Các loại cảm biến Acceleration sensor bộ cảm biến gia tốc Acoustic sensor bộ cảm biến âm thanh Air flow sensor bộ cảm biến dòng không khí Contact Image Sensor CIS bộ cảm biến hình ảnh ti
Trang 1HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Trang 2MỤC LỤC
IV Ứng dụng sensor trong việc cung cấp dịch vụ ICT
Trang 3I Giới thiệu cảm biến
1 Cảm biến
Là thiết bị điện tử cảm nhận những thay đổi từ môi trường bên ngoài và biếnđổi thành các tín hiệu điện để điều khiển các thiết bị khác Cảm biến được sử dụng ởhầu hết lĩnh vực đời sống: Cơ - Điện tử, Cơ khí và công trình, toán và tin, xây dựng,điện tử viễn thông, điện lạnh, …
2 Các loại cảm biến
Acceleration sensor bộ cảm biến gia tốc
Acoustic sensor bộ cảm biến âm thanh
Air flow sensor bộ cảm biến dòng không khí
Contact Image Sensor (CIS) bộ cảm biến hình ảnh tiếp xúc
Contact sensor bộ cảm biến tiếp xúc
Electric sensor bộ cảm biến điện
Electrochemical sensor bộ cảm biến điện hóa
TRANG 3
Trang 4End-or-tape sensor bộ cảm biến cuối băng
Fibre Optic Rate Sensor (FORS) bộ cảm biến tốc độ sợi quang
Fingerprint sensor bộ cảm biến dấu tay
Fluidic flow sensor bộ cảm biến dòng chất lỏng
Fluidic sensor bộ cảm biến lỏng
Force sensor bộ cảm biến lực
Geostationary Earth Climate Sensor (GECS) bộ cảm biến khí hậu trái đất địa tĩnh Heat sensor bộ cảm biến nhiệt
Image sensor bộ cảm biến hình ảnh
Inertial sensor bộ cảm biến quán tính
Laser sensor bộ cảm biến laze
Light sensor bộ cảm biến ánh sáng
Linear Self Scanning Sensor (LISS) bộ cảm biến tự quét tuyến tính
Multicolour sensor bộ cảm biến đa màu
Optical sensor bộ cảm biến quang
Optical Sensor (OPS) bộ cảm biến quang
Optical sensor signal tín hiệu bộ cảm biến quang
Oxygen sensor bộ cảm biến ô-xy
Paper sensor bộ cảm biến giấy
Proximity sensor bộ cảm biến độ gần
Radar sensor bộ cảm biến rađa
Remote sensor bộ cảm biến từ xa
RF sensor bộ cảm biến RF
RF sensor bộ cảm biến tần số vô tuyến (vô tuyến vũ trụ)
Sea-Viewing of Wide Field Sensor (akaSeaWiFS) (SEAWIFS)
Quan sát biển của bộ cảm biến phạm vi rộng (cũng có thể viết tắt SeAWiFS)
Trang 5Sensor system nhóm bộ cảm biến
Sensor system hệ thống bộ cảm biến
Shutdown sensor bộ cảm biến dừng (tàu vũ trụ) Solar sensor bộ cảm biến mặt trời
Solid-state image sensor bộ cảm biến ảnh mạch rắn Star sensor bộ cảm biến sao
Sun sensor bộ cảm biến mặt trời
Tactile sensor bộ cảm biến tiếp xúc
Tactile sensor bộ cảm biến xúc giác
Tape break sensor bộ cảm biến đứt băng
Tape level sensor bộ cảm biến mức băng
Temperature sensor bộ cảm biến nhiệt độ
Touch sensor bộ cảm biến tiếp xúc
Touch sensor bộ cảm biến xúc giác
Wide Field Sensor (WIFS) bộ cảm biến trường rộng
TRANG 5
Trang 61 Cảm biến hình ảnh
Trang 82 Cảm biến nhiệt độ
3 Cảm biến áp suất không khí
II Ứng dụng của cảm biến
4 Công nghệ NFC
Trang 9NFC đang là thuật ngữ được rất nhiều người quan tâm từ giới công nghệ đếnngười tiêu dùng Vậy NFC là gì? Liệu chúng ta sẽ sử dụng NFC như thế nào trongcuộc sống?
