我已经在Habr的页面上触摸过左侧的传感器，因此今天我们将讨论他的弟弟。
当您想到一家新的创业公司时，有时似乎在电子设备领域，一切都已经由我们来考虑，而今天的创造力范围已经缩小。 实际上，事实并非如此。 在过去的几年中，电子元器件领域发生了革命性的变化，这种变化一直持续到今天。 硬币背景上描绘的筹码在5年前是不可想象的，但是在这一年中，只有他们的家人得到了几笔补充。
现代电子组件不仅允许创建新的组件，而且还可以扩展现有设备的功能。 通过使用而开发的设备比以前的设备更小，更便宜，功能更多且更易于使用。 但是最主要的是，它们更容易集成到我们的数字世界中，这意味着它们可以很好地扩展。 这是当今科技初创企业越来越受到投资者欢迎的主要原因之一。
关于简化“发明”新产品过程的
现代微控制器和
技术 ，您可以阅读我以前的文章。 今天，转向传感器。 不可能掌握巨大的功能，因此我对集成传感器进行了简短而纯粹的主观评论，以我个人的经验，这对于全新设备的设计和修改过程可能是最有用的，以便为长期发布的设备赋予新的品质，以便区别于其他竞争对手。 我给那些在项目中成功评估过的人带来了好处。
总体趋势
为了正常运行，您的设备必须与外界通信，接收信息。 一个人为此使用感官，而在微控制器控制下的设备则使用传感器。 多年来，传感器变得越来越小，更智能，更重要的是更便宜。 模拟接口让位给数字接口。 传感器学会了自动进行一系列测量并将其放入自己的缓冲存储器中。 它们集成了预处理器，可对测量结果进行主要处理和分析。 用于设置操作模式和数据处理的寄存器的数量有时超过一百。 自校准程序和表格功能的存在使在广泛的外部条件（温度，湿度等）下使结果更接近线性相关性成为可能。 传感器越来越多地使用MEMS（微机电）技术。 他们学习了如何独立进行冗长的测量过程，并在参数超出允许范围时发出信号。 现代技术已将许多类型的传感器的能耗降低到了可以使用单个小型电池运行多年的水平。
惯性传感器
对于扩展设备功能最有用的无疑是使用MEMS技术制成的“惯性传感器”。 如今，包含三轴加速度计和陀螺仪的六轴传感器最受欢迎。 对于那些希望获得更多有关9个轴向传感器在空间中的方向信息的人，
其中添加了磁力计。 惯性传感器为改进旧设备和创建新设备提供了巨大的机会，因为它们具有数百种乍一看并不十分明显的应用。
在这个三合会中，加速度计无疑扮演着重要角色。 当以几十赫兹量级的轮询频率工作时，它具有极低的电流消耗-数十微安。 现代惯性传感器芯片包括数据处理预处理器。 它们能够使用具有可编程参数的模拟和数字滤波器自主地对所获得的数据进行非常复杂的初级处理。 借助FIFO存储器缓冲区，只有在达到存储器中记录的边界条件后，它们才能累积所获得的结果，对其进行分析并发送信号以唤醒微控制器。 作为边界条件，不仅可以作用超过加速度水平的简单条件，而且例如可以改变步行节奏。 是的，是的，基于加速度计的读数，传感器学会了独立识别机芯的性质，甚至识别其各个参数。 在正确的时刻，传感器唤醒微控制器，并将累积的数据从FIFO缓冲区传输到微控制器。 微控制器进行更认真的分析，必要时执行响应并再次进入睡眠状态。 该算法最适合于高性能，低功耗的ARM MCU。
这种传感器的尺寸为几毫米，非常适合安全应用，篡改传感器，密封设备的电源开关。 基于它们，在防破坏性能和/或苛刻的操作条件下为设备实施无按钮控制非常方便。 可以跟踪人的身体或复杂结构各部分的相对位置，确定运动的性质（以区分行走与跑步或爬楼梯，固定不动的时刻，转弯或“离开”汽车等），确定发生危险的发动机振动或涡轮发出信号，表明斜率超出范围，甚至更多！
令人惊讶的是，即使是9通道传感器也没有真正学会如何解决似乎最初打算解决的问题。 他们仅在短距离和短时间内的运动范围内，才能够以可接受的精度跟踪运动的轨迹。 在室内不可能使用它们代替GPS导航-测量误差累积得太快。 此外，取决于时间和温度，陀螺仪读数“浮动”，磁力计需要进行初步校准。 还记得这些烦人的要求，以描述手机在太空中的方向吗？ 这是那部歌剧...
