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前言 如果說物聯網（IoT）是以人為中心，通過物與物之間的互動和連接，增強人類對周圍環境的感知和響應，那么工業物聯網（IIoT）中的通信則是面向機器的，它橫跨各種不同的市場和應用，主要場景包括監視類應用和自動化應用�？梢哉f，IIoT影響著整個產業價值鏈，是智能制造的必然要求。 工業物聯網之所以重要，主要是因為它有助于管理者更快更好地做出決策。同時，工業物聯網所能帶來的變化與許多企業正在進行的數字化轉型密切相關。 那么，哪些行業正在采用工業物聯網呢？總體來看，目前制造業、零售業、公用事業和運輸業是工業物聯網應用較普遍的行業。 ● 在制造業，工業物聯網可以讓制造商更好地了解生產線的運行情況，并提前預知機器在何時需要維修，從而減少意外停機的情況發生。 ● 在公用事業方面，借助工業物聯網，管理者能隨時監控遠程設備的運行狀況，大大降低了人工巡檢成本。 ● 對零售商來說，有了工業物聯網，供應鏈、運輸過程等一切信息盡在掌握中。 除去上面這些我們耳熟能詳的應用領域，醫療保健和政府部門接下來將有可能成為工業物聯網的應用大戶。 工業物聯網市場究竟有多大？ 根據IDC的分析和預測，2019年全球物聯網的支出達到7,450億美元，高于2018年的6,460億美元，這一數據在2022年可能達到1萬億美元。如果按技術類型劃分，IDC表示2019年物聯網服務的支出將占其中的2,580億美元，硬件支出緊隨其后，為2,500億美元，其中超過2,000億美元的支出用在了傳感器上面。 另據MarketsandMarkets的預測，到2025年，工業物聯網市場將從2020年的773億美元增長至1,106億美元，年復合年增長率為7.4%。半導體和電子設備的技術進步、云計算平臺的大量使用、IPv6的標準化以及各國政府對工業物聯網相關研發活動的支持等因素將進一步推動工業物聯網產業的發展。 工業物聯網對傳感器市場影響有多大？ 談起工業物聯網，它的三個主要的基礎設施組件最容易被大家提出來，那就是傳感器、網絡和數據分析。然而，每一個組件分析起來都要花費很長的篇幅，今天我們就把討論內容主要放在傳感器上面。 根據項目的不同，傳感器可以是攝像機，也可以是溫度計或運動傳感器等。所有這些傳感器將產生大量的實時數據，通過對這些數據的快速分析，就可以迅速做出有利于提高企業效率的決策。市場分析機構Gartner預測，2019年將有142億臺聯網設備投入使用；到2021年，總數將達到250億臺。這些聯網設備無一不需要配備相應的傳感器。其中，制造業對物聯網的接受度相對較高，從系統裝配線到測試和檢測，越來越多的傳感器被用于制造業的各種應用。 
圖1：IoT在制造業中的重要性最高（圖源：Dresner Advisory Services） 物聯網傳感器市場的一些主要參與者包括Bosch、Texas Instruments、TDK InvenSense、TE Connectivity、Broadcom、NXP Semiconductors、STMicroelectronics、Infineon Technologies、ADI、Omron、Honeywell以及Murata等，這些企業在工業物聯網的高速發展中獲益頗多。 工業物聯網中有哪些關鍵傳感器？ 數據是工業物聯網實施的關鍵，傳感器對于整個生態系統的智能化至關重要。為了滿足現代工廠中各種各樣的應用目的，需要配備多種傳感器，光學、溫度、運動、位置、視覺等是最常見的傳感器類型。