6、物联网中的传感器、端点与电源系统

物联网中的传感器、端点与电源系统

1. 传感器类型与原理

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相关，也与 MEMS 设备的共振频率有关。给定直流电源时，力会改变间隙大小和电路总电容。外部电极检测环的偏转，内部电极提供电容测量。

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 4 mm x 4 mm x 1 mm 的小封装中集成了 6 轴陀螺仪和加速度计，电流消耗仅 3.9 mA，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，这类设备与加速度计相关。在工业物联网和预测性维护应用中，声音和振动测量很常见。例如，化工制造中的旋转或混合物料的工业机器，或用于分离混合物的离心机，需要精确的水平监测，MEMS 声音或振动单元可用于监测此类设备的健康和安全。

MEMS 麦克风需要足够采样频率的模数转换器，还需放大器增强信号。其阻抗约为几百欧姆，需谨慎选择放大器。MEMS 麦克风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，可对两个麦克风通道进行采样，通过共享时钟和数据线，在不同时钟周期对两个麦克风之一进行采样。
- I²S：采样率不高，在