Félix Marchal

我們似乎面臨著同一問(wèn)題：行業(yè)廣泛使用“智能家居”或“智慧城市”等術(shù)語(yǔ)，但對(duì)具體含義卻沒有一致的定義。然而，人們普遍認(rèn)同，智能家居或智慧城市的“智能”意味著高度自動(dòng)化和個(gè)性化。例如，在智能家居中，未來(lái)的客廳由一系列應(yīng)用、云和傳感器構(gòu)成：即連接到云的應(yīng)用支持平臺(tái)（AEP），能夠自主學(xué)習(xí)每個(gè)家庭成員偏好的照明、聲音、娛樂、香味、供暖和通風(fēng)設(shè)置，并在已知用戶進(jìn)入房間時(shí)自動(dòng)調(diào)整每種設(shè)置。

“智能家居”方案將為用戶提供更加舒適的環(huán)境，精確地根據(jù)他們的喜好進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)減少能源浪費(fèi)或水的使用，不再需要電燈開關(guān)和恒溫器這樣的老式用戶控制。

用戶希望物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠在用戶毫無(wú)察覺的情況下自動(dòng)完成工作。只要走進(jìn)房間，用戶就能觸發(fā)暖氣、通風(fēng)、聲音、光等系統(tǒng)更改設(shè)置。

雖然現(xiàn)在一些高端建筑已經(jīng)具備了很多此類功能，但那些功能通常是獨(dú)立的，或仍然對(duì)用戶可見。那么，實(shí)現(xiàn)這一愿景所需要的關(guān)鍵新技術(shù)有哪些？顯然，機(jī)器學(xué)習(xí)和復(fù)雜的云軟件至關(guān)重要。但另一重要因素是感知大量真實(shí)世界現(xiàn)象的能力，以便機(jī)器像人類一樣對(duì)世界做出反應(yīng)。

這就需要大量新的智能傳感器。在本文中，我們將介紹一些新的傳感器功能，它們可使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供個(gè)性化和智能配置，以及可能部署在某些具體的應(yīng)用中。

離開數(shù)據(jù)，云毫無(wú)價(jià)值

云連接技術(shù)已經(jīng)大大提升了公共系統(tǒng)和服務(wù)的效率、響應(yīng)能力和便利性。在智慧城市領(lǐng)域，優(yōu)步的按需出租車服務(wù)是一個(gè)很好的例子，通過(guò)復(fù)雜的云端算法，協(xié)調(diào)用戶請(qǐng)求和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，徹底改變交通使用和模式。

“物聯(lián)網(wǎng)”是個(gè)寬泛的術(shù)語(yǔ)，主要指數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的云連接服務(wù)采用類似的方式，組合多個(gè)不同的數(shù)據(jù)流，以提供個(gè)性化的快捷服務(wù)。在有關(guān)推廣物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的討論中，重點(diǎn)問(wèn)題是如何將節(jié)點(diǎn)連接到云的技術(shù)和系統(tǒng)，以及分析用戶設(shè)備和其他類型物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)“大數(shù)據(jù)”輸入的能力。

實(shí)用高效的云端智能離不開可用的數(shù)據(jù)輸入。未來(lái)，云系統(tǒng)的大部分?jǐn)?shù)據(jù)輸入來(lái)自傳感器，其中許多傳感器目前還沒有部署，有些甚至還沒有發(fā)明出來(lái)。事實(shí)上，智能照明系統(tǒng)需要環(huán)境光的光譜組成和強(qiáng)度相關(guān)的高精度信息。智能通風(fēng)系統(tǒng)需要“嗅”出用戶呼吸的空氣并對(duì)其進(jìn)行分析。智能交通控制需要“看到”和定位道路上的車輛，以確保安全并保持交通暢通。

傳感器承擔(dān)著類似“人類”的工作：實(shí)時(shí)看到、聞到、感覺到和聽到現(xiàn)實(shí)世界中正在發(fā)生的事情。因此，與低功耗無(wú)線IC和云計(jì)算系統(tǒng)一樣，傳感器技術(shù)和解決方案也處于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的前沿。而且，這些傳感器必須精確、準(zhǔn)確度高和始終可靠。

智能照明控制

下面舉一個(gè)照明領(lǐng)域的例子。在20世紀(jì)，照明是一種低科技含量的技術(shù)：各種白熾燈照明技術(shù)占主導(dǎo)地位，產(chǎn)生的光輸出都具有固定的相關(guān)色溫（CCT）。

在本世紀(jì)，人們逐步了解照明對(duì)人類健康和行為的重要影響，出現(xiàn)了能控制顏色的個(gè)性化照明新應(yīng)用。例如，研究已經(jīng)證明了光的光譜含量和幸福感有關(guān)，因?yàn)樯眢w具備調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律的機(jī)制。明亮的藍(lán)色光線會(huì)引發(fā)激活身體的激素反應(yīng)，而黃昏或爐火的金黃光線則會(huì)促進(jìn)放松和寧?kù)o。

