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- 傳感器助力工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)正常進(jìn)行
- 來(lái)源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2015/7/6
傳感器應(yīng)用非常廣泛，工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)組成環(huán)節(jié)都需要傳感器進(jìn)行監(jiān)控，并把數(shù)據(jù)反饋給控制中心，以便對(duì)出現(xiàn)異常節(jié)點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)干預(yù)，保證工業(yè)生產(chǎn)正常進(jìn)行。而新一代高級(jí)智能傳感器將成為工業(yè)自動(dòng)化的心臟。
傳感器是自動(dòng)化設(shè)備的重要部件，智能傳感器可應(yīng)用于SmartCar、機(jī)器人等，可將其感應(yīng)到的狀況，利用人工智能辨識(shí)，透過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置回饋反應(yīng)的系統(tǒng)。制造業(yè)自動(dòng)化第一品牌廣東拓斯達(dá)科技自進(jìn)入自動(dòng)化領(lǐng)域以來(lái)，在工業(yè)機(jī)器人和機(jī)械手中就大量應(yīng)用到智能傳感器，并以先進(jìn)的技術(shù)實(shí)力占領(lǐng)市場(chǎng)，據(jù)悉隨著機(jī)器人的需求產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用將越來(lái)越廣市場(chǎng)空間也將越來(lái)越大，反過(guò)來(lái)傳感器的技術(shù)進(jìn)步也將推動(dòng)自動(dòng)化向更智能方向發(fā)展。
近年來(lái)傳感器技術(shù)得到迅猛發(fā)展，同時(shí)技術(shù)也更為成熟完善，這在一定程度上推動(dòng)著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展。傳感器技術(shù)的革新和進(jìn)步，勢(shì)必會(huì)為機(jī)器人和其它自動(dòng)化行業(yè)帶來(lái)革新和進(jìn)步。因?yàn)闄C(jī)器人很多功能都是依靠傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這將促進(jìn)自動(dòng)化更加智能化。
新一代高級(jí)智能傳感器將成為工業(yè)自動(dòng)化的心臟。智能工廠是指在數(shù)字化工廠的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)和設(shè)備監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理和服務(wù)，清楚掌握產(chǎn)銷流程、提高生產(chǎn)過(guò)程的可控性、減少生產(chǎn)線上人工的干預(yù)、即時(shí)正確地采集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，以及合理的生產(chǎn)計(jì)畫編排與生產(chǎn)進(jìn)度。智能工廠可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)包括無(wú)線感測(cè)、控制系統(tǒng)網(wǎng)路化和工業(yè)通信無(wú)線化等稱重傳感器。對(duì)某些產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行快速直接測(cè)量并在線控制。而融合智能技術(shù)的傳感器將可以很好的解決上述問(wèn)題。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的八大應(yīng)用
傳感器應(yīng)用非常廣泛，工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)組成環(huán)節(jié)都需要傳感器進(jìn)行監(jiān)控，并把數(shù)據(jù)反饋給控制中心，以便對(duì)出現(xiàn)異常節(jié)點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)干預(yù)，保證工業(yè)生產(chǎn)正常進(jìn)行。
(1)軍事領(lǐng)域的應(yīng)用
在軍事領(lǐng)域，由于WSN具有密集型、隨機(jī)分布的特點(diǎn)，使其非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。利用WSN能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測(cè)敵軍區(qū)域內(nèi)的兵力和裝備、實(shí)時(shí)監(jiān)視戰(zhàn)場(chǎng)狀況、定位目標(biāo)、監(jiān)測(cè)核攻擊或者生物化學(xué)攻擊等。
(2)輔助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)
