Erfahren Sie mehr über die im Internet der Dinge häufig verwendeten Sensoren und Aktoren

Das Internet der Dinge (IoT) ist das heißeste Technologie-Schlagwort der letzten Jahre und geht alles darum, Daten zu sammeln, zu teilen und zu analysieren und daraus Wert zu schaffen. Aber ohne genaue Daten wird das Internet der Dinge zu einem nutzlosen Technologiehaufen. Die Bedeutung des IoT-Gerätemanagements und der IoT-Sensoren und - Aktoren ermöglicht es, die Welt zu erkennen und zu handeln.

Das Internet der Dinge besteht aus mehreren technologischen Schichten (die Technologien hinter dem Internet der Dinge), die es einfachen Dingen ermöglichen, die Daten zu teilen, die sie im Internet sammeln, und damit letztendlich Intelligenz, autonomes Handeln und Wert liefern, die weitgehend von der Qualität der Daten selbst abhängen. Sensoren und Aktuatoren sind daher ein integraler Bestandteil des IoT-Technologie - Stacks und Erfolgsfaktoren bei der Entwicklung jedes IoT-Systems.

Sensoren und Aktuatoren sind natürlich wichtig für das Internet der Dinge, aber was sind sie eigentlich? Ein Sensor, auch als Transducer bezeichnet, ist ein Gerät, dessen Aufgabe es ist, Ereignisse oder Änderungen in der Umgebung zu erkennen und diese physikalischen Phänomene (z. B. Temperatur, Licht, Luftfeuchtigkeit, Bewegung, das Vorhandensein von Chemikalien usw.) in elektrische Impulse umzuwandeln. Danach kann man sie sinnvoll interpretieren. Auf der anderen Seite kann der Aktuator als ein Werkzeug betrachtet werden, das im Gegensatz zu einem Sensor wirkt. Indem es elektrische Impulse interpretiert, die vom Steuerungssystem ausgegeben werden, und diese in mechanische Bewegungen umwandelt, wird es tatsächlich durch eine Vielzahl von einfachen Aktionen (einschließlich, aber nicht beschränkt auf das Öffnen und Schließen von Ventilen, die Änderung der Position oder des Winkles anderer Geräte, die Aktivierung oder die Ausgabe von Geräten oder Lichten) durchgeführt. Einfach gesagt wird der Akteur als "Mover" bezeichnet.

Gewöhnliche elektrische Sensoren und Aktuatoren gibt es seit Jahrzehnten und sind in modernen industriellen Anwendungen überall, aber das Aufkommen des Internets der Dinge eröffnet völlig neue Möglichkeiten für die Anwendung von IoT-Sensoren und Aktuatoren nicht nur in der Industrie, sondern auch in der Industrie. Gewerbliche und häusliche Nutzung. Sensoren und Aktuatoren können als wesentliche Beitragsfaktoren für das Internet der Dinge dazu beitragen, Operationen in nahezu allen Bereichen zu überwachen, zu steuern und zu vereinfachen, von intelligenten Fahrzeugen bis zum Schutz des Regenwaldes. Das Internet der Dinge hat die Art und Weise, wie sie angewendet werden, revolutioniert und ihren Einsatz erweitert, indem es Sensoren für leistungsstarke Cloud-basierte Analysesoftware zur Entwicklung intelligenter Lösungen für Maschinen, Menschen und Umwelt ermöglicht.

Angesichts all der oben genannten Faktoren ist es kein Zweifel, dass das IoT zunehmend effiziente (vorzugsweise kostengünstige) Sensorlösungen benötigt, um die rasante Entwicklung aufrechtzuerhalten. Zuverlässige Sensor - und Aktuator-Systeme sind die Grundlage für jeden erfolgreichen intelligenten Einsatz, daher ist es wichtig, die Vielfalt der IoT-Sensorlösungen und - Optionen zu verstehen, die darin vorhanden sind. Lassen Sie uns die am häufigsten verwendeten Sensortypen im Internet der Dinge untersuchen.