用于测量运动和距离的传感器
具有不同工作原理和大小的设备的超大型星系。
最受欢迎的应用之一是小位移的定义。
测量问题的最佳解决方案取决于移动物体的材料。 磁簧开关是最便宜，最容易大致确定磁化物体的位置的方法，但是基于霍尔效应，有很多更先进的集成解决方案。 感应传感器的用途非常有限，但是由于微型化的简单性，电容传感器的使用频率更高。
基于光耦合器的传感器具有其优势；它们已经使用了很长时间并且广泛使用。 我不会再谈超声波距离传感器了。超声波距离传感器由于广泛用作Arduino的模块而非常流行。
罕见的是，在已开发的设备中，使用了基于“微型相机”和激光的传感器。 在我看来，这是徒劳的，因为由于鼠标型机械手的广泛使用，这些设备的价格处于非常低的水平。
由于PAN3101传感器基于分辨率高达800 dpi的相机，因此您可以从中国的半美元购买便宜的单价。
我本人不得不使用VL6180XV0激光传感器。 它的价格约为两美元半，适用于测量10厘米以内的距离。我试图用超声波传感器代替它，以提高确定弹出香烟盒的推动器中距离的准确性，但为此我需要更长的距离。 对数据表进行了彻底的研究，发现了文献记载不完善的功能（切换测量距离范围的能力），这很有帮助。 结果，我能够将其增加到30厘米，不幸的是，这对测量精度产生了负面影响。 损失必须通过引入数字滤波和考虑到先前状态的复杂算法来确定位置来弥补。
关于激光雷达，我不得不说几句话-基于激光的固态设备，通常包含用于测量到物体距离的移动反射镜系统。
它们在无人驾驶汽车，3D制图，无人机控制系统中得到最广泛的应用。最新的发展是基于氮化镓（GaN）的单片芯片，并且在板上的面积不到4平方毫米！
触控感应器
当今使用最广泛的是电容式传感器，该传感器用于各种控制元件中，取代了基于机械的解决方案。 如今，电容式传感器已成功取代了按钮。 他们的多样性是巨大的。 有现成的带有控制器的面板，其工作方式类似于笔记本电脑的触摸屏。
可以在箔涂层的PCB板上形成手指敏感元件-按钮和滚动条，并可以使用专用的微电路或内置于某些微控制器中的集成解决方案为它们提供服务。 解决方案价格通常低于机械版本，因此TTP223触摸按钮控制器的价格为每片5美分。
在需要密封性和防破坏性能的情况下，值得考虑使用压电按钮的选项。 您可能会猜到，它们的工作原理基于压电效应。 这种按钮的另一个优点是可在广泛的温度和湿度范围内可靠且长期运行。
通常，将场效应晶体管上的按钮以及电流，电压和极性连接错误的保护元件集成到按钮中。
MEMS麦克风
这些是能耗低的小型产品。 图为带有“老”兄弟的1 x 1 mm外壳的超微型麦克风。 除了具有模拟输出的麦克风外，还有数字麦克风。 它们包括一个模拟信号放大路径和一个ADC。 它们的应用使我们能够简化并降低与微控制器的匹配成本，从而降低功耗，降低噪声水平，并在某些情况下降低非线性失真。
在我的通用医疗设备项目中，需要使用麦克风来感知人体器官的低频声音。 大多数MEMS麦克风的截止频率都很高，但是经过长时间的搜索，尽管有模拟输出，我们还是设法找到了一个不错的选择。 诺尔斯公司以3.1毫米x 2.5毫米x 1毫米大小制造的具有不可发音名称的婴儿SPW0442HR5H-1可以在10 Hz至10 KHz的范围内工作，成本约为半欧元。
压力，湿度和温度传感器
压力，湿度和温度传感器不会让任何人感到惊讶。 根据要解决的任务和项目预算，您可以选择能够进行精确测量或成本极低的组件-组合起来的中国湿度和温度传感器的价格为半美元。
在我的一篇文章中，我已经谈到了为温度和压力传感器HTS221组合编写驱动程序的经验。 总之，我只想指出一个经常为时过晚的功能-要获得诸如湿度和温度等参数的相关值，必须正确安装它们。 否则，当您根本没有测量所需的量时，就会出现这种情况。
当然，如果需要在相对较大的距离上以模拟形式传输测量结果（例如，在使用热电偶测量高温时），则应特别注意传输和信号匹配线。
医疗应用专用传感器
最近，从事该领域工作的电子元件的初创企业和领先制造商一直最直接地关注结合传感器和复杂信号处理电路的高度集成电路的开发和生产。
远程医疗的集成组件和设备是一个很大且有趣的话题，但是由于时间和地点的限制，在本文结尾处，我将仅简要介绍一个我现在正在直接开发的这样的传感器，该项目正在开发通用医疗设备。
这是由Maxim Integrated MAX86150制造的微电路，在开机画面上显示了它的主体，同时保持了硬币旁边的比例。 她可以测量心率，肌肉的氧饱和度水平，最重要的是可以拍摄单通道心电图。
在尺寸仅为3.3 X 5.6 X 1.3 mm的外壳内，有一个19位ADC，带有内置驱动器的红色和绿色LED，一个光电二极管和一个数据处理通道-节点用于抑制噪声，去除外部光电二极管光，FIFO缓冲器，数字和模拟滤波器。 微电路的电源电压仅为1.8伏，在活动模式下未使用的LED驱动器的功耗小于100微安，在睡眠模式下的功耗约为1微安。
这种令人印象深刻的功能（零售价远低于10美元）使我们能够开发小型医疗设备，以检测疾病早期的心脏异常。 可以创建极其紧凑的全自动设备，以长期监控患者在家中和进行体育锻炼时的状况。
这个芯片家族不断扩大，实际上每年都会出现几次新的代表。 大多数领先的电子组件制造商也在医学领域的许多领域中不断发展，从超微型相机到超声波集成传感器。
通过结合使用最新的基础设备和人工智能来诊断疾病，该领域的广阔前景得以打开。 但是下一次更多...