近日，傳感器公司村田制作所（中國）執行副總裁孫崑泉在2011國際物聯網大會上發表主題演講，他演講的題目是“應用于物聯網的先進傳感器及無線通信技術”。

　　孫崑泉：大家好，今天很有幸能和大家在一起繼續探討有關傳感器在物聯網方面的應用，去年也在這個會議上跟大家已經探討了一些傳感器技術。今天我們又帶來了新的產品，又帶來了新的技術，希望會對大家有所幫助。

　　在我談今天的命題“應用于物聯網的先進傳感器及無線通信技術”之前，我覺得有必要把我們公司的狀況簡單給大家說一下。

　　首先你看這個大屏幕，村田制作所是跟西門子一樣，是白金贊助。我想有必要跟大家解釋一下，村田它是全球最大的電子器件制造商，你如果把你的手機打開，把你們的計算機打開，把你們家里那些游戲機打開，你會發現很多的元器件都是來自于村田。無限通訊模塊，當然也包括了用于物聯網的各類傳感器。

　　村田是技術型大型國際化公司，每年推出的產品當中有40%都是新產品，你們可以想像村田在創新和研發投入上面會有多大。

　　現在我們回到物聯網這個命題，今天早晨劉海濤博士已經把物聯網的一些宏觀結構，還有未來的走向，以及現在承載的問題都跟大家解釋很清楚。其實我在這里面說的只是添上一磚一瓦，就是說我談到的是具體的應用。

　　大家都知道物聯網三個層面：感知層，主要有傳感器組成。中間層是網絡層，上層是應用層。感知層關鍵技術就是傳感器技術，也就是說，傳感器技術使得物聯網應用成為了可能。如果沒有傳感器根本不可能把世界上萬事萬物聯在一起，村田在傳感器方面有非常專業的產品，所以我在這邊有選擇的給大家作這方面的介紹，希望對大家有所幫助。

　　在這里列出來的是物聯網應用領域，其實物聯網應用領域遠不止這些。我為什么列這些呢？去年這個時候我給大家談了智能電網，也給大家略微談了一下智能大廈，今年我想主要是側重于智能家居、智能醫療以及物流。

　　有的人說你原理說的太多了，我不太感興趣，真的，原理不會花太多的時間，以便大家很好的理解。剛才說到物聯網主要是三個層面，感知層是最關鍵的其中一部分。為什么？它需要感知最原始的信息。村田在這個層面上有眾多的傳感器器件。

　　看最右下角那是PIR傳感器，它是紅外傳感器，它是用來檢測人體的移動合乎人體的存在。特別現在我們處在節能的要求之下，人在和人不在，對你屋內的空間要求都有很大的關系，這個傳感器在某種程度上可以達到這個目的。另外我們有超聲波傳感器、沖擊波傳感器，振動傳感器，你振動一下就會把開關打開，所以說你不需要再去觸摸那個開關。另外還有磁性傳感器，還有溫度傳感器，二氧化碳傳感器，底下的生命特征、透明壓電傳感器在這里不一一說了。

　　當這些傳感器把最原始的信息感知出來之后，怎么辦？它通過一種無線傳輸的方式，采用無線通信方式傳給3G網絡，再由3G網絡進行運用計算。除了傳感器之外，在無線通信村田有很多的產品，在有一些應用場景里面，你會發現我需要把傳感器和無線通信結合起來，在物聯網當中，它既有感知信息功能，也可以把信息傳輸出去。

　　在上層特別是網絡層面我們有3G模塊，最主要我們在應用層面還有網關。這些是村田在物聯網可以給大家提供的技術和產品。

　　既然我們說傳感器是物聯網的關鍵技術之一，我們有必要來探討一下傳感器最基本的原理和基本的材料。大家看到這是一張有好幾種不同研究的圖，這里面包含很多的信息在里邊，當中那一塊是顯示出所用的材料和相應的工藝來制作各種不同類型的傳感器，比如說我們可以用硅和相應的工藝，我們可以用壓電材料和相應的工藝，我們可以用碳和相應的工藝，作出最外圈的這些傳感器產品。那這些傳感器產品最終是用來檢測或者感知當中橘黃色的這些物理量。

