Hoje, mais do que nunca, a conetividade IoT está a permitir que todos os tipos de sensores físicos enviem os seus dados diretamente para painéis de controlo virtuais, praticamente sem interação humana.

Isto só é possível graças aos recentes avanços nas tecnologias IoT, como a IoT celular e a LPWAN (Low-Power Wide Area Networking), que estão a mudar radicalmente a forma como os sensores são utilizados; desde medições ocasionais até à monitorização remota contínua e em tempo real em múltiplas aplicações industriais e de consumo.

Dito isto, os sensores não são exatamente uma coisa nova.

Utilizados principalmente para medir variáveis do mundo real, como a temperatura ou a pressão, as primeiras adaptações de dispositivos remontam a 1500.

Tal como a Kelvin Tech salienta numa das suas publicações no blogue:

A medição da temperatura existe há muito tempo, remontando a 150 d.C. No entanto, estima-se que a verdadeira ciência dos termómetros não tenha evoluído até aos anos 1500. Ao longo dos anos, foram desenvolvidos diferentes tipos de termómetros.

Isso foi há mais de 400 anos!

Os seres humanos sempre sentiram a necessidade de medir as coisas de forma mais rápida, mais precisa e mais eficiente do que em adaptações anteriores. Faz parte da nossa natureza.

E é exatamente por isso que os sensores IoT estão em ascensão.

Índice

1. O que é um sensor "IoT"?
2. 12 Tipos de sensores IoT
3. A espinha dorsal da sua solução IoT

Afinal, o que é um sensor "IoT"?

Antes mesmo de a IoT existir, já havia muitos tipos de dispositivos de medição disponíveis no mercado, incluindo termómetros, magnetómetros (dos quais as bússolas são um exemplo notável), altímetros e muitos, muitos mais.

A lista não tem fim.

Os sensores utilizados nestes dispositivos destinam-se a detetar, medir e comunicar uma variável do mundo real de cada vez. O seu objetivo é ajudar-nos a compreender o mundo à nossa volta de uma forma mensurável e universal que "qualquer pessoa" possa compreender.

Já alguma vez viu o cockpit de um piloto?

Estes painéis de controlo estão repletos de instrumentos de voo que comunicam dados variáveis de todos os tipos de sensores. Alguns exemplos são os níveis de combustível, a pressão do sistema, etc.

A ideia subjacente aos sensores IoT da próxima geração é que, através da utilização dos chamados módulos IoT, estes dispositivos podem agregar e enviar os seus dados diretamente para uma IoT dashboard, tornando muito mais rápida e fácil a tomada de decisões importantes.

A manutenção preditiva é uma das principais áreas em que os sensores IoT prometem mudar a forma como o fabrico e a indústria são operados. Outros casos de utilização interessantes também estão a ganhar popularidade.

Em seguida, vamos analisar 12 tipos de sensores IoT que estão a permitir estes casos de utilização, bem como alguns exemplos de dispositivos reais de vários fabricantes.

Vamos lá começar.

12 tipos de sensores para a Internet das Coisas

Aqui tem uma lista de sensores IoT ordenados do mais para o menos popular (de acordo com os dados do Google Trends), incluindo temperatura, proximidade, pressão e muito mais.

Se estiver curioso para saber mais sobre como estes sensores podem ser utilizados em aplicações reais, também incluímos ligações para hardware existente com o caso de utilização pretendido ou o cenário ideal destacado entre parênteses.

1. Sensores de pressão

Os sensores de pressão são dispositivos que medem a pressão (a força necessária para impedir a expansão de um fluido) em gases ou líquidos. Podem ser fornecidos em todos os tamanhos e formas e são um dos exemplos mais populares de sensores IoT, principalmente devido às aplicações industriais que estão a adotar plenamente este novo esforço de conetividade.

Os sensores de pressão podem ser de diferentes tipos:

• Sensores de pressão barométrica, presentes na maioria das estações meteorológicas. O seu objetivo é medir as alterações da pressão atmosférica.
• Sensores de pressão de gás destinados a monitorizar alterações de pressão em gases, especialmente em aplicações petrolíferas, energéticas e de serviços públicos.

Embora não sejam tecnicamente transdutores de pressão, as células de carga são também uma variação dos sensores de pressão e podem ser um método preferido quando se trata de medir o peso (por exemplo, o peso de um animal ou o nível de um tanque ou silo).

Estes tipos de sensores constituem a espinha dorsal da nossa infraestrutura de gás e energia porque, sem eles, não poderíamos monitorizar a pressão do sistema. Ligue um módulo IoT a um destes sensores e os seus dados estarão prontos para serem apresentados no ecrã do seu computador.

