徐荣+刘克礼+刘辉

摘 要：物联网的产生使物与物之间的通信交流得以实现，但是其自身也存在着发展的局限性，其中传感器技术是关乎物联网应用推广的关键。本文通过深入研究组合式传感器的原理，选用具备独特优势的传感材料优势互补地进行组合设计，得到了兼具多种特性、更好性能的组合式温度传感器，通过验证说明了其实用价值。

关键词：物联网；组合式传感器；关键技术

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.226

在新一代的信息技术发展过程中，物联网技术发展迅速，世界各国纷纷采取行动开展这项技术研究，以求带动经济社会各领域的发展。物联网是一种融合发展的技术，是在原有基础上的提升、汇总和融合。物联网行业的发展迫切需要提升获取数据的可靠性和精准度，而感知技术是摄取物理信息的关键。传感器技术是生产生活领域中数据信息的主要获取途径，市场对新型传感器的需求旺盛，所以可以以此项技术为突破口，实现物联网的进阶发展和普及使用。

1 物联网技术概述

1.1 物联网技术

物联网技术来源于互联网技术，是互联网的应用和拓展，是当今信息化时代发展阶段中的新一代信息技术的重要组成部分[1]。它可以收集任何所需的信息，并与互联网结合运行，任何物品之间都可以通过物联网进行信息的交换和交流。物联网是一项综合性的技术，不仅能够解决生活生产各领域所遇到的问题，同时与大数据的结合可实现数据的可视化，带来新的实用价值。因此，在物联网应用拓展方面进行实践创新将会是推动物联网技术和社会各领域发展的重要方向。

1.2 物联网优势和效益

物联网技术发展不仅顺应了信息化时代发展的潮流，还能够推动当前社会的进步和发展，带来巨大的经济效益。在现实生活中，它的影响是十分显著的，优化了人们的生活方式，使人们生活更加便捷，实现了生活智能化、安全化、舒適化、节能化、科技化等。同时物联网还影响着不同行业的进步发展，优化各领域的监控管理体系，提供给社会一个较好的发展环境。在经济效益方面，各国政府都将物联网技术作为拯救实体经济的重要解决途径，是互联网时代后最有希望开创新时代的新兴技术。

2 传感器技术概述

传感器是能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。传感器可以通过改良实现物联网应用拓展的创新，以帮助实现信息的数字化、智能化、系统化和网络化等[2]。在传感器的使用中，需要达到比较优良的控制性能，使传感器能够感测到被测量信息的变化并进行输出和显示，因此在应用中精准选择传感器的基本性能就尤为重要。

2.1 单一传感器优缺点

以温度传感器为例，不同的温度传感器有不同的优点，适用于不同的应用领域，但是利用单一敏感材料的温度传感器想同时获得既快速稳定又精准度高的测量结果会有很大的困难。温度是动态变化的，如果只使用某一种敏感材料的温度传感器在实际应用中很难达到最佳测量效果，将会影响到物联网的普及应用。

2.2 组合式传感器优缺点

将具有不同功能、不同材质的传感器进行搭配，按照其优缺点进行互补组合后形成的传感器同时使用多种传感材料同步测量、处理同一参数，充分挖掘每一个传感器的优点，均衡测量的稳定性与快速性、灵敏性与线性，可输出更好的测量结果，提高输入和输出的可靠性[3] 。例如将稳定性较好但灵敏度较低的传感材料与灵敏度较高、反应迅速但稳定性不好的材料进行组合，便能得到一种兼备灵敏度高、反应速度快、稳定性好等多种特性的组合式温度传感器。

3 组合式传感器研究设计

物联网技术的发展迫切需要提高接入数据的可靠性和准确性，而传感器则是采集数据信息的主要途径，所以通过传感器获得精确的所需信息是急需解决的问题。优势互补的组合式的温度传感器便能实现信息输入输出的可靠性。在组合式温度传感器的设计中，为了使温度传感器具有较好的稳定性、线性、响应特性，选择将铂材料电阻与半导体材料电阻来组合。

铂电阻是利用电阻率随温度变化而变化热电阻效应制作而成的，铂电阻稳定性好、准确度高、测温范围广、线性度好；半导体材料是近些年来的发展迅速的一类材料，利用半导体材料制作的热敏电阻温度传感器拥有较高的灵敏度，较宽测量范围，较小的体积，但温度漂移严重。如果将两者融合在一起形成优势互补，将大大拓展温度传感器的测量范围，为物联网技术服务的拓展提供数据支持。