IoT-Sensor - Typ

Sensoren können eigenständige Geräte sein oder in gewöhnliche Objekte oder Maschinen eingebettet werden, um sie intelligent zu machen, und können je nach physikalischen Phänomenen, die gemessen werden, in verschiedene Kategorien unterteilt werden. Die folgende Liste gibt einen Überblick über einige der am weitesten verbreiteten Sensortypen im Internet der Dinge.

Temperatur-Sensor

Dieser grundlegendste Sensor findet seine Anwendung in jedem IoT-Anwendungsfall, in dem es entscheidend ist, den Wärmezustand der Luft, der Arbeitsumgebung, der Maschine oder anderer Objekte zu verfolgen. Temperatursensoren sind besonders nützlich in Fertigungsanlagen, Lagern, Wetterberichtssystemen und in der Landwirtschaft, in denen die Bodentemperatur überwacht wird, um ein ausgewogenes und maximales Wachstum zu gewährleisten.

• ThermistorEin elektrischer Widerstand, dessen elektrischer Widerstand (Widerstand) stark von der Temperatur abhängt. Thermistoren werden weit verbreitet als Sensoren in elektronischen Geräten verwendet, z. B. als Temperatursensoren in elektronischen Thermometern oder als Temperatursensoren in Systemen zur Verhinderung von übermäßigen Strömen.
• Widerstands-Temperaturdetektor: Gerät zur Messung der Temperatur anhand der Widerstandsänderung im Zusammenhang mit Temperaturänderungen.
• Thermoelement: Schaltkreiselemente, die aus zwei verschiedenen Leitern bestehen. Durch die Nutzung der Tatsache, dass die elektromagnetische Kraft, die zwischen den Steckverbindern des Thermopaares erzeugt wird, proportional zu der Temperaturunterschiede ist, können Thermopaare als Temperatursensor und manchmal sogar als Stromquelle mit sehr niedrigen Spannungen und relativ hohen Strömungen verwendet werden.

Feuchtesensor

Obwohl sie am offensichtlichsten und am weitesten verbreitet sind in Wetterstationen in der Berichterstattung und Vorhersage des Wetters sind, sind Feuchtigkeit - und Feuchtigkeitssensoren überraschenderweise auch in der Landwirtschaft, Umweltüberwachung, Lebensmittelversorgungsketten, HVAC und Gesundheitsüberwachung weit verbreitet.

• Haarspannung-FeuchtigkeitssensorDie traditionellen und ältesten Feuchtesensortypen. Das Design des Geräts basiert auf den spezifischen Eigenschaften von Menschen - oder Pferdehaaren, obwohl derzeit auch synthetische Fasern oder Baumwolle verwendet werden. Diese Fasern verändern ihre Länge nach Kontakt mit Feuchtigkeit. Der Zeiger, der die Messwerte der Skala anzeigt, ist an das Haar (oder Faser) angeschlossen und reagiert auf Änderungen der Länge. Der Vorteil dieser Art von Feuchtesensor ist zweifellos die einfache Konstruktion, der kostengünstige Preis und auch die Beschädigungsfähigkeit.
• trockenen Nass.Die Konstruktion solcher Geräte basiert auf zwei Trocken - und Feuchtmessgeräten (sogenannte „trocken-nass" und „nass"). Quecksilberbehälter für feuchte Thermometer mit feuchtigkeitsabsorbiertem Material ausgekleidet. Es nutzt das Phänomen, dass feuchte Luft die Verdunstung unterdrückt, während trockene Luft die Verdunstung beschleunigt. Je höher die Feuchtigkeit, desto niedriger ist die Temperatur des nassen Thermometers. Das Trockenthermometer zeigt die Umgebungstemperatur an und die Feuchtigkeit kann anhand der Temperaturdifferenz berechnet werden.

Lichtintensitätssensor

Abhängig von der Intensität des Umgebungslichts können Smart-TVs, Mobiltelefone oder Computerbildschirme ihre Helligkeit mit Hilfe von Lichtsensoren regulieren, aber Sensoren zur Erkennung von Umgebungslicht sind nicht nur in Unterhaltungselektronik, sondern auch in Smart City-Anwendungen weit verbreitet. Sie werden zunehmend verwendet, um Straßenleuchten oder städtische Beleuchtungsebene anzupassen, um die Wirtschaftlichkeit zu verbessern.