　　就舉幾個例子來說，比如說熱紅外傳感器，它可以檢測到人體的存在。我們在看電視的時候，離開電視機有三分鐘，它說我前邊沒有人體了，我檢測不到紅外，這個電視機就自動進入休眠狀態，再過兩分鐘之后還沒有人怎么辦？它就把電視機給關了。同理，它也可以在智能空調當中有很大的應用，它一旦檢測到某個人在屋里出現，它能檢測到方位，就會把空調的風打向那個人。特別家庭里面還有小孩的，他們喜歡這個特征，為什么呢？當我們裝紅外傳感器之后，小孩慢慢慢慢走進電視機，電視機開了時間很長的時候，會發熱，小孩觸摸上面會傷到，它一到距離電視機就會自動關閉。

　　超聲波傳感器，在這里邊開車的人非常多，誰都知道倒車雷達是我們不可缺少的一部分，那這就是用超聲波傳感器，在汽車上叫倒車雷達。

　　超聲波傳感器還有其他的應用，比如說安防方面，在家里安裝一個超聲波傳感器，一旦有人進來之后，整個超聲波波形發生改變，接受器會發出警報。再一個超聲波傳感器在智能交通上起到一定的作用，因為它可以檢測很遠和很近的距離。

　　再一個就是熱傳感器，它可以檢測屋內溫度，從而進行適時控制。這些傳感器實際上我們每年都會把產品進行更新，但是它是作為成熟的技術和成熟的產品，已經得到廣泛的應用。

　　下面我們來看一些新的傳感器。這里邊的這些傳感器包括氣體傳感器，特別是在環保要求非常高的狀況下，我們要求改善我們的空氣質量，我們需要氣體傳感器。另外FID我把它列在傳感器里面，我會在后面會給大家介紹生命特征傳感器，給你們講一個特殊的應用，將來你們會很喜歡，說不定你們每人會帶上一個，因為它對你日常生活有很大的幫助。

　　還有透明壓電傳感器，水分傳感器，在這里不一一介紹了，但是我對新的傳感器會說一些。

　　比如說水分傳感器，它在家里面有很多的應用。你在廚房和衛生間水管接頭處，一旦你家水管漏水之后，它自動把漏水信息傳到手機上，你可以做及時的處理。

　　現在我們看三種氣體傳感器。村田在做氣體傳感器采用三種技術，分別是：光技術、半導體技術、壓電振動技術。

　　我們可以把二氧化碳傳感器放在家里，可以隨時檢測空氣質量。我們在開車的時候，如果你有二氧化碳傳感器檢測功能，你開長了，有點想打磕睡，這時候它就自動把通風設備打開。也就是說在工廠里邊，在大樓里邊，在各個地方都有很多的應用，它的具體應用要求在右下角這個表里面有，我就不一一去讀了，我只是給大家介紹一下二氧化碳傳感器的原理，有可能工程師對這個介紹感興趣，其他的不感興趣，不感興趣的你就把它當成科普。

　　這個傳感器主要由紅外線光源發出光源，這個光最容易被二氧化碳吸收，然后在傳感器里邊有一種光濾波器，它只允許4.26微米光的波長通過，最后紅外傳感器能感知到通過的紅外光，當這個氣體，大氣當中的氣體注入到這個傳感器腔體之后，它就會吸收紅外光源發出的4.26微米的光。這個二氧化碳傳感器采用的是光技術。

　　下面我們來看一下用另外兩種技術做的傳感器。一種是半導體技術，另外一種是壓電振動技術。采用半導體技術的紅外傳感器是把半導體薄膜加熱到一定溫度，在特定的溫度，某種特定的氣體分子會依附在這個半導體薄膜上，這個氣體分子和半導體膜發生反映，從而導致電阻發生變化，根據電阻大小來決定這個被檢測氣體的濃度，檢測過之后，被檢測氣體怎么辦？再溫度加高一點這些分子就全跑了。

　　還有采用壓電振動技術。壓電體工作原理是你給它加電，它就會產生震動，這個薄膜根據震動頻率會吸收一部分某種分子，這些特定的分子從而改變了壓電體的質量，質量改變之后震動就會變了，就根據頻率變化來檢測氣體濃度。

　　比如說在家里邊，你的煤氣，家里抽煙的廢氣，甲醛等等，所以有很多很多的廢氣，在家里邊裝上這些氣體傳感器會改善我們的生活質量，因為它超過指標之后就會傳給網關叫你及時的打開這些通訊設備。