Exemplos de sensores de pressão IoT:

• O sensor de pressão sem fios de longo alcance da NCD (Industrial)
• O E8PC da Omron (Industrial)

2. Sensores de luz

Também conhecidos como dispositivos fotoeléctricos ou fotossensores, os sensores de luz são mais comuns do que se pensa. Trata-se de dispositivos fotoeléctricos passivos que convertem a energia da luz (fotões) em energia eléctrica (electrões).

Chique, não é?

No entanto, estes dispositivos são mais do que o seu princípio de funcionamento. Tal como os sensores de pressão, os sensores de luz podem servir para todo o tipo de fins e são muito utilizados no controlo da luminosidade, na segurança e até na agricultura.

O registo das alterações na luz é útil para a monitorização do tempo, bem como para aplicações na agricultura, onde a medição da luz absorvida pelo solo é fundamental.

Estes sensores podem também ser uma alternativa mais simples e económica aos sensores de movimento, permitindo a deteção de presença, por exemplo, num quarto de hotel, num armazém ou num corredor.

A Seeed Studio publicou recentemente um artigo aprofundado sobre o tema dos sensores de luz, com exemplos de hardware relevantes da sua própria linha de produtos.

Exemplos de sensores de luz IoT:

• Os sensores inteligentes da Enlighted (consumidores e empresas)
• O sensor de luz ambiente de longo alcance da NCD (Industrial)

3. Sensores de temperatura e humidade

Os sensores de temperatura e humidade são tão populares e amplamente utilizados como as nossas duas primeiras opções. Normalmente, vêm agrupados em módulos IoT pré-fabricados.

Por um lado, os sensores de temperatura medem a quantidade de energia térmica numa fonte e destinam-se a medir as alterações de temperatura. Por outro lado, os sensores de humidade medem a quantidade de vapor de água na atmosfera de vários gases.

A monitorização da temperatura é um caso de utilização comum em ambientes industriais em que as máquinas têm de funcionar a uma determinada temperatura durante longos períodos de tempo.

Outros casos de utilização que vemos normalmente na nossa própria base de clientes são:

1. Conformidade com a segurança alimentar
2. Monitorização da cadeia de frio nos cuidados de saúde e na hotelaria
3. Gestão de armazéns e inventários
4. Monitorização de sistemas AVAC

A humidade também é frequentemente monitorizada juntamente com a temperatura. A medição da primeira é útil para o aquecimento, ar condicionado, estações meteorológicas e até para a humidade do solo.

Exemplos de sensores IoT de temperatura e humidade:

• O Sentrius™ RS1xx da Laird (Industrial)
• O DHT-22 2302 sem marca (DIY)

4. Sensores giroscópicos e de aceleração

Muitos de vós já estão familiarizados com giroscópios e acelerómetros. São os sensores que permitem ao smartphone detetar se o telemóvel está na vertical ou em modo paisagem e são muito utilizados na conceção de jogos para telemóvel.

Em termos de aplicações IoT, estes pequenos sensores são tão populares como os utilizados no seu telemóvel. Apesar de apresentarem diferenças, a maioria dos chips de acelerómetro também é fornecida com um giroscópio, razão pela qual os juntámos numa única secção.

A diferença entre os dois é a seguinte:

• Conforme relatado pelo LiveScience:

Um giroscópio é um dispositivo que utiliza a gravidade da Terra para ajudar a determinar a orientação. A sua conceção consiste num disco de rotação livre chamado rotor, montado num eixo giratório no centro de uma roda maior e mais estável. À medida que o eixo roda, o rotor permanece estacionário para indicar a atração gravitacional central e, por conseguinte, a direção para baixo.

• Por outro lado:

Um acelerómetro é um dispositivo compacto concebido para medir a aceleração não gravitacional. Quando o objeto em que está integrado passa de uma situação de imobilização para qualquer velocidade, o acelerómetro é concebido para responder às vibrações associadas a esse movimento.

Na IoT, os acelerómetros estão no centro dos sensores de vibração que podem transformar os dados de aceleração em frequências de vibração (ou seja, Gs em Hz!), normalmente utilizados para detetar operações anormais de máquinas industriais.

Os giroscópios podem ser utilizados para determinar a direção de movimento de um objeto seguido por GPS, bem como a direção do vento em aplicações meteorológicas e de energia limpa.