智能照明可自動(dòng)檢測(cè)工作或家庭中使用的人工照明中日光光譜含量的變化。這就需要能夠準(zhǔn)確地測(cè)量人眼所見光的CCT芯片級(jí)顏色傳感器。今天，艾邁斯半導(dǎo)體XYZ顏色傳感器采用了先進(jìn)的硅制造技術(shù)，直接在晶圓上構(gòu)建光學(xué)濾波器，使對(duì)入射光的光電二極管光學(xué)響應(yīng)的控制達(dá)到前所未有的水平（參見圖1）。

在智能照明控制中，這種顏色傳感功能可與臉部識(shí)別技術(shù)相結(jié)合，根據(jù)個(gè)人需求自動(dòng)調(diào)整照明。與年輕人和兒童相比，老年人對(duì)可見光光譜藍(lán)端的感知能力較弱。在強(qiáng)調(diào)藍(lán)色波長(zhǎng)的照明下，老年人更容易正確感知藍(lán)色成分較強(qiáng)的物體。例如，在兒童和年邁的祖父母共同居住的房子里，燈光控制可以根據(jù)不同需求產(chǎn)生不同的光譜輸出。

目前，已經(jīng)成功應(yīng)用于智能手機(jī)的面部識(shí)別技術(shù)，可以用于登記房間主人的身份，并相應(yīng)地自動(dòng)調(diào)整燈光的光譜含量。

傳感器技術(shù)也推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展。臉部識(shí)別技術(shù)建立在多個(gè)微電子元器件集成的基礎(chǔ)上。結(jié)構(gòu)光發(fā)射器需要微型激光器和集成微型光學(xué)設(shè)備，需要對(duì)光電探測(cè)器捕獲的反射光測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的處理，以生成面部“深度圖”，然后分析深度圖來(lái)尋找與已知面部的潛在匹配（參見圖2）。

面部識(shí)別系統(tǒng)的各種元素相互依賴，因此，艾邁斯半導(dǎo)體等傳感器制造商正致力于提供集成系統(tǒng)，為OEM客戶（如家居自動(dòng)化設(shè)備制造商）提供交鑰匙面部識(shí)別系統(tǒng)。

個(gè)性化室內(nèi)環(huán)境

對(duì)室內(nèi)環(huán)境實(shí)現(xiàn)個(gè)性化控制的愿景甚至超出了照明的范圍，延伸到人們呼吸的空氣。

同樣，半導(dǎo)體傳感器解決方案為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供了一種新的個(gè)性化實(shí)現(xiàn)方式。最新一代CMOS氣體傳感器可以精確測(cè)量氣味和污染物的相對(duì)濃度，包括烹飪產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)物（VOC），以及清潔產(chǎn)品、家具等產(chǎn)生的化學(xué)排放。

集成到安保網(wǎng)絡(luò)攝像頭或智能揚(yáng)聲器等中樞設(shè)備的氣體傳感器，可以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)室內(nèi)的家居環(huán)境，遠(yuǎn)程控制通風(fēng)，確保無(wú)論何時(shí)有人進(jìn)入房間，室內(nèi)空氣都干凈清新。

芯片級(jí)氣體傳感器能夠提供VOC濃度的原始測(cè)量。然而，要將室內(nèi)空氣監(jiān)測(cè)集成到智能揚(yáng)聲器等設(shè)備中，揚(yáng)聲器制造商需要通過(guò)一種方法，將相對(duì)氣體濃度的原始測(cè)量值轉(zhuǎn)換為可用信息，如室內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)分。這需要將算法和固件集成到傳感器設(shè)備中，從而為室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)創(chuàng)建完整的板載級(jí)解決方案。

創(chuàng)新芯片和軟件技術(shù)

許多電子產(chǎn)品制造商計(jì)劃推出新版本產(chǎn)品，使用戶享受與物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施集成帶來(lái)的益處。通常，最困擾他們的問(wèn)題是數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)分析，以及為最終用戶提供實(shí)用的云應(yīng)用。

市場(chǎng)不斷出現(xiàn)針對(duì)這些問(wèn)題的新解決方案。但傳感器技術(shù)的發(fā)展對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商同樣重要，它們可以促進(jìn)新一代智能、個(gè)性化系統(tǒng)的應(yīng)用，包括家庭、建筑自動(dòng)化和照明等領(lǐng)域。這些新型傳感器利用半導(dǎo)體技術(shù)，以較小的占用面積實(shí)現(xiàn)出色的測(cè)量性能，并通過(guò)集成外圍元器件和軟件，為室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)和面部識(shí)別等復(fù)雜應(yīng)用提供完整的解決方案。 因此，先進(jìn)的傳感器技術(shù)和解決方案一直處于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的前沿，而艾邁斯半導(dǎo)體在這一領(lǐng)域?qū)⒗^續(xù)發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)作用。