　　這是透明壓電傳感器，它的主要應用就是說我能不能讓音響業沿著一個特定的方向去傳播，答案是可以的。村田在它的演示廳里面有這個演示，有這個應用，在這里就不介紹了。

　　剛才看到的都是傳感器，現在我們看它的應用。第一個應用就是智能家居，這是村田提供的智能家居整體解決方案。這個整體解決方案從傳感器的不同節點，這是一些高層次的，就是在網絡層面的，我們還是來看一個具體的應用。

　　這是智能家居整體的解決方案演示，我們在演示大廳里面有一些適時的演示和控制，你們感興趣可以去參觀。這個網關可以時時去檢測、采集各種信息，比如說溫度的信息，震動的信息，人體移動的信息，二氧化碳的信息，只要傳感器可以檢測出來的信息，它都可以得到，通過得到這些信息，它可以去適時去控制你們家里面的電器，比如說空調、風扇、燈、洗衣機，比如說你們家里面的窗簾裝上這么一種裝置，也可以進行控制，另外還有安防。

　　像這類的整體解決方案你可以用Ipad和手機進行適時控制。在整體解決方案當中有網關，還有節點，現在我們來看節點。這個節點看起來構造很簡單，主要是由天線，因為它是用來發送和接受信號。然后有一個ZigBee的芯片，還有一個處理器，以及根據不同應用所選擇的傳感器，在這里邊有溫度傳感器，光傳感器，濕度傳感器和整體移動傳感器。

　　順帶跟大家說明一下，這個節點本身沒有辦法工作，它必須由外部的電源供電。在我后半部分演講當中會跟大家提到，這個供電是一個極大的問題，因為你要想讓物聯網做到無處不在，無時不在，并不是每個地方都能供上電的，怎么解決供電問題，先給大家埋下一個伏筆。剛才這個是整個智能家居從網絡層面到應用場景、節點以及網關。

　　現在我們來看下一個智能醫療，智能醫療它的范圍非常的廣泛，我不可能在這里邊介紹，我只可能說一個應用場景。這里邊就是我一開始介紹，一個生命特征傳感器。生命特征傳感器在左上角這個圖有兩個電極，電極一包括了一個傳感器、電極和微處理器。右邊的電極主要是一個傳感器。當你把兩個手指放到相應的位置時候，它就會檢測出它所需要的信息，最后可以決定你的脈搏，可以決定你血中的含氧量，同時還可以檢測出心電圖。

　　心電圖根據兩個手指之間的電壓變化決定出來的，原理就是這樣的。血中的含氧量是怎么決定的呢？你看右下角，這里有一個光源，還有一個探測器，它可以檢測到血紅素的濃度，從而檢測出血的含氧量。

　　生命特征傳感器能檢測出哪些數據呢？右邊這個可以套在手指上，左邊可以兩個手指一起放上。左下角的圖可以告訴你血中的含氧量，同時告訴你心跳速度是多少。這個疲勞度也可以告訴你，比如說你達到了60%，60%沒問題，這對我們保健來說有很大很大的作用。

　　剛才談的是智能醫療，也是傳感器，現在談一下物流。物流大家知道在物聯網當中運用的非常多，我在這里邊就不去多說了，只是談一個具體的產品和它的應用。

　　這是村田的一個叫做RFID，幾年前在歐洲獲得產業獎，中文就叫做魔術帶。這它必須有一個RFID IC，然后有一些印刷電路的天線，這樣作出RFID的標簽，它工作的帶寬非常寬，它可以在中國用，也可以在美國用，也可以在日本用，還可以在歐洲用。你看左上角這個圖，它有大小，有大一點的RFID標簽，也有小一點的RFID標簽。有些人會問大的和小的區別是什么呢？我可以跟大家說，它在性能上有一定的區別，我用生產控制上的實例跟大家解釋一下。

　　我有四塊板子，四塊板子上面有四種不同的RFID，芯片是一樣的，但是天線大小是不一樣的。第一個天線總共面積只有0.25平方厘米，但如果你去讀這個RFID，距離超過0.7米就讀不著了，那怎么辦？就要增加天線的尺寸，當我把尺寸增加到0.5平方厘米，可讀距離就到1.6米，增加到1.2平方厘米會達到3.6，如果4.2平方厘米就可以讀到5米，所以你們在選擇RFID要注意到讀寫的距離有多大。

　　我們都知道物聯網當中，位置信息是非常非常重要的。我們在這里邊，誰的手機可以接到GPS信號？沒有人。但是我如果需要相對位置信號怎么辦？村田推出了一種叫本地化的定位系統，它采用的天線技術和設備技術，當然還有通信技術以及軟件技術。