下面重點介紹工業自動化解決方案所需的幾種傳感器類型。 ● 煙霧傳感器：該傳感器問世時間很長，在物聯網工業自動化解決方案中創造了很多有趣的應用案例，如暖通空調、建筑工地監控以及火災和煤氣泄漏幾率較高的工業裝置。當煙霧傳感器與工業物聯網解決方案集成后，即使是最輕微的氣體泄漏或輕微的火災事件也能被及時發現。 ● 接近傳感器：它們最常見于汽車保險杠上，以在即將發生碰撞時提醒駕駛員。接近傳感器在零售業也有應用，當顧客走近產品時，該顧客會被告知折扣。 ● 紅外傳感感：紅外傳感器基本上是用來偵測人類的存在，已廣泛應用于軍事領域，但在過去幾年里，與工業物聯網解決方案相結合的紅外傳感器也在其他行業得到應用，現在它們已被廣泛部署在電子、化學和醫療保健行業。Murata、Melexis、已并入Renesas Electronics的Intersil等是為數不多的可以提供工業中使用的物聯網紅外傳感器的企業。 ● 壓電傳感器：當與物聯網解決方案集成時，壓電傳感器可以實時發送與壓力變化相關的數據。利用這些傳感器，我們可以開發一個工業物聯網系統，用來監測壓力關鍵設備，如鍋爐、水系統、航空航天、石油鉆井系統等。 ● 運動傳感器：它能感知設備的運轉速度、加速度、旋轉角度、位移等信息，比如在精密有感伺服電機控制中需要用到的磁阻傳感器。這些信息對于機器設備操控的精確性和效率至關重要。 ● 溫度傳感器：溫度傳感器是工業物聯網應用中應用最廣泛的傳感器之一。在許多行業中都能找到它們的使用案例，其中包括制藥、生物技術和其他溫度監控至關重要的行業。 ● 光學傳感器：光學傳感器的底層技術使其能夠監測任何種類的電磁輻射，即光、電和磁場等。電信、電梯、建筑、醫療、安全系統都是光學傳感器的工業自動化應用。比如Vishay的VCNL4020X01和TCPT1600X01就是專為工業物聯網應用設計的光學傳感器。 ● 圖像傳感器：圖像傳感技術在醫療保健、交通運輸等許多行業實現革命性的工業自動化過程中起到了推動作用。在醫療行業，圖像傳感器可以用來測量心跳和血壓，通過讀取一整天的血壓變化，有助于預防心血管疾病的發生。在運輸行業，圖像傳感器通過提醒同一軌道上接近的列車司機來防止列車相撞。Omron在物聯網中實現圖像傳感技術并且成果顯著的企業。 ● 視覺傳感器：機器視覺的發展使得光學攝像頭在工業物聯網中的應用越來越廣泛。尤其是隨著機器人的應用，建立3D視覺信息的需求會越來越普遍，所以飛行時間（ToF）光學傳感器等能夠獲取“深度”數據的技術也會迎來嶄新的發展機遇。
圖2：60GHz毫米波傳感器有助于實現邊緣智能化（圖源：TI） ● 超聲波/毫米波傳感器：在光線較暗、視覺傳感器受限的情況下，超聲波傳感器通過監聽從對象上反射回來的回波可對視場中的物體進行探測，在避障應用中這是一種成熟且成本效益突出的方案。近年來，隨著毫米波雷達技術的發展，基于毫米波的感知和探測方案越來越被工業企業所接受。盡管毫米波傳感器目前的成本仍然較高，但是其可以測量物體速度、角度和位置等更豐富的信息，這些優勢無疑將加速它的普及應用。 上述傳感器并不是工業物聯網中所需傳感器的全部，許多其他傳感器正在廣泛部署在工業物聯網解決方案中，其中許多能夠測量其他參數的傳感器正在開發中。物聯網無疑是工業自動化的未來，其潛力在很大程度上取決于傳感器的有效性、高效性和智能性；從傳感器的角度來看，工業物聯網的發展無疑也為其高速發展提供了豐厚的“紅利”，如何把握住這一機遇，至關重要。 文章來源：貿澤電子 作者簡介：M博士 |