NFC (Near Field Commnication) là một công nghệ không dây sử dụng sựtương tác sóng điện từ để truyền tải những dữ liệu nhỏ giữa 2 thiết bị mà không cầndây dẫn NFC có thể giống Bluetooth ở một vài mặt nào đó, chẳng hạn như chúng đều
là giao tiếp không dây trong phạm vi nhỏ, nó cũng giống RFID (Radio Frequency ID)trong việc sử dụng các sóng radio để nhận diện
Trong lĩnh vực di động, chỉ mới có một vài dòng sản phẩm, như SamsungGalaxy S III, được trang bị NFC Những chiếc điện thoại với NFC có thể đóng vai trònhư một chìa khóa, ví điện tử, thậm chí điện thoại NFC có thể giao tiếp với xe hơi
Công dụng của NFC có thể hỗ trợ cho rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống, nhưngđây vẫn là giai đoạn mà công nghệ này đang dần được hoàn thiện Dưới đây là nhữngviệc bạn có thể làm với công nghệ NFC
Chuyển hình ảnh, video và nhạc từ bất kì thiết bị nào
Trước đây, khi muốn chuyển hình ảnh hay video từ một thiết bị này sang thiết
bị khác, người dùng hay sử dụng một thiết bị trung gian là máy tính Mọi thứ đượcchép sang máy tính bằng USB và từ máy tính sang thiết bị khác bằng cáp chuyêndụng Việc làm này rất mất thời gian, Bluetooth 4 0 ra đời và đã hỗ trợ tốt hơn chocông việc này
TRANG 9
Trang 10Tuy nhiên, mọi thứ có thể đơn giản hơn nữa với NFC khi người dùng chỉ cầnchạm hai thiết bị vào nhau là mọi thứ đều được chuyển tải qua lại một cách dễ dàng.Hiện nay, trên thị trường đã xuất hiện nhiều thiết bị điện tử có trang bị kết nối NFC đểngười dùng dễ dàng thực hiện công việc trên như điện thoại Samsung Galaxy S III,MTXT HP Envy 14 và Sony Vaio Tap, máy ảnh Panasonic Lumix DMC-ZS30 vàDMC-TS5 Và sẽ còn rất nhiều thiết bị di động sẽ được hỗ trợ NFC, khi đó thì việcchia sẻ video, hình ảnh và nhạc giữa các thiết bị trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết
Điều khiển xe hơi
Nhiều hãng xe hơi như Huyndai đã bắt đầu thử nghiệm việc dùng điện thoại cóNFC để điều khiển xe hơi của họ Chỉ cần đặt điện thoại lên xe, đện thoại sẽ tự độngsạc, sao lưu danh bạ và kết nối với loa NFC trên xe để phát các bản nhạc mà ngườidùng ưa thích Các thử nghiệm còn đi đến việc mở cửa xe hơi bằng điện thoại cóNFC, khi đó người dùng có thể xem điện thoại là chìa khóa an toàn cho xe hơi củamình
Thay thế cho thẻ ATM
Người dùng sẽ không phải đem theo thẻ ATM đến trụ ATM, đút thẻ vào và bắtđầu nhập số pin Với điện thoại có NFC, chỉ việc chạm nhẹ vào máy ATM, nhập mãpin và rút tiền, thật đơn giản nhưng hiệu quả Công nghệ này đã bắt đầu được giớithiệu tại MWC vừa qua
Hỗ trợ mua sắm
Đang có những tranh luận về việc sử dụng smartphone có NFC như là một thẻthanh toán tại các trung tâm thương mại Những người ủng hộ thì cho rằng, với sự hỗtrợ của NFC, người mua hàng có thể nhanh chóng xác định thông tin về lối đi trong
Trang 11cửa hàng, các mặt hàng giảm giá thông qua hoạt động tương tác giữa điện thoại và cácthiết bị NFC của cửa hàng qua một phần mềm hỗ trợ
Tuy nhiên một số người không ủng hộ lại cho rằng chẳng việc gì phải tải vềmột ứng dụng mà cả năm chỉ dùng vài lần ở một vài nơi có hỗ trợ
Kiểm tra thông tin bản thân
Điện thoại của người dùng sẽ lưu giữ những thông tin về bạn như tên, số điệnthoại, nơi sinh sống và khi đến những nơi công cộng như sân bay, trường học, rạphát các thiết bị kiểm tra có hỗ trợ NFC sẽ tương tác với điện thoại để kiểm tra thôngtin của người dùng
