智能家居中的MEMS傳感器

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）MEMS全稱是微型電子機(jī)械系統(tǒng)（Micro-ElectroMechanical System），是指可批量制作的，將微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路、直至接口、通信和電源等集成于一塊或多塊芯片上的微型器件或系統(tǒng)。在智能家居中，MEMS傳感器發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。它們使得家居設(shè)備能夠互聯(lián)互通，顯著提升了我們的生活品質(zhì)。

MEMS傳感器的發(fā)展

MEMS技術(shù)對(duì)當(dāng)今的傳感器的普及起到非常關(guān)鍵的作用。可以說，如果沒有MEMS技術(shù)，傳感器的微型化、集成化、低功耗等特性將很難實(shí)現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)、智能手機(jī)、智能家居、汽車等產(chǎn)品的發(fā)展也將受到阻礙。

1959年，美國物理學(xué)家Richard Feynman在其著名的演講“底部有足夠的空間”中提出了將機(jī)器小型化到原子和分子尺度的想法，這可以被看作是MEMS傳感器的理論基礎(chǔ)。直到1962年，硅微壓力傳感器的問世標(biāo)志著MEMS技術(shù)的誕生。這種設(shè)備的特征是用硅膜、壓敏電阻和體硅腐蝕，它不僅是MEMS微傳感器的起點(diǎn)，同時(shí)也是MEMS體加工的起始點(diǎn)。

在20世紀(jì)70年代到80年代期間，MEMS技術(shù)得到了顯著的發(fā)展，包括壓力傳感器、加速度計(jì)、陀螺儀等各類傳感器應(yīng)運(yùn)而生。然后進(jìn)入90年代，汽車的電子設(shè)備以及應(yīng)用逐漸增多，推動(dòng)了MEMS傳感器應(yīng)用的落地，例如安全氣囊、制動(dòng)壓力、輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)等。

比如第一個(gè)真正大規(guī)模商業(yè)化的MEMS傳感器是加速度計(jì)，它由美國ADI公司于1991年發(fā)明。該傳感器基于電容傳感原理，傳感器的輸出信號(hào)可用于測量加速度或傾斜度。在這個(gè)時(shí)期，也有了重要的突破，1998年美國Draper實(shí)驗(yàn)室研制出了較早的MEMS陀螺儀。

進(jìn)入21世紀(jì)后，MEMS技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，不僅在信息、生物、航天、軍事等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，同時(shí)在很多消費(fèi)電子產(chǎn)品中也能看到其身影。如今，MEMS技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代前沿核心技術(shù)之一，對(duì)于國家保持技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢具有重要意義。目前，MEMS傳感器已占到所有傳感器市場份額的約一半以上。

MEMS傳感器在智能家居領(lǐng)域的應(yīng)用

MEMS傳感器其實(shí)包含許多種類，如MEMS射頻器件、MEMS壓力傳感器、MEMS慣性傳感器（含加速計(jì)和陀螺儀）等，都為主要的MEMS傳感器種類。

由于豐富的種類，MEMS傳感器在智能家居中的應(yīng)用廣泛且重要。它們相當(dāng)于家居中的“眼鼻耳”，是人體五感的延伸，用傳感技術(shù)來代替人體收集各種信息，從而實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境“可視化”。比如智能門鎖通過利用MEMS傳感器實(shí)現(xiàn)手勢識(shí)別開鎖、語音控制開鎖等功能，大大提高了用戶使用的便捷性。

而在智能照明系統(tǒng)中，MEMS傳感器可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光亮度和顏色，達(dá)到節(jié)能和提高用戶體驗(yàn)的效果。此外，智能窗簾也可以通過MEMS傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開啟和關(guān)閉，根據(jù)室內(nèi)外光線強(qiáng)度的變化調(diào)節(jié)窗簾的開合程度，以保持室內(nèi)環(huán)境的舒適度。

在智能空調(diào)系統(tǒng)中，MEMS傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測室內(nèi)溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)，并根據(jù)用戶的需求自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)的工作模式和溫度，使空調(diào)工作更加高效且節(jié)能。此外，空氣凈化器也可以通過MEMS傳感器監(jiān)測空氣質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開啟和關(guān)閉。

此外，在監(jiān)測空氣質(zhì)量領(lǐng)域中，MEMS氣體傳感器也應(yīng)用廣泛，可以應(yīng)用在空氣凈化器中。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測室內(nèi)氣體濃度，如二氧化碳、甲醛等有害氣體，可以及時(shí)采取相應(yīng)的措施，保持室內(nèi)空氣清新，提升居住者的生活質(zhì)量和健康水平。

這一傳感器還可以監(jiān)測人體呼吸氣體中的成分。通過分析呼吸氣體中的特定成分，如氧氣含量、二氧化碳濃度等，可以提供健康狀態(tài)、新陳代謝等方面的關(guān)鍵信息，為個(gè)人健康管理提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

隨著技術(shù)發(fā)展，MEMS傳感器也將呈現(xiàn)出幾個(gè)明顯的發(fā)展趨勢，比如多功能集成化和組合化。由于設(shè)計(jì)空間、成本和功耗預(yù)算日益緊縮，在同一襯底上集成多種敏感元器件，制成能夠檢測多個(gè)參量的多功能組合MEMS傳感器成為重要解決方案。

同時(shí)，軟件正成為MEMS傳感器的重要組成部分，隨著多種傳感器進(jìn)一步集成，越來越多的數(shù)據(jù)需要處理，軟件使得多種數(shù)據(jù)融合成為可能。MEMS產(chǎn)品發(fā)展必將從系統(tǒng)應(yīng)用的定義開始，開發(fā)具有軟件融合功能的智能傳感器，促進(jìn)人工智能在傳感器領(lǐng)域更廣闊的應(yīng)用。

此外，低功耗以及無源化都是今后MEMS傳感器的重要發(fā)展方向，因此也可以看到當(dāng)前的MEMS傳感器幾乎都具備低功耗的特性，也讓其能夠廣泛應(yīng)用于各種智能家居設(shè)備中。

小結(jié)

MEMS傳感器對(duì)于智能家居的意義重大，不僅可以實(shí)現(xiàn)家庭設(shè)備的互聯(lián)互通，使得智能家居設(shè)備能夠根據(jù)用戶的需求和環(huán)境的變化自動(dòng)調(diào)整工作狀態(tài)，顯著提升了我們的生活品質(zhì)，也能實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭環(huán)境的精準(zhǔn)監(jiān)測。同時(shí)MEMS傳感器種類繁多，主要包括運(yùn)動(dòng)傳感器、壓力、麥克風(fēng)、環(huán)境、光傳感器等，完全可以滿足智能家居的各種需求。