WSN特別適用于以下方面的生產(chǎn)和科學(xué)研究。例如，大棚種植室內(nèi)及土壤的溫度、濕度、光照監(jiān)測(cè)、珍貴經(jīng)濟(jì)作物生長(zhǎng)規(guī)律分析與測(cè)量、葡萄優(yōu)質(zhì)育種和生產(chǎn)等，可為農(nóng)村發(fā)展與農(nóng)民增收帶來(lái)極大的幫助。采用WSN建設(shè)農(nóng)業(yè)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用一套網(wǎng)絡(luò)設(shè)備完成風(fēng)、光、水、電、熱和農(nóng)藥等的數(shù)據(jù)采集和環(huán)境控制，可有效提高農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn)程度，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植的科學(xué)性。
(3)生態(tài)監(jiān)測(cè)與災(zāi)害預(yù)警
WSN可以廣泛地應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物種群研究、氣象和地理研究、洪水、火災(zāi)監(jiān)測(cè)。環(huán)境監(jiān)測(cè)為環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)的決策依據(jù)，是生態(tài)保護(hù)的基礎(chǔ)。在野外地區(qū)或者不宜人工監(jiān)測(cè)的區(qū)域布置WSN可以進(jìn)行長(zhǎng)期無(wú)人值守的不間斷監(jiān)測(cè)，為生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和研究提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)資料。具體的應(yīng)用包括：通過(guò)跟蹤珍稀鳥類等動(dòng)物的棲息、覓食習(xí)慣進(jìn)行瀕危種群的研究;在河流沿線區(qū)域布置傳感器節(jié)點(diǎn)，隨時(shí)監(jiān)測(cè)水位及水資源被污染的情況;在泥石流、滑坡等自然災(zāi)害容易發(fā)生的地區(qū)布置節(jié)點(diǎn)，可提前發(fā)出災(zāi)害預(yù)警，及時(shí)采取相應(yīng)抗災(zāi)措施;可在重點(diǎn)保護(hù)林區(qū)布置大量節(jié)點(diǎn)隨時(shí)監(jiān)控內(nèi)部火險(xiǎn)情況，一旦發(fā)現(xiàn)火情，可立刻發(fā)出警報(bào)，并給出具體位置及當(dāng)前火勢(shì)的大小;可將節(jié)點(diǎn)布置在發(fā)生地震、水災(zāi)等災(zāi)害的地區(qū)、邊遠(yuǎn)山區(qū)或偏僻野外地區(qū)，用于臨時(shí)應(yīng)急通信。
(4)基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
WSN技術(shù)對(duì)于大型工程的安全施工以及建筑物安全狀況的監(jiān)測(cè)有積極的幫助作用。通過(guò)布置傳感器節(jié)點(diǎn)，可以及時(shí)準(zhǔn)確地觀察大樓、橋梁和其他建筑物的狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，及時(shí)進(jìn)行維修，避免造成嚴(yán)重后果。
(5)工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用
在工業(yè)安全方面，傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可用于危險(xiǎn)的工作環(huán)境，例如在煤礦、石油鉆井、核電廠和組裝線布置傳感器節(jié)點(diǎn)，可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)工作環(huán)境的安全狀況，為工作人員的安全提供保證。另外，傳感器節(jié)點(diǎn)還可以代替部分工作人員到危險(xiǎn)的環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)，不僅降低了危險(xiǎn)程度，還提高了對(duì)險(xiǎn)情的反應(yīng)精度和速度�！�
由于WSN部署方便、組網(wǎng)靈活，其在倉(cāng)儲(chǔ)物流管理和智能家居方面也逐漸發(fā)揮作用。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)使傳感器形成局部物聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)地交換和獲得信息，并最終匯聚到物聯(lián)網(wǎng)，形成物聯(lián)網(wǎng)重要的信息來(lái)源和基礎(chǔ)應(yīng)用。
(6)在智能交通中保障安全暢通
智能交通系統(tǒng)(ITS)是在傳統(tǒng)交通體系的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型交通系統(tǒng)，它將信息、通信、控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)以及其他現(xiàn)代通信技術(shù)綜合應(yīng)用于交通領(lǐng)域，并將人、車、路、環(huán)境有機(jī)地結(jié)合在一起。在現(xiàn)有的交通設(shè)施中增加一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將能夠從根本上緩解困擾現(xiàn)代交通的安全、通暢、節(jié)能和環(huán)保等問(wèn)題，同時(shí)還可以提高交通工作效率。因此，將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于智能交通系統(tǒng)已經(jīng)成為近幾年的研究熱點(diǎn)。智能交通系統(tǒng)主要包括交通信息的采集、交通信息的傳輸、交通控制和誘導(dǎo)等幾個(gè)方面。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以為智能交通系統(tǒng)的信息采集和傳輸提供一種有效手段，用來(lái)監(jiān)測(cè)路面與路口各個(gè)方向的車流量、車速等信息。