3.1 组合式传感器的基本工作原理

传感器在控制系统中作为信息感测环节，需要将被测量的变化量转换为电量，它的静态特性和动态特性都十分关键，组合传感器利用不同传感材料同时测量某一参数，可很好的利用每个传感材料的特性，均衡测量所需的动、静态参数，其基本工作原理图如3-1所示：

3.2 组合式传感器的设计

本文以组合式的温度传感器设计为例，为获得更好的静、动态特性，选用铂材料和半导体热敏材料来设计该传感器，将采集的数据输入单片机处理器利用联邦卡尔曼算法对数据进行处理，传感器结构如图3-2所示。

4 面向物联网的组合式传感器的应用

当前，传感器技术发展滞后严重制约着国内物联网应用技术的发展。基于物联网技术，对传感器进行创新性研究和设计，探索传感器的集成化、多功能化、智能化，利用两种或多种传感材料进行组合设计优势互补，从而获得更加精准的测量结果。

本文的传感器验证系统主要包括2个温度传感器、1个路由器、1个传感器信息接收模块及上位机。传感器节点A为热敏材料传感器，传感器节点B为铂材料传感器，主要进行数据采集，将所采集的数据转换为温度值上传至路由节点，然后由路由器传输到数据接收模块，传输至上位机通过卡尔曼算法进行优化处理，方便显示、记录、存储。组合式温度传感器系统的工作流程如下：（1）打开相关数据接收点，搭建并开启系统的传输网络，打开电脑端的数据采集软件，（2）开启温度传感器，将温度传感器数据采集点加入网络，开启路由器节点，并将路由器也加入网络。传感器对数据进行AD采集，并将所采集的数据转换为温度值，然后将数据传向接收模块。（3）数据接收模块在接到数据后，利用串口将数据发送到上位机，电脑端对所得到数据处理并分析，将当前的温度显示出来并存入数据库。组合式传感器系统的体系结构如图 4-1所示。

经过对系统的测试，组合式温度传感器在验证过程中基本实现了预期的功能，系统可以实时的采集并显示所预测到的温度值，同时在上位机软件界面设置了异常报警功能。

5 总结与展望

在信息爆炸的时代，数据的规模越来越大，如何快速获得精确有效的数据显得尤为重要。传感器负责物联网的信息采集和汇聚，传感器技术的发展直接决定物联网技术应用的推广领域范围和深度。目前，传感器技术的发展主要有以下几个方面的趋势：探索开发具有新效应的敏感功能材料，研制出基于新原理的传感器；研究生物感官，开发仿生传感器；探索传感器的集成化和多功能化，在同一芯片上集成多个传感器形成一维线型或二维阵列型传感器。本文通过对组合传感器基本工作原理的分析，确定了各传感器的不同特性，以温度传感器为例，确定了铂材料和热敏材料作为组合式传感器的两种材料，完成了传感器设计和系统测试。组合式温度传感器在验证过程中基本实现了预期的功能，系统可以通过所搭建的网络传输系统实时的采集并显示所预测到的温度值。

在越来越多的同类型的、不同类型的原始检测数据被采集的背景下，结合多传感器组合技术就能得到更加真实准确的测量结果。以组合传感器的方式对物联网的关键技术进行创新性地改良和设计，不仅可以满足物联网对大规模信息处理的要求，还能推动实现物联网的大规模普及和广泛适用。在未来，物联网技术和多种传感器组合技术的结合有着广阔的发展前景，对基于物联网的组合式传感器的关键技术的研究和设计具有非常实用的价值和意义。

参考文献：

[1]胡素青.崛起中的物联网[J].金融科技时代，2012（07）：31-34.

[2]阮礼鹏.传感器技术研究现状与展望[J].科学与财富，2015（22）：144-145.

[3]周艳平，丁纪祥等.一种基于Kalman滤波算法的组合式温度传感器的研究[J].工业仪表与自动化装置，2016（05）：109-112，120.

作者简介：徐荣（1984-）女，安徽宿松人，硕士，讲师，研究方向：传感器及测控技术。