Exemplos de sensores giroscópicos e de aceleração da IoT:

• A série KX de acelerómetros da Kionix (Industrial)
• O Acelerómetro ADXL335 da Analog Devices (DIY)

5. Sensores de proximidade e de movimento

Sendo um tipo de dispositivo muito comum, um sensor de proximidade é utilizado em inúmeras aplicações IoT. Os sensores de proximidade são capazes de detetar a presença de objectos próximos sem qualquer contacto físico, emitindo um campo eletromagnético ou um feixe de radiação electromagnética (por exemplo, infravermelhos) e procurando alterações no campo.

Também conhecidos como sensores de alcance, alguns destes dispositivos utilizam ondas ultra-sónicas para medir a distância entre eles e o objeto detectado. Alguns exemplos excelentes são fabricados pela Maxbotix.

Os sensores de proximidade podem ser confundidos com sensores de movimento, mas não são a mesma coisa. Enquanto um sensor de proximidade pode ser utilizado para detetar movimento através da medição da distância de um objeto, os sensores PIR (Pyroelectric InfraRed) são uma boa alternativa especializada e de baixo custo para a deteção de movimento, uma vez que a sua saída é maioritariamente binária: um 1 ou um 0.

Estes são normalmente utilizados em detectores de movimento que podem ser utilizados para tudo, desde acender uma luz até alertar a polícia em caso de movimento suspeito.

Exemplos de sensores de proximidade e de movimento da IoT:

• O sensor de proximidade e de luz sem fios de longo alcance da NCD (Industrial)
• Vários sensores de proximidade da Seeed (DIY & Modular)

6. Sensores de caudal e de gás

Os sensores de caudal são dispositivos utilizados para medir o caudal ou a quantidade de um líquido ou gás em movimento e estão de certa forma relacionados com os sensores de gás, que são dispositivos electrónicos que detectam e identificam diferentes tipos de gases.

Os sensores de caudal englobam todos os tipos de dispositivos utilizados para medir os caudais de líquidos e gases. Os casos de utilização incluem a monitorização de processos industriais, HVAC, bem como aplicações de gestão de gás e água. O mesmo se aplica aos sensores de gás.

A medição inteligente é uma das áreas mais afectadas pelos sensores de caudal. Aqui, os medidores de caudal ultra-sónicos são emparelhados com módulos IoT para enviar dados para uma localização remota.

Com o advento das tecnologias IoT celulares, como a NB-IoT e a LTE-M, eos benefícios óbvios para as empresas de serviços públicos e para os utilizadores finais, espera-se que os sensores de fluxo, gás e eletricidade cresçam significativamente até 2025.

Isto mostra claramente uma forte tendência para os contadores inteligentes, bem como um aumento geral da utilização destes tipos de sensores para fins industriais.

Olhando especificamente para os sensores de gás, estes são dispositivos tradicionalmente volumosos que só recentemente se transformaram em adaptações de baixo consumo para monitorizar coisas como a qualidade do ar em ambientes locais. O tema da qualidade do ar é abordado com mais pormenor no ponto 11 da lista.

Exemplos de sensores de gás e de caudal IoT:

• Vários sensores de caudal da Sensirion (Industrial)
• Vários sensores de gás da Spec Sensors (DIY & Modular)

7. Sensores de som

Os sensores de som não são tão utilizados como os outros tipos de sensores da nossa lista, mas ainda assim merecem ser mencionados devido às suas propriedades únicas e casos de utilização interessantes.

Antes de mais, o que é um sensor de som?

Um sensor de som é definido como um módulo que detecta ondas sonoras através da sua intensidade, convertendo-as em sinais eléctricos. Quando o dispositivo detecta uma alteração na intensidade, pode enviar os dados para o seu dashboard.

Os sensores de som simples, como os oferecidos pelo Seeed Studio, são bastante baratos e podem ajudá-lo a descobrir alguns casos de utilização diferentes. Por exemplo, detetar a presença de som numa sala silenciosa.

Existem também gravadores de som que não só detectam o som como também o gravam assim que a intensidade muda. Isto é particularmente útil no domínio da segurança.

Por último, um caso de utilização avançada envolve os chamados medidores de nível de som/ruído; dispositivos que avaliam o ruído numa gama de frequências.

Estes permitem aplicações de medição do ruído ambiente mais complexas.

Exemplos de sensores de som IoT:

• O apropriadamente chamado SoundSensor da SensorTeam (Construção)
• O sensor IoT de som e ruído da IoTsens (Smart Cities)

8. Sensores de humidade

Os sensores de humidade são fundamentais para os recentes avanços na agricultura, permitindo aos agricultores monitorizar constantemente a saúde do solo. Como refere a AgriTech Tomorrow, as condições do solo mudam constantemente ao longo da estação de crescimento.