它主要由信息采集輸入、策略控制、輸出執(zhí)行、各子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸與通信等子系統(tǒng)組成。信息采集子系統(tǒng)主要通過(guò)傳感器采集車輛和路面信息，然后由策略控制子系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)，并運(yùn)用計(jì)算方法計(jì)算出最佳方案，同時(shí)輸出控制信號(hào)給執(zhí)行子系統(tǒng)，以引導(dǎo)和控制車輛的通行，從而達(dá)到預(yù)設(shè)的目標(biāo)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能交通中還可以用于交通信息發(fā)布、電子收費(fèi)、車速測(cè)定、停車管理、綜合信息服務(wù)平臺(tái)、智能公交與軌道交通、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)和綜合信息平臺(tái)等技術(shù)領(lǐng)域。
(7)在醫(yī)療系統(tǒng)大有作為
近年來(lái)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療系統(tǒng)和健康護(hù)理方面已有很多應(yīng)用，例如，監(jiān)測(cè)人體的各種生理數(shù)據(jù)，跟蹤和監(jiān)控醫(yī)院中醫(yī)生和患者的行動(dòng)，以及醫(yī)院的藥物管理等。如果在住院病人身上安裝特殊用途的傳感器節(jié)點(diǎn)，例如心率和血壓監(jiān)測(cè)設(shè)備，醫(yī)生就可以隨時(shí)了解被監(jiān)護(hù)病人的病情，在發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)能夠迅速搶救。羅切斯特大學(xué)的一項(xiàng)研究表明，這些計(jì)算機(jī)甚至可以用于醫(yī)療研究。
科學(xué)家使用無(wú)線傳感器創(chuàng)建了一個(gè)“智能醫(yī)療之家”，即一個(gè)5間房的公寓住宅，在這里利用人類研究項(xiàng)目來(lái)測(cè)試概念和原型產(chǎn)品�！爸悄茚t(yī)療之家”使用微塵來(lái)測(cè)量居住者的重要特征(血壓、脈搏和呼吸)、睡覺(jué)姿勢(shì)以及每天24小時(shí)的活動(dòng)狀況。所搜集的數(shù)據(jù)將被用于開展以后的醫(yī)療研究。通過(guò)在鞋、家具和家用電器等設(shè)備中嵌入網(wǎng)絡(luò)傳感器，可以幫助老年人、重病患者以及殘疾人的家庭生活。利用傳感器網(wǎng)絡(luò)可高效傳遞必要的信息從而方便接受護(hù)理，而且可以減輕護(hù)理人員的負(fù)擔(dān)，提高護(hù)理質(zhì)量。利用傳感器網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)時(shí)間收集人的生理數(shù)據(jù)，可以加快研制新藥品的過(guò)程，而安裝在被監(jiān)測(cè)對(duì)象身上的微型傳感器也不會(huì)給人的正常生活帶來(lái)太多的不便。此外，在藥物管理等諸多方面，它也有新穎而獨(dú)特的應(yīng)用。
(8)促進(jìn)信息家電設(shè)備更加智能
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的逐漸普及，促進(jìn)了信息家電、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，家庭網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備已由單一機(jī)向多種家電設(shè)備擴(kuò)展，基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能家居網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點(diǎn)為家庭內(nèi)、外部網(wǎng)絡(luò)的連接及內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之間信息家電和設(shè)備的連接提供了一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)。
在家電中嵌入傳感器節(jié)點(diǎn)，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)連接在一起，將為人們提供更加舒適、方便和更人性化的智能家居環(huán)境。利用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的遠(yuǎn)程遙控，也可以通過(guò)圖像傳感設(shè)備隨時(shí)監(jiān)控家庭安全情況。利用傳感器網(wǎng)絡(luò)可以建立智能幼兒園，監(jiān)測(cè)兒童的早期教育環(huán)境，以及跟蹤兒童的活動(dòng)軌跡。
傳感器的發(fā)展趨勢(shì)
業(yè)界普遍認(rèn)為，工業(yè)自動(dòng)化的心臟是新一代高級(jí)智能傳感器，它讓產(chǎn)品生產(chǎn)線持續(xù)運(yùn)行，通過(guò)低延遲和實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，連接至高性能可編程邏輯控制器以及人機(jī)界面系統(tǒng)。當(dāng)然，對(duì)制造廠商而言，時(shí)間就是金錢。只要制造的產(chǎn)品能夠達(dá)到規(guī)定質(zhì)量水平，的生產(chǎn)線就會(huì)盡可能快地持續(xù)運(yùn)行，智能傳感器重要性凸顯。
