Сензори

Смята се, че до 2025 г. ще има 40 милиарда устройства, свързани с интернет. Повечето от тези устройства са малки сензори, които изпращат потоци от информация за това, което усещат, като например температура, влага, звук и образи.

Всъщност, ако имаш смартфон, ти си собственик на множество сензори: камера, акселерометър и GPS сензор. Освен в нашите джобове, сензорите се намират във фабрики, градски улици, роботи, транспорт, дронове, океани — сензорите са навсякъде!

Разпространението на свързани сензори често се нарича интернет на нещата (Internet of Things). Нека разгледаме тези „неща“ по-детайлно и да видим как те влияят на ежедневието ни.

Сензорът е устройство с ниска консумация на енергия, което може да улавя някакъв аспект от своята среда и да изпраща данните към друго устройство.

Свързан сензор е сензор, който също има начин да изпраща данни или до локална мрежа, или към интернет.

Сензорите могат да доловят същите неща, които усещат хората, а често и много повече.

Точно както ушите могат да усещат вибрации (които мозъкът след това превръща в звук), сензорите могат да записват вибрации в околната среда.

Всички мобилни телефони и персонални компютри се предлагат с акустичен сензор, микрофона. Певци и онлайн лектори (като мен!) често инвестират във външни микрофони, които се справят по-добре при филтриране на фоновия шум.

Умните домашни говорители като Amazon Alexa и Google Home са с вграден микрофон, за да могат да разбират твоите команди.

🤔 Какви са последиците за поверителността от акустичните сензори? Има ли място, където не желаеш да има сензор, който да записва твоите разговори?

Очите ни използват специални микроскопични клетки (под формата на пръчици и конуси), за да усетят визуалните изображения пред нас (докато мозъкът ни след това осмисля тези визуализации). По подобен начин камерите използват оптични сензори, за да записват визуалната сцена в обектива си.

CMOS (complementary metal oxide semiconductor) сензорите са най-често срещаният тип оптичен сензор, използван в цифрови фотоапарати, уеб камери и смартфони днес.$^1$start superscript, 1, end superscript

Оптичните сензори виждат също и инфрачервена светлина, дължини на вълните, които са извън обичайния зрителен спектър за хората. Когато целта на камерата е да прави снимки, които улавят света така, както го виждат хората, камерата използва филтър за прекъсване на инфрачервената светлина, за да премахне инфрачервените вълни.$^2$squared Охранителните камери обаче могат да се възползват от тези инфрачервени вълни през нощта, за да заснемат изображения в условия на слаба осветеност.

Един от най-често измерваните аспекти на дадена система е температурата. Човешкото тяло има вътрешна температура от 37°C няколко градуса по-висока или по-ниска температура е причина за безпокойство. По същия начин електромеханичните системи имат идеални температурни диапазони и могат да не работят изправно, когато са твърде горещи или твърде студени.

Температурните сензори могат да бъдат изградени от метали, които имат свойства, зависими от температурата. С повишаване на температурата металът има по-ниско електрическо съпротивление. Има ясна връзка между съпротивлението и температурата за всеки тип метал, така че компютърът може да превърне съпротивлението в измерване на температурата.$^3$cubed

Когато сензор открие температура извън идеалния температурен диапазон, системата може да издаде предупреждение или дори да се самокоригира. Например, когато компютър Raspberry PI достигне температура над 85°C, най-често поради процесорно интензивни операции, той автоматично забавя скоростта на процесора, за да извършва по-малко операции в секунда.

Други видове сензори, свързани с времето, включват детектори за въглероден оксид, сензори за замърсяване на въздуха, озонови монитори и детектори за влажност.

Благодарение на захранването от батерия и безжичната мрежа, устройствата стават все по-преносими. Нашите мобилни телефони ни придружават навсякъде, колите могат да пътешестват през различни държави, а дроновете могат да летят на километри във въздуха. Това оставя всички тези устройства с един и същ въпрос: "Къде съм аз?"

Всички тези устройства могат да определят своето физическо местоположение на земното кълбо благодарение на глобалната система за позициониране (GPS). Правителството на САЩ стартира GPS проекта през 70-те години на миналия век и сега контролира около 30 GPS спътника, обикалящи около Земята. Други големи страни като Русия и Китай изстрелват свои собствени сателити, така че да имат резервен механизъм за позициониране, ако правителството на САЩ някога ограничи достъпа им.$^4$start superscript, 4, end superscript

GPS приемниците са малки сензори с антени, които приемат радиосигнали от GPS сателитите, орбитиращи в небето отгоре. В повечето случаи, ако сензорът може да получава сигнали от поне четири сателита, тогава устройството може да изчисли своята позиция.$^5$start superscript, 5, end superscript

GPS работи най-добре във външна среда с ясен изглед към небето, а не работи добре на закрито поради смущенията, причинени от покриви, стени и други предмети. Ако робот за доставка във фабрика на Amazon иска да разбере в кой коридор се намира, е малко вероятно GPS да може надеждно да осигури достатъчно точно позициониране.

Системите за позициониране на закрито обикновено се основават на технологии като RFID (радиочестотната идентификация). Устройството носи RFID четец и е заобиколено от обекти, всеки от които има свой собствен RFID етикет, излъчващ съществуването си в дължини на радиовълните.$^6$start superscript, 6, end superscript Устройството може да не знае своята абсолютна позиция в света, но може да направи извод за позицията си спрямо обектите, за които се интересува, а понякога това е напълно достатъчно.

Това е само пример от света на сензорите. Индустриите непрекъснато изобретяват нови сензори за откриване на всичко, което е значимо за тяхната област, като например сензори за листа за селското стопанство, сензори за паркиране за автомобили, алтиметри (висотомери) за самолети, тактилни сензори за видео игри и детектори за движение за системи за сигурност. За да откриеш още видове сензори, можеш да разгледаш този дълъг списък.

Можеш дори да експериментираш със сензори, ако например комбинираш мини компютър Arduino или Raspberry PI със сензори и малко програмиране. Разгледай Instructables за забавни идеи за проекти.

🙋🏽🙋🏻‍♀️🙋🏿‍♂️Имаш ли въпроси по тази тема? С радост ще ти отговорим—просто задай въпроса си по-долу!