物联网发展风潮推助，传感器应用七十二变
2015-11-03 13:05:18   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

随着物联网发展升温，传感器的重要性也与日俱增，需求也跟着水涨船高。物联网设备开发商已开始引进动作、声音、影像、温度、湿度、气压、气体、紫外线等各种传感器，以实现小型气象站、室内导航等多样化智能应用。

自1990年至今，MEMS传感器的应用有三波演进；一开始内建在汽车的安全气囊中，而后则是用于消费性电子内（例如任天堂的Wii），第三波演进便是物联网崛起。

串联万物传感器围绕你我生活

传感器是一种可以感知周遭环境的设备，可将收集而来的信息转换成电信号，让系统进一步分析该信息。其应用广泛且种类众多，光是便携式智能设备中便内建动作、光线、CMOS图像及压力等多种传感器。

物联网的概念出现后，传感器开始大举进驻人类生活。传感器的应用范围小至可吞食的药丸，抑或是大到可让整座智慧城市中基础建设各自“拥有智慧”，并且互相连接。

事实上，智慧城市的建造，并不是全然以新的基础设施取代现有的设施，而是可将原本只有单一用途的基础设备转换成多功能的建设；而这些多功能的建设中，传感器就担任要角。

举例来说，采用高通3G数据机的Big Belly智能垃圾桶，在垃圾须要清空或是快要发出臭味时，其内建的传感器可通过全球定位系统（GPS）将收集到的数据发送到监控中心，从而通知清洁人员何时应该要来处理垃圾。除此之外，城市的智能感测设备可以收集并传送周遭环境的交通状况与污染程度的信息。

针对城市交通的部分，智能计费表可以接受硬币、信用卡、近距离无线通讯（NFC）智能手机，以及行动支付来缴清停车费用；如此一来，当市民找到停车位时不再需要争先恐后的将硬币投入停车计费表中。而这些智慧计费表还配备了车辆传感器，借此可在城市应用程序（CityApp）中传递信息，让驾驶人不必兜一圈才能找到停车位。

动作感测就定位感知环境新方向

在智能手机以及可穿戴设备应用中，陀螺仪、加速度计和磁力计等运动传感器已发展成熟。制造商们开始找寻创新应用，意法半导体与Bosch Sensortec皆认为，环境传感器将是接下来MEMS传感器一大重要发展方向。

意法半导体技术行销经理苏振隆表示，环境感测将是下一波MEMS传感器趋势。近年来消费者对于生活周遭的环境品质要求上升，因此带动一波环境传感器的需求上涨；无论是湿度、海拔高度、大气气压、紫外线，以及温度都可藉由环境传感器测得。

Bosch Sensortec亚太区总裁百里博表示，未来内建于智能手机的环境传感器功能，将包括计算使用者消耗的卡路里数、显示位置的海拔标高、空气中的湿度、当下气温，以及感测环境中的光线等。

据了解，意法半导体开发出的紫外线传感器，已被用于化妆包、帽子、发饰，以及高尔夫球杆中。由于现代人怕皮肤直接接触有害光线，但是无从得知当下环境UV指数是否超标，因而有厂商想出在这些产品中，提醒使用者是否适合曝晒在太阳底下。

Bosch Sensortec亚太区总裁百里博（Leopold Beer）也表示，未来内建于智能手机的环境传感器功能，将包括计算使用者消耗的卡路里数、显示位置的海拔标高、空气中的湿度、当下气温，以及感测环境中的光线等；为了满足物联网往后的应用需求，该公司会将物联网的传感器发展主力放在动作及环境感测上。

由于现在生活环境中空气污染严重，所以在环境传感器的应用中，气体相关应用将会是环境传感器未来的关注目标。由于消费者希望藉由此类传感器得知生活中空气污染物、有毒气体及细悬浮微粒(PM2.5)的含量是否已达到危害人体的界线；另一方面，气体传感器也可作为酒精浓度监测器。

移动设备应用成熟智能家电加速跟进

随着移动设备中的传感器应用发展日益成熟，消费者的需求开始慢慢扩张，现在智能家电也开始加速传感器的相关应用。

苏振隆表示，目前湿度传感器应用于家电类产品居多，例如除湿机与智慧冰箱都须要感应空气中的湿度高低。现阶段若是环境太过潮湿，手机可以提醒使用者应开启除湿机。但在进入物联网的时代后，使用者希望物品可以自动化，所以未来将传感器加入机器中，将可做到湿度提高时除湿机会自动运作；而冰箱也须自动侦测空间内湿度才得以做出湿度控制，以防食物产生脱水现象。

奥地利微电子台湾区总经理李定翰表示，智慧照明可藉由感测热能，自动感应使用者进出状态，确实地开启或是关闭灯泡电源，以便做到真正的节能。

苏振隆补充，湿度传感器也可以应用于汽车的雨刷，若是下雨或是有液体喷溅到车窗上，传感器可以自动启动雨刷，排出挡风玻璃上的液体。

奥地利微电子(ams)台湾区总经理李定翰表示，智能电灯可藉由感测热能，自动感应使用者进出室内的状态，确实地开启或是关闭灯泡电源，以便做到真正的节能；相较之下，以往利用红外线感应物体的经过来决定电灯开起的设计，则容易因为物体长时间未有移动，而自己熄灭。

