智能家居中的MEMS传感器

电子发烧友网报道（文/黄山明）MEMS全称是微型电子机械系统（Micro-ElectroMechanical System），是指可批量制作的，将微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等集成于一块或多块芯片上的微型器件或系统。在智能家居中，MEMS传感器发挥着关键的作用。它们使得家居设备能够互联互通，显著提升了我们的生活品质。
 
MEMS传感器的发展
 
MEMS技术对当今的传感器的普及起到非常关键的作用。可以说，如果没有MEMS技术，传感器的微型化、集成化、低功耗等特性将很难实现，物联网、智能手机、智能家居、汽车等产品的发展也将受到阻碍。
 
1959年，美国物理学家Richard Feynman在其著名的演讲“底部有足够的空间”中提出了将机器小型化到原子和分子尺度的想法，这可以被看作是MEMS传感器的理论基础。直到1962年，硅微压力传感器的问世标志着MEMS技术的诞生。这种设备的特征是用硅膜、压敏电阻和体硅腐蚀，它不仅是MEMS微传感器的起点，同时也是MEMS体加工的起始点。
 
在20世纪70年代到80年代期间，MEMS技术得到了显著的发展，包括压力传感器、加速度计、陀螺仪等各类传感器应运而生。然后进入90年代，汽车的电子设备以及应用逐渐增多，推动了MEMS传感器应用的落地，例如安全气囊、制动压力、轮胎压力监测系统等。
 
比如第一个真正大规模商业化的MEMS传感器是加速度计，它由美国ADI公司于1991年发明。该传感器基于电容传感原理，传感器的输出信号可用于测量加速度或倾斜度。在这个时期，也有了重要的突破，1998年美国Draper实验室研制出了较早的MEMS陀螺仪。
 
进入21世纪后，MEMS技术得到了广泛的应用和发展，不仅在信息、生物、航天、军事等领域有广泛应用，同时在很多消费电子产品中也能看到其身影。如今，MEMS技术已经成为现代前沿核心技术之一，对于国家保持技术领先优势具有重要意义。目前，MEMS传感器已占到所有传感器市场份额的约一半以上。
 
MEMS传感器在智能家居领域的应用
 
MEMS传感器其实包含许多种类，如MEMS射频器件、MEMS压力传感器、MEMS惯性传感器（含加速计和陀螺仪）等，都为主要的MEMS传感器种类。
 
由于丰富的种类，MEMS传感器在智能家居中的应用广泛且重要。它们相当于家居中的“眼鼻耳”，是人体五感的延伸，用传感技术来代替人体收集各种信息，从而实现家居环境“可视化”。比如智能门锁通过利用MEMS传感器实现手势识别开锁、语音控制开锁等功能，大大提高了用户使用的便捷性。
 
而在智能照明系统中，MEMS传感器可以实现自动调节灯光亮度和颜色，达到节能和提高用户体验的效果。此外，智能窗帘也可以通过MEMS传感器实现自动开启和关闭，根据室内外光线强度的变化调节窗帘的开合程度，以保持室内环境的舒适度。
 
在智能空调系统中，MEMS传感器能够实时监测室内温度、湿度等环境参数，并根据用户的需求自动调节空调的工作模式和温度，使空调工作更加高效且节能。此外，空气净化器也可以通过MEMS传感器监测空气质量，实现自动开启和关闭。
 
此外，在监测空气质量领域中，MEMS气体传感器也应用广泛，可以应用在空气净化器中。通过实时监测室内气体浓度，如二氧化碳、甲醛等有害气体，可以及时采取相应的措施，保持室内空气清新，提升居住者的生活质量和健康水平。
 
这一传感器还可以监测人体呼吸气体中的成分。通过分析呼吸气体中的特定成分，如氧气含量、二氧化碳浓度等，可以提供健康状态、新陈代谢等方面的关键信息，为个人健康管理提供准确的数据支持。
 
随着技术发展，MEMS传感器也将呈现出几个明显的发展趋势，比如多功能集成化和组合化。由于设计空间、成本和功耗预算日益紧缩，在同一衬底上集成多种敏感元器件，制成能够检测多个参量的多功能组合MEMS传感器成为重要解决方案。
 
同时，软件正成为MEMS传感器的重要组成部分，随着多种传感器进一步集成，越来越多的数据需要处理，软件使得多种数据融合成为可能。MEMS产品发展必将从系统应用的定义开始，开发具有软件融合功能的智能传感器，促进人工智能在传感器领域更广阔的应用。
 
此外，低功耗以及无源化都是今后MEMS传感器的重要发展方向，因此也可以看到当前的MEMS传感器几乎都具备低功耗的特性，也让其能够广泛应用于各种智能家居设备中。
 
小结
 
MEMS传感器对于智能家居的意义重大，不仅可以实现家庭设备的互联互通，使得智能家居设备能够根据用户的需求和环境的变化自动调整工作状态，显著提升了我们的生活品质，也能实现对家庭环境的精准监测。同时MEMS传感器种类繁多，主要包括运动传感器、压力、麦克风、环境、光传感器等，完全可以满足智能家居的各种需求。