Tạo ra tính tiện dụng cho các thiết bị trong gia đình
Hãy tưởng tượng, người dùng chỉ cần chạm điện thoại vào TV, máy giặt, loa
âm thanh là có thể khởi động chúng thông qua kết nối NFC
3 Các cảm biến trên smartphone và tablet
Trong phần này giới thiệu các loại cảm biến phổ biến trên các thiết bị di động(smartphone và tablet), cũng như nguyên lý hoạt động cơ bản của chúng
Kể từ khi cuộc đua thiết bị di động bắt đầu, có thể nói các nhà sản xuất đang ramắt các sản phẩm smartphone và tablet mới với mật độ dày đặc Các đối thủ cạnhtranh như Apple, Samsung, HTC, Sony và nhiều tên tuổi khác cạnh tranh với nhaubằng cách tung ra các tính năng và các phần cứng mới: các công việc "thông minh"
mà các mẫu smartphone có thể thực hiện đang trở thành một hạng mục quan trọngquyết định đến sự thành bại của chúng
Các công việc "thông minh" này, ví dụ như tính năng tự động cuộn văn bảndựa trên vị trí mắt người của Galaxy S4, được thực hiện nhờ có các cảm biến baogồm: cảm biến gia tốc, cảm biến ánh sáng môi trường, cảm biến GPS, la bàn, cảmbiến khoảng cách, cảm biến áp lực và con quay hồi chuyển
Sau đây, sẽ liệt kê các loại cảm biến chính và cơ chế hoạt động của chúng theotổng hợp từ trang Techulator com
Cảm biến gần (Proximity)
TRANG 11
Trang 12Tính năng chính của cảm biến này là nhận diện xem khoảng cách giữasmartphone và cơ thể bạn là bao nhiêu Khi bạn gọi điện, cảm biến gần sẽ nhận diệnxem vị trí giữa màn hình và tai là bao nhiêu để tắt đèn màn hình và tiết kiệm pin Cảmbiến gần cũng sẽ giúp ngăn ngừa các cử chỉ chạm được thực hiện một cách không cố ýtrên màn hình điện thoại trong khi gọi điện
Cảm biến này cũng sẽ tính toán độ mạnh yếu của tín hiệu, các nguồn gây nhiễu
và tăng cường tín hiệu hoặc lọc các nguồn gây nhiễu nhờ sử dụng Kỹ thuật Tạo Luồng(Beam Forming Technique)
Nói một cách ngắn gọn, cảm biến khoảng cách sẽ đo được vị trí của cơ thể, ví
dụ như khuôn mặt hoặc tai và ngừng các tác vụ như lướt web, chơi nhạc hoặc videotrong khi nhận/thực hiện cuộc gọi nhằm tiết kiệm pin Sau khi hội thoại kết thúc, cảmbiến khoảng cách sẽ tiếp tục các tác vụ đang thực hiện dở
Cảm biến GPS (Hệ thống định vị toàn cầu)
Trang 13GPS (viết tắt của Global Positioning System – Hệ thống định vị toàn cầu) lúcđầu được phát triển và triển khai cho các mục đích quân sự và được chính phủ Mỹchính thức đưa ra hoạt động rộng rãi trong thập niên 1980 GPS là một hệ thống chophép theo dõi mục tiêu hoặc "điều hướng" dựa trên các bức ảnh hoặc bản đồ với sự trợgiúp của các vệ tinh
Ngày nay, các smartphone đều được trang bị các cảm biến GPS được hỗ trợ(A-GPS) cho phép hoạt động mà không cần kết nối tới các máy chủ và các vệ tinh.iPhone 4S, iPhone 5, HTC One, HTC Droid DNA, HTC One X, các sản phẩm trongseries Galaxy của Samsung và Xperia của Sony và các mẫu Nokia Lumia 620, 820,
920 và 822 cùng một số sản phẩm khác cũng hỗ trợ hệ thống định vị toàn cầuGLONASS (Globalnaya Navigatsionnaya Sputnikovaya Sistema) do Nga phát triểnvới cùng một tính năng như GPS
Cảm biến ánh sáng môi trường (Ambient Light)
TRANG 13
Trang 14Cảm biến này có nhiệm vụ tối ưu độ sáng của màn hình trong các điều kiệnsáng khác nhau (các luồng sáng có cường độ khác nhau) Mục đích quan trọng nhấtcủa cảm biến ánh sáng môi trường là nhằm điều chỉnh độ sáng của màn hình, chophép tiết kiệm pin và cải thiện tuổi thọ pin