• Fotoelektrischer WiderstandEs handelt sich um ein lichtempfindliches Element, dessen elektrischer Widerstand durch Strahlung variiert. Es kann beispielsweise leicht an einen Arduino als analogen Lichtsensor angeschlossen werden. Somit lassen sich beispielsweise Lichter bauen, die sich nach Dunkelheit automatisch anschalten. Photoresisten können auch als sehr einfache Nähsensoren oder sogar als Temperatursensoren verwendet werden.
• Photodiode: Eine Diode, die auf dem photoelektrischen Effekt arbeitet. Wenn die Photonen die Knotenpunkte der Photodiode erreichen, werden sie absorbiert, was dazu führt, dass Elektronen auf das leitende Band übertragen und ein Elektron-Löcher - Paar bilden. Photodioden werden weit verbreitet in der industriellen Automatisierung (Signalisierung und Steuerungssysteme), Telekommunikation (Optikoppler, optoelektronische Links) und vielen anderen Branchen verwendet.

Akustische Sensoren

Intelligente akustische Sensoren ermöglichen es uns, den Geräuschpegel in einer bestimmten Umgebung zu überwachen. Mit Methoden, die Daten messen und bereitstellen können, um Lärmbelastung zu verhindern, werden akustische IoT-Sensorsysteme in intelligenten City-Lösungen immer mehr verbreitet.

• Hydrophone: Mikrofon, das Geräusche aufnimmt, die sich in Wasser oder einer anderen Flüssigkeit ausbreiten. Hydrophonen sind grundlegende Bauteile für passive Sonare, zum Beispiel für die Erkennung von Fischen in verschiedenen aquatischen Umgebungen.
• Seismophone: Dies ist ein Sensor, der Bodenvibrationen (Frequenz und Amplitude) in eine Spannung umwandelt. Man könnte sagen, dass es eine Art Seismometer ist, das bereits auf dem Mond im "aktiven seismischen Experiment" von Apollo 16 verwendet wurde.

Wasserspiegelsensor

Um Naturkatastrophen zu verhindern, können die von Sensoren für die Überwachung des Wasserspiegels gesammelten Daten für die Analyse und Vorhersage in Überschwemmungswarnsystemen verwendet werden. Neben dem Umweltschutz kann der Sensor auch in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen eingesetzt werden, um Fertigungsprozesse zu steuern und optimieren.

• Hydrostatischer Drucksensor: zur Messung des Flüssigkeitsfüllungsniveaus Diese Sensoren arbeiten auf der Grundlage der Messung des Flüssigkeitspiegels, das mit dem sogenannten Hydrostatischen Paradoxon durchgeführt wird - der an der Tankmessstelle gemessene hydrostatische Druck ist nur proportional zur Höhe der Flüssigkeitsfüllung, unabhängig von Form und Volumen des Tanks.
• Optischer Sensor: Ein Sensor, der den Wasserstand erfasst, der durch Lichtbrechung in einem Prisma nach Kontakt mit einer Flüssigkeit impliziert wird. Optische Sensoren bieten einige Vorteile gegenüber typischen Wasserspiegelsensoren, da sie durch mechanische und bewegliche Teile eingeschränkt sind, die brechen oder einfach abnutzen können.

Verschiebungssensor

Durch die Emission eines elektromagnetischen Strahlens ist dieser Sensor in der Lage, die Anwesenheit seines Zielobjekts zu ermitteln und den Abstand zu bestimmen, der sie trennt. Mit seiner hohen Zuverlässigkeit und langen Lebensdauer ist es kein Wunder, dass sie es schnell in viele IoT-Bereiche integriert haben, wie z. B. intelligente Autos, Robotik, Fertigung, Maschinen, Luftfahrt und sogar intelligente Parklösungen.