　　這個系統是怎么組成的呢？一個主機另外可以帶900個子機。主機是怎么做得呢？你看下邊這個圖，它有三個天線，實際上這個天線從技術層面上來說，它組成了一個天線陣。而子機在那邊發出信號，主機三個天線去接收，接收的信號三個信號定位不同，距離不同，我們知道決定空間位置需要三個因素XYZ，我有三個天線可以決定XYZ，這就是它最基本的工作原理。

　　本地定位系統有很多的應用，比如說我們出去旅游，經常會看到旅游觀光客當中的人特別愛遲到，那怎么辦？你就發一個信息，他就知道到時間了，該回來了，當中導游就拿一個Ipid。還可以在幼兒園、老人院和其他地方都有很廣泛的應用。

　　今天早晨有很多的發言都談到物聯網發展前景，無處不在，無時不在。那它的關鍵在于什么地方？我們能不能讓這些傳感器無處不在，無時不在，以便能夠時地檢測出最原始的信息呢？其實是可以的，但是給我們提出很高的要求。你要想讓這個傳感器做到無處不在，它的成本一定要低。你說，我10塊錢，20塊錢，別人說免了，我不要。那如果把成本降下來，別人說可以。制作出傳感器，你要對傳感器的質量要求高。為什么這么說？如果傳感器感知出來的信息本身就是錯的，它從感知層到了網絡層，網絡層到了運用層，進行云計算，它永遠沒辦法給你提供出正確的信息，所以對傳感器感知出來信息的正確度要求非常高。那我們說了傳感器無處不在，我一定要把傳感器弄到東北的冰天雪地里面，我檢測那些樹木，比如我把這些傳感器用在新疆沙漠里面，夏天溫度非常非常的高，冬天的溫度非常非常的低。那另外我可以把這些傳感器需要用到我國南方，像云南那邊的森林里邊，濕度又非常高，那你怎么解決這些可靠性問題呢？所有這些問題都是給傳感器行業提出很高的要求。

　　我們必須要解決這些問題，那怎么解決？我們必須要有相應的技術。比如說采用納米技術，只有采用這樣先進的技術，才能把這些傳感器做成小型化。但是在一些運用場景里面，就需要多傳感器的系統在里邊，這樣可以節省能源，同時也不需要其他芯片在里邊，可以節省成本。

　　今天上午劉海濤博士還說過，運算量實在是太大了，那怎么辦呢？那我們能不能作出智能傳感器，也就是說，傳感器本身就帶有芯片，它把原始的信息感知出來之后，就進行時時處理，然后把它送到信號里邊得到時時的控制。

　　拋開3G網絡不談，我們可以通過wi-Fi、PLC等等，所有這些技術都是為了把信息傳出去，但是在有些地方沒辦法供電，信息傳不出去，你能不能找到一種很好的解決方案，也就是說能量自給系統。其實答案是有的，在我們周圍到處都是能量，我們在開車的時候，發動機那個熱量很多，能不能把它收集出來？我們在跑步的時候，你的手臂在移動，那是動能，能不能把它收集出來？還有太陽能。在我們周圍不缺乏能量，關鍵是我們怎么把這些能量給它收集起來，為我們利用。

　　今天在這里談四種把這種能量變成器械的這些技術。第一種是采用壓電發電，第二種是采用熱敏發電，第三種是采用震動發電，第四是采用射速增強發電。

　　壓電很簡單，我們周圍環境當中如果有某種壓力存在的話，你就放著壓電材料，這種壓電材料就產生了電流，電流就是電能。

　　第二種技術是熱敏發電，它采用的是半導體技術。

　　第三種是震動發電，其實它的原理非常的簡單，它就是根據平行板電容器的原理，上面的極板不動，地下的極板水平方向移動，根據震動讓水平方向移動，這兩個極板之間的相對面積就變低了，但是上面的電沒變，底下的電變散了，這就形成了電壓，然后轉換成電能。

　　第四是色素增強發電，實際上就是采用光電效應，它根據某種特定色素可以有效的把光能轉變成電能。

　　今天在這里已經跟大家談了傳感器技術，傳感器產品，無線通信模塊，能量自給系統，村田在這些領域都有很好的產品，而且有整體的解決方案。最后，村田愿意用這些先進的傳感器及無線通信技術，全力支持中國物聯網技術的發展，謝謝大家。