Cảm biến ánh sáng môi trường nhận biết ánh sáng và điều chỉnh màn hình dựatheo nguyên lý "vị trí tuyệt đối" Các cảm biến này chứa các đi-ốt quang học rất nhạysáng đối với các quang phổ khác nhau; kết quả tính toán phức tạp dựa trên các đi-ốtnày sẽ điều chỉnh mức độ tăng/giảm của cường độ sáng trên màn hình
Cảm biến gia tốc (Accelerometer)
Trang 15Tính năng chính của cảm biến gia tốc là nhận diện các thay đổi về hướng/góc
độ của smartphone dựa trên dữ liệu thu được và thay đổi chế độ màn hình (chế độ dọchoặc ngang màn hình) dựa trên góc nhìn của người dùng Ví dụ, trong trường hợp bạnmuốn tăng chiều rộng hiển thị của một trang web, bạn có thể chuyển từ chế độ dọcmàn hình sang chế độ ngang màn hình Tương tự như vậy, ứng dụng camera cũng sẽ
tự động thay đổi hướng của bức ảnh đang chụp khi chúng ta thay đổi góc độ củasmartphone
Về bản chất, cảm biến gia tốc sẽ nhận diện sự thay đổi trong góc độ củasmartphone bằng cách nhận biết các thay đổi về hướng trên cả 3 chiều của không giantrong trường hợp (giả sử) smartphone rơi tự do Một trong những ví dụ về ứng dụngcủa cảm biến gia tốc của điện thoại là các trò chơi đua xe: người chơi có thể "bẻ lái"bằng cách quay điện thoại/tablet theo hướng mong muốn
La bàn (Compass)
TRANG 15
Trang 16Chúng ta đều biết chức năng của la bàn là đưa ra định hướng chính xác dựatrên cực bắc và cực nam của trái đất bằng cách dùng nam châm Song, do các tín hiệunhiễu có mặt trong các thiết bị di động như smartphone và tablet, các thiết bị nàykhông sử dụng loại la bàn nam châm thường thấy mà ứng dụng một công nghệ tiêntiến khác để đưa ra định hướng cho người dùng
Cụ thể hơn, smartphone của bạn sẽ đo các tín hiệu có tần số cực thấp đến từmột hướng nhất định (Nam hoặc Bắc) và với sự trợ giúp của cảm biến gia tốc, la bàntrên smartphone có thể đưa ra định hướng cho người dùng
Nguyên lý hoạt động của la bàn trên smartphone là "hiệu ứng Hall" (Halleffect) do nhà bác học Edwin Hall phát hiện vào năm 1879 Dựa trên nhiều cảm biếnđược đặt trên các hướng khác nhau của điện thoại và sử dụng bộ tập trung tín hiệu từ(chế tạo bằng vật liệu có độ thấm từ cao) nhằm bẻ cong các đường song song với từtrường của mặt đất
Con quay hồi chuyển (Gyroscope)
Trang 17Chức năng của cảm biến này là giữ nguyên hoặc điều chỉnh vị trí và địnhhướng dựa trên các nguyên tắc của gia tốc theo các hướng khác nhau Khi con quayđược sử dụng cùng cảm biến gia tốc, cảm biến này sẽ nhận diện chuyển động trên 6chiều khác nhau (trái, phải, trên dưới, trước và sau)
Cảm biến này cũng sẽ nhận diện các chuyển động dựa trên 3 chiều không gian
X, Y, Z Sử dụng Hệ thống Điện và Cơ Siêu Nhỏ (MEMS), các mẫu điện thoại nhưiPhone 4 có khả năng nhận diện các cử chỉ cảm ứng, bên cạnh tính năng điều hướngGPS quen thuộc
Cảm biến chiếu sáng sau (BSI hoặc BI)
Cảm biến chiếu sáng sau (back illuminated sensor - được gọi tắt là BSI hoặcBI) là một trong các tính năng nổi trội có mặt trên các mẫu smartphone mới Đây làmột loại cảm biến hình ảnh số có khả năng thay đổi hoặc gia tăng độ sáng thu đượckhi chụp ảnh Lúc đầu, cảm biến này được phát triển cho các camera an ninh và cácloại kính thiên văn Sony là công ty đầu tiên áp dụng tính năng này vào năm 2009.Hiện nay, BSI là tính năng được nhắc đến nhiều trong thông số của các smartphone
