数据科学导论课程笔记（一）：数据采集_可以查数据科学导论题

数据采集模块：麦克风收集声音信息，微机电麦克风是电容式的变形。
惯性测量单元（IMU）可以测量速度，方向和引力，它将加速度器，陀螺仪和磁力计集成在一个基于MEMS的封装中。加速度计用来测量X,Y,Z三个方向的加速度，陀螺仪基于角动量守恒理论用于检测角速度以及角动量，磁力计用来测量磁场强度和方向，经常用在数字罗盘上。
还有接近传感器，运动传感器和红外探测传感器等。传感器大多数都会有噪声，需要仔细校准。
数据处理模块：对传感器采集到的数据进行压缩编码等预处理，除了少数传感器具备数字输出能力，多数传感器仅输出模拟信号。对微弱信号需要进行信号放大，放大器具备高增益、宽带宽以及低噪声等特性。对于放大后的信号还要进行滤波处理，包括模拟滤波器和数字滤波器，前者高效且低功耗，后者相对灵活。在此之后需要通过模数转换器将模拟信号转化成数字信号，设计高速且高精度的模数转换器非常具有挑战性。现在在无线传感器节点中使用的比较多的是微控制器MCU，msp430系列；需要在本地对数据进行复杂预处理的应用，还可以使用处理能力更强的DSP来做微处理器。除此之外，还有FPGA和ASIC，前者可以反复擦写，常用在科研领域；后者专用性强，单颗设计费用高。
数据传输模块：大多使用传感器节点内的无线收发机进行。用得最多的是蜂窝技术，也就是平时用到的手机通信技术3G，4G等，这种技术的通信距离最远但是功耗最大，而且需要授权和付费。第二种是无线通信技术WI-FI，基于IEEE 802.11标准，传输速度快，可以工作在2.4G和5G两个频段，2.4G频段的信号会被其他设备干扰而导致速度减慢。另一个传输技术就是蓝牙，最多可以包含7个活动设备，蓝牙是一个短程无线系统，支持的设备种类多。最近推出了低功耗蓝牙技术（BLE），不用来传送大型文件数据。还可以使用基于IEEE 802.15.4标专规范的ZigBee技术实现低功耗，是一种廉价的、低复杂度、低功耗、低速率的无线连接技术，可以支持大量设备连接，约6.5万个，现在已经广泛应用于无线传感器设计。在传感器设计中，大部分功耗都来源于无线通讯模块，所以很关注它的功耗。新的通信技术：近场通信NFC，和蓝牙类似适用于短距离传输，在某些情况下近乎不需要供电，类似于射频识别卡，一次只和一台设备连接；LoRa、NB-IoT、Sigfox等技术用于千米级别的信号传输。NB-IoT是专门为物联网设计的窄带无线通信技术，以目前手机使用的通信技术为基础，具有长距离通讯的能力并保持低功耗，采用授权频谱确保通讯品质不受干扰。
能量管理模块：通过控制算法在非有效工作时尽可能关闭电源或者将传感器系统切换到低功率状态，还可以设置多种供电电压，尽可能优化并降低每一部分的功耗。需要能量管理电路来完成电压转换等功能，例如使用稳压电路将变化的输入电压转换为稳定、持续的输出电压。还有一种能量管理方法就是能量收集，目前可用的能量转换器有面向温差的热电发生器，面向振动的压电元件，面向太阳能的光伏电池等。无线充电技术也是一种解决能量问题的有效方式，目前比较成熟的是使用磁场技术充电。