Eis o que têm a dizer sobre os sensores de solo IoT:

...devido aos recentes desenvolvimentos na monitorização do solo e da água, a informação crítica está a ser recebida em medições em tempo real a partir do campo, ajudando os agricultores a tomar decisões mais rápidas e precisas sobre a produção agrícola.

A maioria dos sensores de humidade são de ponto único, o que significa que medem a humidade no solo num local único e fixo.

Este tipo de sensor deve ser instalado em vários locais num campo de cultivo para aumentar a precisão das medições.

A profundidade também desempenha aqui um papel importante, uma vez que os efeitos da rega podem ser mais fortes ou mais fracos a diferentes níveis. Os dispositivos de humidade estão normalmente equipados com sondas longas que penetram profundamente no solo e medem a humidade a diferentes profundidades.

Exemplos de sensores de humidade IoT:

• Os sensores de humidade do solo sem fios da Sensoterra (Agricultura)
• O sensor de humidade do solo IoT de longo alcance da NCD (Agricultura)

9. Sensores de imagem

Um sensor é um dispositivo que recolhe informações sobre o mundo físico para fornecer um conjunto de medições ao longo do tempo. Segundo esta mesma lógica, podemos pensar numa câmara como um sensor ótico/IR bidimensional que fornece uma matriz de medições ao longo do tempo.

As câmaras são amplamente utilizadas como mecanismo de deteção, desde aplicações de contagem de pessoas até ao reconhecimento de padrões com base em IA.

Por exemplo, uma abordagem única é a tecnologia PigVision da Asimetrix: um sensor baseado em imagens que mede o peso dos suínos em tempo real com base em modelos de IA treinados.

Aqui está um vídeo da empresa que explica como funciona a tecnologia:

Como se pode ver na imagem acima, a Sony é também uma grande defensora destas tecnologias em ambientes industriais, de serviços públicos e de aviação. Pode consultar a sua tecnologia de imagem Pregius nos recursos abaixo.

Exemplos de sensores de imagem IoT:

• O OS02F10 da OmniVision (Industrial)
• Linha Pregius de sensores de imagem da Sony (Industrial)

10. Sensores magnéticos

Os sensores magnéticos são utilizados tanto em aplicações de consumo como industriais para detetar grandes corpos metálicos, como automóveis, painéis, habitações, etc. Estes dispositivos detectam alterações e perturbações num campo magnético, como o fluxo, a força e a direção.

Existem três tipos de sensores magnéticos normalmente utilizados na IoT:

1. Sensores TMR (Magnetoresistivos de tunelamento)
2. Interruptores de palheta
3. Sensores de efeito Hall

A magnetorresistência em túnel é um fenómeno mecânico quântico bastante complexo, pelo que não entraremos em pormenores científicos neste artigo.

No entanto, os sensores TMR estão a tornar-se cada vez mais populares para medir o deslocamento mecânico e o movimento em aplicações industriais, automóveis (pense em estacionamento automático e carros autónomos) e de consumo.

A nossa segunda entrada - o interrutor reed - é um interrutor elétrico acionado por um campo magnético. Estes interruptores podem ser acionados por uma bobina electromagnética e são normalmente utilizados em sistemas de segurança para controlar o fluxo de eletricidade e desencadear uma ação no caso de ser detectada a presença de um visitante indesejado.

Por último, temos o sensor de efeito Hall, um dispositivo utilizado para medir a magnitude de um campo magnético. A Diodes tem um ótimo artigo que explica o seu papel na IoT.

Além disso, há alguns anos, realizámos um projeto interessante utilizando dois sensores magnéticos diferentes caracterizados por um baixo consumo de energia e uma elevada sensibilidade:

1. O MMC5883MA da Memsic
2. O LSM303AGR da STMicroelectronics

Veja a série para uma ação prática com sensores magnéticos!

Exemplos de sensores magnéticos IoT:

• Sensores magnéticos personalizados da HyperTech (localização de activos)
• A série CT8xx da Crocus Technology (Setor da Energia)

11. Sensores de qualidade do ar

Embora a qualidade do ar e da água sejam funções de vários tipos de sensores utilizados em conjunto, pensámos que ambos mereciam uma categoria própria.

A primeira coisa que nos vem à cabeça quando falamos de qualidade do ar é a poluição. Mas como é que a medimos? Utilizando os chamados sensores de partículas. Estes são compostos principalmente por dois tipos baseados no tamanho das partículas encontradas no ar:

1. PM10
2. PM2.5

Os sensores de partículas que podem detetar as primeiras são mais comuns à medida que as partículas são maiores (geralmente 10 micrómetros, daí o nome). A deteção de partículas finas, com 2,5 micrómetros ou menos, torna-se gradualmente mais difícil.