Áp suất khí quyển (Barometer)
Một số smartphone dòng Galaxy của Samsung còn được trang bị cảm biến đo
áp suất khí quyển (barometer) Đây là cảm biến được dùng để đo áp suất khí quyểnphục vụ cho việc dự báo thời tiết Nhưng các smartphone đã có thông tin dự báo thời
TRANG 17
Trang 18tiết dựa trên thông tin lấy từ Internet, vậy tại sao lại cần đến cảm biến barometer? Lý
do được các nhà sản xuất giải thích là để cung cấp thông tin GPS chính xác hơn
Theo Samsung, các thiết bị GPS đôi khi tích hợp barometer để có thông tin độcao chính xác hơn Sai số trục Z của GPS khá cao nhưng kết hợp với các thông tin ápsuất khí quyển từ barometer, độ chính xác có thể tăng lên đáng kể Với sự kết hợp củacảm biến gia tốc, barometer, la bàn và GPS, các điện thoại có thể xác định vị trí,hướng và tốc độ của người dùng chính xác hơn
Ngoài ra, một số smartphone hiện nay còn được trang bị các cảm biến khác như cảmbiến từ kế (magnetometer), áp suất (pressure), nhiêt độ (temperature) và độ ẩm(humidity)
Trang 19III Xu hướng tích hợp các sensor trong tương lai:
Giá trị sử dụng của smartphone tăng chậm hay nhanh chủ yếu tùy thuộc vàonhững sensor (bộ cảm biến) Cuộc đua số lượng và chất lượng sensor chỉ mới bắt đầu
Với sản phẩm mới Moto X, Google thể hiện rơ nét ư tưởng: thiết bị di độngkhông chỉ là một loại vật dụng, mà phải trở thành một "trợ lư" thông minh, hiểu rơnếp sống và ttnh trạng hiện tại của chủ nhân, có khả năng giao tiếp, giúp đỡ chủ nhânđúng lúc, đúng chỗ Nhận biết chủ nhân qua lời nói, giao tiếp với chủ nhân qua lờinói, không nhất thiết chờ đợi chủ nhân yêu cầu, là đặc trưng nổi bật của Moto X
Ngoài việc giao tiếp bằng cách chạm vào màn htnh và giao tiếp qua lời nói,người dùng smartphone có thể có những cách giao tiếp nào khác? Nhiều ư kiến chorằng cách giao tiếp bằng động tác, cử chỉ sẽ trở nên quan trọng Lắc cổ tay khi cầmMoto X để chuẩn bị chụp ảnh là một ví dụ Về mặt công nghệ, không có ǵ ngăn cảnsmartphone quan sát động tác tay, động tác đầu (lắc, gật) và cả thái độ trên khuôn mặtcủa chủ nhân (nhíu mày, chớp mắt) Chất lượng camera của smartphone (độ phân giải,
độ nhạy sáng, ) sẽ ngày càng cao để đáp ứng yêu cầu của cách giao tiếp mới
Camera, microphone, accelerometer (bộ đo gia tốc, giúp phát hiện chuyển độngcủa smartphone), bộ định vị GPS và la bàn điện tử là những sensorthông dụng trongsmartphone, giúp smartphone tiếp nhận thông tin từ chủ nhân, hiểu biết ttnh trạng củachủ nhân và đáp ứng thích hợp Samsung Galaxy S4 dùng accelerometer để đo lượngvận động của chủ nhân, dùng sensor đo độ ẩm và sensor đo nhiệt độ để đoán nhận ttnhtrạng sức khỏe của chủ nhân
So với sensor gắn trong smartphone, sensor ở bên ngoài smartphone, gắn vàongười chủ nhân, cho thông tin có độ tin cậy cao hơn Các loại thiết bị đeo ở cổ taycủa Nike, Jawbone, Fitibit, Withings được ưa chuộng vt cung cấp cho smartphone sốliệu chính xác về lượng vận động, nhịp tim, huyết áp Từ đó, phần mềm trênsmartphone không chỉ hiển thị số đo mà c cn có "cơ hội" phân tích xúc cảm và đánh giáchất lượng giấc ngủ của chủ nhân Một loại sensor mới xuất hiện sẽ kéo theo vô vàndịch vụ mới
TRANG 19