目前，智能傳感器作為21世紀(jì)最具影響力和發(fā)展前景高新技術(shù)，正引起國(guó)內(nèi)外電子信息界的高度重視。光電行業(yè)開發(fā)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，智能傳感器的國(guó)際市場(chǎng)銷售量將以每年20%的高速度增長(zhǎng)，智能傳感器將在工業(yè)自動(dòng)化時(shí)代扮演更加重要角色。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給工業(yè)自動(dòng)化帶來(lái)的變化，目前，工業(yè)生產(chǎn)的確在大規(guī)模向自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)變，但隨著物聯(lián)網(wǎng)及云平臺(tái)應(yīng)用的不斷投放商用化，工業(yè)領(lǐng)域的自動(dòng)化發(fā)展有向更高層次升級(jí)的趨勢(shì)，即智能化生產(chǎn)。那么傳感器在發(fā)展中將有哪些發(fā)展趨勢(shì)？
(1)微型化。由于信息時(shí)代信息量激增，要求傳感器能捕捉處理海量的信息的能力日益加強(qiáng);與此同時(shí)，傳感器系統(tǒng)的操作友好性亦被提上了議事日程，因此還要求傳感器必須配有標(biāo)準(zhǔn)的輸出模式，而傳統(tǒng)的大體積弱功能傳感器往往很難滿足上述要求，所以它們已逐步被各種不同類型的高性能微型傳感器所取代。后者主要由硅材料構(gòu)成，具有體積小、重量輕、反應(yīng)快、靈敏度高以及成本低等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前微型傳感器已經(jīng)對(duì)大量不同應(yīng)用領(lǐng)域，如航空、遠(yuǎn)距離探測(cè)、醫(yī)療及工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域的信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。傳感器體積越來(lái)越小，功能越來(lái)越強(qiáng)大歸功于當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)、輔助設(shè)計(jì)技術(shù)和集成電路技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的快速發(fā)展。
(2)智能化。智能化傳感器是指那些裝有微處理器的，不但能夠執(zhí)行信息處理和信息存儲(chǔ)，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷的傳感器系統(tǒng)。智能化傳感器是20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)的另外一種涉及多種學(xué)科的新型傳感器系統(tǒng)。此類傳感器系統(tǒng)—經(jīng)問(wèn)世即刻受到科研界的普遍重視，尤其在探測(cè)器應(yīng)用領(lǐng)域，如分布式實(shí)時(shí)探測(cè)、網(wǎng)絡(luò)探測(cè)和多信號(hào)探測(cè)方面—直頗受歡迎，產(chǎn)生的影響較大。可以預(yù)見，新興的智能化傳感器將會(huì)在全人類國(guó)民生的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大作用。
(3)多功能化。如前所述，通常情況下一個(gè)傳感器只能用來(lái)探測(cè)一種物理量，但在許多應(yīng)用領(lǐng)域中，為了能夠完美而準(zhǔn)確地反映客觀事物和環(huán)境，往往需要同時(shí)測(cè)量大量的物理量。由若干種敏感元件組成的多功能傳感器是一種體積小巧而多種功能兼?zhèn)涞男乱淮綔y(cè)系統(tǒng)，它可以借助于敏感元件中不同的物理結(jié)構(gòu)或化學(xué)物質(zhì)及其各不相同的表征方式，用單獨(dú)一個(gè)傳感器系統(tǒng)來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種傳感器的功能。隨著傳感器技術(shù)和微機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，目前已經(jīng)可以生產(chǎn)出來(lái)將若干種敏感元件組裝在同一種材料或單獨(dú)一塊芯片上的一體化多功能傳感器。
(4)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)我們來(lái)說(shuō)并不陌生，比如手機(jī)，無(wú)線上網(wǎng)，電視機(jī)。傳感器對(duì)我們來(lái)說(shuō)也不陌生，比如溫度傳感器。但是，把二者結(jié)合在起來(lái)，提出無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)這個(gè)概念，卻是近門年才發(fā)生的事情。傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過(guò)各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息。通過(guò)嵌入式系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行處理，并通過(guò)隨機(jī)自組織無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式將所感知信息傳送到用戶終端。從而真正實(shí)現(xiàn)“無(wú)處不在的計(jì)算”理念。
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