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智能傳感器的發展

發布時間:2018-11-16  發布者:利坤電子

近幾年來,隨著智能傳感器的發展,智能溫度傳感器也從傳統的模擬式向數字化、智能化的方向發展。在智能溫度傳感器中,軟件和硬件的合理配合既可以增強傳感器的功能、提高傳感器的精度,又可以使溫度傳感器的結構簡單和緊湊,使用方便。將智能溫度傳感器的軟件和硬件相結合就是將溫度傳感器與各種微處理器結合,連接到網絡中,通過智能理論(人工智能技術、神經網技術、模糊技術等)對采樣數據進行處理,形成帶有信號處理、溫度控制、邏輯功能等一系列功能的智能溫度傳感器。
  一、智能傳感器的概述
  智能傳感器是一門涉及多種學科的綜合技術。早期,很多人認為智能傳感器是在工藝上將“傳感器與微處理器組裝在同一個芯片上的裝置”,或者認為智能傳感器是用IC技術將“一個或者多個敏感元件和信號處理器集成在同一塊硅芯片上的裝置”。隨著以傳感器系統發展為特征的智能傳感器技術的出現,人們逐漸發現上述對智能傳感器的認識并非總是,而且是不的。對智能傳感器而言,重要的是將傳感器與微處理器如何智能的結合,若沒有賦予足夠的智能的結合,只能說是“傳感器微型化”,或者是智能傳感器的低級階段,還不能說是“智能傳感器”。一個意義上的智能傳感器具備如下六個功能:
  (1)具有自校準、自標定和自動補償功能;(2)具有自動采集數據、邏輯判斷和數據處理功能;(3)具有自調整、自適應的功能;(4)具有程度的存儲、識別和信息處理功能;(5)具有雙向通信、標準數字化輸出或者符號輸出功能;(6)具有算法判斷、決策處理的功能。
  由于智能傳感器具備上述六大功能,它則具有如下特點:
  (1)和高分辨力:由于智能傳感器具備自校準、自標定和自動補償的功能,這些功能大部分由軟件形式來完成,因此,它具備了和高分辨力這一特點。對零位的自校準能系統的零點漂移;自標定可以通過大量數據的統計處理偶然誤差的影響;自動切換量程、軟件數字濾波和相關分析等處理可以測量的高分辨、自動補償非線性的誤差,從而了智能傳感器的和高分辨力的特點。
  (2)高穩定性和高性:智能傳感器的自動補償能力除了該傳感器的特點外,還能夠自動補償因工作條件或者環境參數發生變化而引起的智能傳感器特性漂移。智能傳感器的適時自我檢驗、分析、診斷和校正能力,使系統在異常情況下也能、穩定地工作。例如,美國Atemel公司推出的FCD4814、AT77C101B型單片硅晶體指紋傳感器集成電路,抗磨損性強,在指紋傳感器的表面有專門的保護層,手指接觸磨損的次數可超過百萬次。
  (3)強自適應性:由于智能傳感器具有判斷、分析和處理能力,它能根據系統工作情況決定各部件的供電情況、與系統中的上位機之間的數據傳輸速率,從而使系統以最適當的數據傳送速率工作在低功率狀態。
  (4)價格比:智能傳感器采用廉的集成電路工藝和芯片,使硬件開銷減少,并具有軟件功能,其性能價格比遠高于傳統傳感器。
  由此可見,智能傳感器的設計是傳感器傳統設計中的一處改革,是傳感器發展的主要方向。
  二、智能傳感器的發展
  (1)傳感器信號數字化
  在設計帶有傳感器的系統時,首先會建立傳感器對被測物理量的響應的數學模型,以及信號調理電路對傳感器輸出信號的期望響應的數學模型,然后用電路實現這些數學模型。盡管這些模型都很好,但是這些模型與實際電路的響應有偏差,這是因為數字不會隨時間而改變。正是這個原因,如今的設計中包含模-數轉換電路,它負責將模擬信號轉換為數字量,那么就能通過微處理器中運行的軟件來完成信息處理。模-數轉換器其實就是一枚單片的半導體器件,它能夠準確地、穩定地工作于變化的環境中,大多數的環境補償電路都可以集成到ADC器件中,減少了系統的器件總數,無論從系統性能還是商業前景的角度來看,都是大有益處的。
  (2)增加智能化
  傳感器信號被數字化之后,主要有兩種途徑來對這些數據進行處理,從而實現算法定義的功能。種是采用的數字硬件電路,通件連線實現我們設計的算法;另一種則是采用微處理器完成。一般來說,硬件比微處理器系統的速度,但是其成本較高并且缺乏靈活性。當不需要硬件那么高的運算速度時,由于微處理器適用的場合,因此具有的設計靈活性,設計成本。
  系統具有了智能的特點,就可以解決自動完成標定,通過純數學的處理算法器件漂移,甚至還能通過定期監控環境條件自動進行適當的調整來補償環境變化。可見,只要賦予系統一個“大腦”,就能實現許多人們想實現的功能。
  (3)實現而的通信
  實現傳感器數據共享,就可以很容易地擴大那些需要共享傳感器輸出信號的系統的規模。由于傳感器定的輸出信號是數字的,因此能夠地實現共享。就像在人類的世界中共享信息后會使信息量增大一樣,與本系統或者其它系統中的某個部件共享傳感器測量值后也會使系統的總測量值變多。為了實現傳感器數據共享的目標,裝備帶有標準通信接口的智能傳感器,使它們能與其他部件交換信息。通過標準通信方式,盡可能廣泛、簡便和地共享傳感器輸出信號,從而限度地發揮傳感器及其產生信息的作用。
  (4)智能傳感器的生成
   如今,智能傳感器就是把上述的三個特點結合在一起,即:含有用于測量的一個或者多個敏感元件;具有用于分析敏感元件所測結果的運算元件;與外界相連的通信接口,它使傳感器能在一個的系統中與其他部件交換信息。其中后面兩點是智能傳感器與常規傳感器的主要區別,智能傳感器具有將數據直接轉變為信息的能力,能在本地使用信息,還能將信息傳輸至系統中的其他部件,這些都是常規的傳感器無法做到的。

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