Os sensores de partículas industriais da Sensirion e de outros fabricantes podem detetar estas partículas finas e ajudar na implementação de sistemas de qualidade do ar.

Tal como referido nas secções anteriores, os sensores de gás também desempenham um papel importante no reconhecimento de alterações no ar e são normalmente incorporados juntamente com os sensores PM.

Exemplos de sensores IoT de qualidade do ar:

• Vários sensores de qualidade do ar da ams (Industrial)
• Monitor de partículas PM2.5 da Ambient Weather (Casa inteligente)

12. Sensores de qualidade da água

A água é algo que a maioria de nós toma como garantido, mas muitas populações no mundo não têm acesso claro a este recurso crucial. E se tiverem, a sua qualidade pode ser má ou mesmo tóxica. É aí que entram os sensores de qualidade da água.

Tal como na secção anterior, existem diversas variáveis que contribuem para a qualidade da água, algumas das quais estão sujeitas a medições físicas através de sensores como:

1. Sensores de pH
2. Sensores de turbidez
3. Sensores de ORP (potencial de oxidação-redução)

Quando utilizados em conjunto, estes sensores formam uma imagem completa da qualidade da água. Por exemplo, eis o que o USGS tem a dizer sobre o pH:

O pH é uma medida da quantidade relativa de iões de hidrogénio e hidroxilo livres na água. A água que tem mais iões de hidrogénio livres é ácida, enquanto que a água que tem mais iões de hidroxilo livres é básica. O pH pode ser afetado por químicos na água e é um indicador importante de água que está a mudar quimicamente.

Com base nisto, os sensores de pH desempenham um papel importante na monitorização da qualidade da água, analisando a sua alcalinidade. Os sensores de turbidez desempenham um papel semelhante, medindo a quantidade de luz dispersa pelos sólidos em suspensão na água. Menos luz significa menor qualidade.

Finalmente, os sensores de potencial de oxidação-redução medem a capacidade de uma solução atuar como um agente oxidante ou redutor. Como referido por Vernier, estes podem ser utilizados em piscinas para medir a capacidade oxidante do cloro.

Exemplos de sensores IoT de qualidade da água:

• The Signet 2724-2726 de Georg Fischer (Industrial)
• O módulo de qualidade da água Waspmote da Libelium (Vários)

Estes foram os 12 tipos de sensores mais relevantes no mundo da IoT.

Se quiser saber mais sobre a quota de mercado de cada tipo de sensor, recomendamos que consulte os dados partilhados pela Mordor Intelligence.

Sensores IoT: A espinha dorsal da sua solução IoT

Agora que já analisámos os diferentes tipos de sensores IoT, só nos resta perguntar porquê. Porque é que os queremos ligar à Internet?

Qual é o valor por detrás da parte "IoT"?

Esta será provavelmente a pergunta seguinte do seu cliente e foi feita por algumas das marcas mais famosas do mundo.

A Salesforce realizou recentemente um inquérito que perguntava a clientes sofisticados quais as tecnologias que, na sua opinião, iriam transformar mais as suas expectativas em relação às empresas.

Eis o que eles disseram:

A Internet das Coisas está no top 3, juntamente com inovações tecnológicas como a Cibersegurança e a Inteligência Artificial.

Os gestores de contratação também reconheceram plenamente as incríveis mudanças que a IoT já está a trazer à força de trabalho:

edge Estas tecnologias de ponta estão a mudar fundamentalmente a forma como vivemos e trabalhamos. Combinadas, formam o que é conhecido como a Quarta Revolução Industrial.

Devido a esta mega-tendência, as empresas de semicondutores e de sensores estão agora a tentar inovar mais rapidamente do que nunca, o que conduz a uma diversidade crescente de coisas que podem ser "medidas" e acelera o ritmo a que estes dispositivos são criados.

Sem estes sensores "inteligentes", seria impossível pegar numa peça de maquinaria e ligá-la à Internet. Simplesmente não foram feitos para interagir com ela.

As empresas de todo o mundo estão a aperceber-se do potencial da agregação de dados em painéis IoT, como os oferecidos pela Ubidots, e estão a apressar-se a ligar as suas máquinas à Internet.

No entanto, isto não pode ser feito sem primeiro compreender as possibilidades e os casos de utilização permitidos por cada tipo de sensor. Dito isto (e questões de segurança à parte), o mundo parece concordar com os benefícios de permitir estas possibilidades baseadas em dados.

E é exatamente por isso que a parte "IoT" é importante - hoje mais do que nunca.