• Doppler-RadarRadar, das den Doppler-Effekt verwendet, d. h. die Differenz zwischen der Frequenz der Welle, die von seiner Quelle ausgeht, und der Frequenz der Welle, die von einem Beobachter aufgezeichnet wird, der sich relativ zu dieser Quelle bewegt. Radar wird nicht nur verwendet, um Objekte zu erkennen und ihren Standort zu bestimmen, sondern auch, um deren Richtung und Geschwindigkeit zu verstehen.
• Sensoren nutzenEin Präsenzsensor, der Infrarotlicht oder Hochfrequenzsignale verwendet, um Bewegungen in Büros und Sanitäranlagen, Fluren, Gängen, Lagern usw. zu erkennen.

Bewegungssensor

Intelligente Gebäudesysteme sind wahrscheinlich die billigste IoT-Anwendung, die man sich für Bewegungssensoren vorstellen kann. Obwohl diese offensichtliche Tatsache im Großen und Ganzen zutrifft, erstreckt sich der Einsatz von Bewegungssensoren über die Überwachung von privaten oder öffentlichen Räumen bei Einbruch oder Diebstahl auf viele andere Bereiche wie Energiemanagementlösungen, intelligente Kameras, Automatisierungsgeräte und vieles mehr.

• Aktive Ultraschallbewegungssensoren: Passive Ultraschallwellen senden und empfangen
• Passive Infrarotbewegungssensoren: Veränderungen der Infrarotstrahlung erkennen
• Aktive Radar-Sensoren: Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen
• Es gibt auch Sensorversionen, die alle oben genannten Bewegungsprinzipien kombinieren. * * Ein solches Beispiel ist der passive Infrarot-Sensor (PIR), ein elektronischer Sensor zur Bewegungserkennung, der häufig in Alarmsystemen, automatischen Beleuchtung und Lüftungssystemen usw. verwendet wird.

Haltungssensor

Die Aufgabe eines solchen Sensors ist es, die Rotation zu erfassen und die Winkelgeschwindigkeit zu messen, was ihn ideal für Navigationssysteme, Robotik, Unterhaltungselektronik und Fertigungsprozesse macht, die Rotation beinhalten. Für alltägliche IoT-Anwendungen werden zunehmend Gyroskopsensoren in IoT-Geräten installiert, die von Sportlern verwendet werden, um die Körperbewegung präzise zu messen, um ihre sportliche Leistung zu analysieren und zu verbessern.

• Beschleunigungssensor: Dieser Sensor hält keine konstante Richtung, gibt aber die Winkelgeschwindigkeit des Objekts an, an dem er sich befindet. Diese Gruppe umfasst mechanische Gyroskopen mit begrenzten Drehfreiheiten (normalerweise auf einer Achse des cartesianischen Koordinatensystems), optische Gyroskopen (Laser und Glasfaser) und schließlich Gyroskopen, die den Coriolis-Effekt verwenden.
• Richtungsindikator: Ein Richtungsgyroskop oder Richtungsindikator ermöglicht es Ihnen, die Rotation des Körpers zu beobachten, an dem es angeschlossen ist. Ein Gyroskop wird normalerweise als schnell rotierendes starres Objekt (in der Regel eine Scheiben) hergestellt, das in einer geeigneten Struktur hängt, so dass es sich frei in Bezug auf ein Referenzsystem (z. B. das Objekt, an das es angebracht ist) drehen kann.

Chemische Sensoren

Sensoren, die Verbindungen (Feste, Flüssigkeiten und Gase) erkennen können, sind ein wesentliches Element in industriellen Sicherheitssystemen, Umweltschutzlösungen und in der wissenschaftlichen Forschung. Darüber hinaus haben sie sich in der IoT-gestützten Luftqualitätsüberwachung etabliert und können Städten und Staaten helfen, die schädlichen Auswirkungen von Luft - und Wasserverschmutzung zu bekämpfen.

