino引脚，如下所示：

　　

 

　　代码非常简单，即使可以解析数字信号并读取温度和湿度，我们也会使用库来简化开发，该库在Sketch-> Include库菜单项的Arduino IDE中可用。

　　

 

　　如何连接I2C传感器

　　I2C传感器是用于将外围设备连接到微处理器的串行总线。它被广泛使用，需要四个不同的引脚：

　　VIN

　　GND

　　CLK(时钟)

　　SDA(数据)

　　为了试验使用Arduino的I2C传感器，我们将分析BMP280 / BME280传感器。该传感器测量气压等属性，下图显示了如何将BMP280连接到Arduino：

　　

 

　　如您所见，有四种不同的连接，BME280可以使用相同的连接。不要忘记将传感器的CLK引脚连接到Arduino CLK，将SDA引脚(数据)连接到Arduino SDA。此外，SDO引脚不能悬空，因此应将其连接到地或Vcc。读取压力的源代码如下所示：

　　

 

　　Raspberry Pi传感器

　　Raspberry Pi是由Raspberry Pi Foundation开发的单板计算机。几个版本的Raspberry Pi具有不同的规格，但它们都有自己的基于Linux的操作系统。它类似于PC，因为它支持视频输出、USB端口和键盘。它是一个非常强大的电路板，下面的例子只显示了它的一部分功能。

　　如何使用运动传感器

　　为了监测运动，我们将使用PIR传感器，它代表被动红外线。它使用红外传感器来检测温暖的身体发出的低水平辐射。简而言之，当辐射水平发生变化时，就意味着一个温暖的身体正在进入其探测区域。该传感器使用数字引脚，当检测到运动时，该引脚变低(或高)。下面的模式显示了如何将传感器连接到Raspberry Pi。如果您使用不同的PIR版本或不同的Raspberry Pi板，连接可能会改变：

　　

 

　　Python 代码如下所示：

　　

 

　　如何检测气体

　　另一个有趣的传感器是MQ-4传感器。MQ-4对天然气具有高灵敏度，它可以快速响应，并且非常易于使用。传感器和Raspberry Pi之间的连接与PIR示例中的相同。务必使用传感器的数字引脚，并确保输出电压必须低于3V。如果传感器的输出大于3V，则必须使用逻辑电平转换器，使用MQ-4的代码与前面的示例相同。

　　总结

　　在本文中，我们学习了如何使用不同类型的传感器以及如何将它们连接到两个最流行的原型板，可以使用不同的板重复使用相同的传感器。一旦您知道如何从传感器读取数据，就有了无限的可能性，并且可以开始探索物联网。您可以将传感器中的数据存储在云中，然后使用它来创建仪表板。