6、物联网传感器、端点与电源系统全解析

物联网传感器、端点与电源系统全解析

1. 常见传感器类型及原理

1.1 陀螺仪与加速度计

陀螺仪和加速度计在物联网设备中应用广泛。加速度与系统旋转和旋转盘速度有关，或者与 MEMS 设备的共振频率相关。给定直流电源时，力会改变间隙大小和电路的总电容。外电极检测环的偏转，内电极提供电容测量。

这两种设备都需要电源和运算放大器进行信号调理，调理后的输出可由数字信号处理器采样。例如 Invensense MPU - 6050，它在 4mm x 4mm x 1mm 的小封装中集成了 6 轴陀螺仪和加速度计，电流消耗仅 3.9mA，适合低功耗传感。

1.2 MEMS 麦克风

MEMS 设备可用于声音和振动检测，常用于工业物联网和预测性维护应用。这种传感器需要足够采样频率的模数转换器，还需放大器增强信号。MEMS 麦克风阻抗约为几百欧姆，有模拟和数字两种类型。

• 模拟麦克风：偏置到某个直流电压，并连接到编解码器进行模数转换。
• 数字麦克风：ADC 靠近麦克风源，在编解码器附近存在蜂窝或 Wi - Fi 信号干扰时很有用。

数字 MEMS 麦克风的输出可以是脉冲密度调制（PDM）或通过 I²S 格式传输：
- PDM：高采样率协议，可通过共享时钟和数据线，在不同时钟周期对两个麦克风通道进行采样。
- I²S：采样率不高，在音频速率下抽取可得到不错的质量，可使用多个麦克风采样，且由于抽取在麦克风中进行，可能无需 ADC。但 PDM 高采样率数据需数字信号处理器进行抽取。

1.3 MEMS 压力传感器