• Elektrochemische Atemanalyse: Ein einfacher Sensor zur Bestimmung des Alkoholgehalts im Blut. Elektrochemische Sensoren haben die Fähigkeit, Nebenwirkungen wie Menthol, Zigarettenrauch oder Zitronensäure zu widerstehen und können die Alkoholkonzentration in der ausatmeten Luft mit einer Genauigkeit von 0,000 ‰ anzeigen.
• Elektronennase: Chemische Detektoren oder eine Gruppe von Detektoren, die verschiedene Arten von Partikeln in der Umwelt enthalten oder ihre verschiedenen Eigenschaften (z. B. das Vorhandensein spezifischer chemischer Bindungen, Säure, Basinität, die Fähigkeit, benachbarte Dipolle zu stabilisieren, usw.). Die Informationen, die durch den Einsatz solcher Detektoren erhalten werden, können die chemische Zusammensetzung der Umwelt verstehen.

Vision Sensor

Durch die Umwandlung optischer Daten in elektrische Impulse ermöglicht der Bildsensor angeschlossene Objekte, ihre Umgebung zu sehen und die aus der Datenanalyse gewonnenen Intelligenz auf die Umgebung zu nutzen. Immer wenn ein intelligentes Gerät erforderlich ist, um seine Umgebung zu „sehen", werden Bildsensoren eingesetzt, darunter intelligente Fahrzeuge, Sicherheitssysteme, militärische Ausrüstung wie Radar und Sonar, medizinische Bildgebungsgeräte und natürlich digitale Kameras.

• Aktive Pixel-Sensoren: Anordnung zahlreicher fotosensibler Elemente, die mit CMOS-Technologie hergestellt werden. CMOS-Sensoren können in vielen Geräten wie Webkameras, Kompakt-Digitalkameras, DSLR-Kameras (Digital Single-Spiegel - Reflex) verwendet werden, Steuerungselemente in der Fertigungsautomatisierung, digitale Röntgenkameras usw.
• Ladunggekoppelte Geräte: Ein System, das aus vielen fotosensiblen Elementen besteht, das sich registriert und anschließend elektrische Signale liest, die proportional zur Menge an Licht auf sie fallen. Farbfilter, die in CCD-Sensoren verwendet werden, sind häufig in Digitalkameras vorhanden, sodass sie die Intensität einer bestimmten Spektralbreite an einem gegebenen Punkt der Matrix aufzeichnen können.

IoT-Actuator - Typ

Wie der Name schon sagt, kann ein Aktuator in seiner unmittelbaren Umgebung arbeiten, um den korrekten Betrieb der Maschine oder Gerät zu ermöglichen, in dem er eingebettet ist. Obwohl sie klein sind, sind sie im Betrieb selten zu sehen, aber ihre Wirkung kann in Fahrzeugen, Industriemaschinen oder anderen elektronischen Geräten spürbar sein, die Automatisierungstechnik betreffen. Je nach ihrem Konstruktionsmodell und ihrer Rolle in einer bestimmten IoT-Umgebung können sie in vier Hauptkategorien unterteilt werden:

• Lineare Aktoren- verwendet, um Objekte oder Komponenten entlang einer geraden Linie zu bewegen.
• Motoren- Sie veranlassen eine präzise Rotationsbewegung von Gerätekomponenten oder Ganzen.
• Relais- Diese Kategorie umfasst elektromagnetische Aktoren, die für die Steuerung von Lichten, Heizungen und sogar Stromschaltern in intelligenten Autos verwendet werden.
• Elektromagnetische Ventile- Am häufigsten in Haushaltsgeräten als Teil des Sperr - oder Auslösungsmechanismus verwendet, fungieren sie auch als Steuerung für IoT-basierte Gas - und Wasserlecküberwachungssysteme.

IoT-Sensoren sind scheinbar unbedeutende kleine Geräte, die Daten in ein IoT-System speisen, das die eigentliche Grundlage für den Aufbau von Maschinenintelligenz darstellt. Auf der anderen Seite stellen die Aktoren die treibende Kraft hinter jedem intelligenten Unternehmen dar (wörtlich!). In beiden Fällen interessiert sich das Internet der Dinge nicht nur für das Gefühl und die Funktionsweise, sondern auch für die Dinge, die es uns ermöglichen, Dinge schneller und besser zu erledigen.