掌握心率/血氧/血压光学式生物传感器“看透”你

光学式生物信号传感器需求飙涨。近年来，消费者开始注重自身生理健康，一般可穿戴设备中简单的计步与睡眠监测功能早已不能满足使用者需求，通过不同波长的发光二极体照射在皮肤上来测量心率、血压及血氧等生理数值才是可穿戴设备的发展趋势。

李定翰表示，近年来信息科技（IT）大厂开始跨领域购并医疗与生物相关的厂商，原因是看好未来光学式生物信号传感器的需求会持续上升。

据了解，手机市场已经趋近饱和，所以可穿戴应用将会是此类传感器的成长方向；再加上今年初苹果智能手表（Apple Watch）上市以来，带动了一股可穿戴的风潮。各家厂商开始推出内建光学式生物传感器的手表/腕带式的设备，让消费者可通过屏幕或是搭配的移动应用程序（APP），来监测自身的身体状况。

光学式生物传感器是通过光照在使用者的皮肤上，光线被人体中的组织、骨骼与血管吸收、打散及反射，传感器则是监测这些反射光来收集数据。常见的红光波长（850～940nm）不适合手表/腕型设备使用，因手腕不像指尖与耳部有血量丰沛的微血管；绿光波长(525nm)、黄光波长(590nm)是目前市面上常见的解决方案。

确保长时间运作低功耗成传感器发展重点

不论是何种应用层面，“低功耗”皆为传感器的重要发展趋势。举例来说，可穿戴设备受到体积与重量的限制，其微控制器(MCU)与MEMS传感器等器件厂商，纷纷推出超低功耗、小体积、高精度，以及高集成度的解决方案。

亚德诺（ADI）半导体亚太区MEMS市场经理赵延辉表示，2015年开始手机市场成长趋缓，未来传感器的应用发展应朝向低功耗与小尺寸的可穿戴市场迈进。

据了解，大部分的可穿戴设备传感器需要极低功耗，原因是为因应消费者的便利性需求；因为穿戴式产品需要长时间待机，以备使用者随时可唤醒使用其功能；而智能手表则须要一天充电一次，这对大部分的使用者来说便利性偏低。

另一方面，若是应用于智慧家庭(Smart Home)中，安装于燃气表的传感器，须要长时间监测何时地震发生，方可自动切断燃气供应；但由于地震来临的不确定性，所以传感器可能需要为期5～10年的待机时间。

据悉，极低功耗的传感器应用十分广泛，不少厂商开始推出道路周边碰撞传感器。此类传感器可安装于人烟稀少的路上，若是驾驶人在开车的过程中发生意外，传感器可自动感应环境中不正常的碰撞，可直接通报道路救援系统进行救援。此类器件需要极低功耗，以备需要时可正常运作。

Quick Logic产品管理资深总监Frank A.Shemansky则认为，传感器的技术挑战是尺寸、成本，以及其性能(准确性与功率效率等)。该公司推出的传感器处理系统能以少量功耗提供比传统ARM Cortex-M4F微控制器传感器中枢（Sensor Hub）方案高出80%的运算功能。

另一方面，Bosch Sensortec也提出未来的传感器愿景是将所有感测功能整合于同一芯片上，同时，该芯片还拥有电池足以供电，以及无线联网功能。

除MEMS传感器前景看俏外，图像传感器需求也在物联网发展风潮的推助下日益走扬，特别是机器视觉与嵌入式视觉技术在未来物联网应用中将扮演重要角色，因此兼具尺寸与成本优势的CMOS图像传感器，可望成为实现深度学习等更智慧化功能不可或缺的关键器件。

内建自动对焦CMOS图像传感器升级

就目前发展来看，智能手机仍是CMOS图像传感器最大应用市场，因此相关传感器厂商皆不断推陈出新，以满足手机市场愈来愈高规格的应用要求。以东芝(Toshiba)为例，不仅致力提升该公司CMOS图像传感器像素(Pixel)规格，更于其中搭载相位差自动对焦(PDAF)技术，赋予手机相机快速自动对焦、高像素及高分辨率等功能。

台湾东芝电子半导体行销部经理周彦勋表示，市场上对于手机相机像素的要求不断提升，且希望拥有更丰富功能；目前市面上已有多款智能手机相机中已有内建PDAF功能，短时间内便可为使用者实现相位自动对焦，且无论是静态或是高动态范围都能完整拍摄目标。

除力拓手机版图外，东芝也看好汽车市场对图像传感器的需求，积极推出车用解决方案，如日前发布一款全新的两百万像素车用CMOS图像传感器--CSA02M00PB，其配备产业首创的LED闪烁抑制功能，可将LED光源引起的图像闪烁最小化，实现更快速、更精确的图像感测。

周彦勋指出，以往东芝CMOS图像传感器产品线的发展重心多锁定智慧型手机和平板设备等应用，但未来也将扩大延伸至汽车市场，以满足车用图像感测的发展需求。

由上述得知，物联网的发展风潮，带动了传感器每一个应用层面起飞，各家传感器业者正利用各式解决方案抢拓市场版图。未来不论是家中、卖场、学校，甚至医院，皆可看见传感器的踪迹。