智能式傳感器詳解實用教案

1、會計學1智能智能(zh nn)式傳感器詳解式傳感器詳解第一頁，共15頁。14.1 概概 述述 14.1.1 智能式傳感器的概述智能式傳感器的概述 智能式傳感器（智能式傳感器（Intelligent sensor或或Smart sensor）就是一種帶有微處理）就是一種帶有微處理(chl)機的，兼有信息檢測、信號處理機的，兼有信息檢測、信號處理(chl)、信息記憶、邏輯思維與判斷功能的傳感器。、信息記憶、邏輯思維與判斷功能的傳感器。 傳感器與微處理傳感器與微處理(chl)機結(jié)合可以通過以下兩個途徑來實現(xiàn)：機結(jié)合可以通過以下兩個途徑來實現(xiàn)：一是傳感器的智能化，一是傳感器的智能化， 即傳感器與微處理

2、即傳感器與微處理(chl)機可分為兩個獨立部分，傳感器的輸出信號經(jīng)處理機可分為兩個獨立部分，傳感器的輸出信號經(jīng)處理(chl)和轉(zhuǎn)化后由接口送到微處理和轉(zhuǎn)化后由接口送到微處理(chl)機部分進行運算處理機部分進行運算處理(chl)。這就是我們指的一般意義上的智能傳感器。這就是我們指的一般意義上的智能傳感器。二是集成智能傳感器，借助于半導體技術(shù)把傳感器部分與信號預(yù)處理二是集成智能傳感器，借助于半導體技術(shù)把傳感器部分與信號預(yù)處理(chl)電路、輸入輸出接口、電路、輸入輸出接口、 微處理微處理(chl)器等制作在同一塊芯片上，即成為大規(guī)模集成電路智能傳感器。美國器等制作在同一塊芯片上，即成為大規(guī)模集成

3、電路智能傳感器。美國Honeywell公司的公司的DSTJ-3000型硅壓阻式智能傳感器型硅壓阻式智能傳感器Par Scientific 公司的公司的1000系列數(shù)字式石英智能傳感器。系列數(shù)字式石英智能傳感器。第1頁/共15頁第二頁，共15頁。14.1.2 智能傳感器的功能和構(gòu)成智能傳感器的功能和構(gòu)成 無論是傳感器的智能化，還是集成智能化傳感器，都是帶有微機的兼具檢測信息和處理信息功能的傳感器，可統(tǒng)稱為智能式傳感器。無論是傳感器的智能化，還是集成智能化傳感器，都是帶有微機的兼具檢測信息和處理信息功能的傳感器，可統(tǒng)稱為智能式傳感器。 和傳統(tǒng)的傳感器相比，和傳統(tǒng)的傳感器相比， 智能化傳感器具有以下

4、功能：智能化傳感器具有以下功能： 具有邏輯判斷具有邏輯判斷(pndun)、統(tǒng)計處理功能。、統(tǒng)計處理功能。 具有自診斷、自校準功能。具有自診斷、自校準功能。 具有自適應(yīng)、自調(diào)整功能。具有自適應(yīng)、自調(diào)整功能。 具有組態(tài)功能。具有組態(tài)功能。 具有記憶、存儲功能。具有記憶、存儲功能。 具有數(shù)據(jù)通訊功能。具有數(shù)據(jù)通訊功能。第2頁/共15頁第三頁，共15頁。圖14 1 智能(zh nn)傳感器的結(jié)構(gòu)框圖 被測量傳感器預(yù)處理及接口微型機輸出接口執(zhí)行機構(gòu)顯示和記錄信號預(yù)處理模擬信號數(shù)字化輸入接口MP、ROM、RAM信息處理及校正軟件D / A轉(zhuǎn)換、驅(qū)動電路 利用計算機軟件能夠?qū)崿F(xiàn)(shxin)硬件難以實現(xiàn)(s

5、hxin)的功能，因為以軟件代替部分硬件， 可降低傳感器的制作難度。 其中作為系統(tǒng)“大腦”的微型計算機，可以是單片機、單板機，也可以是微型計算機系統(tǒng)。 第3頁/共15頁第四頁，共15頁。14.2 傳感器的智能化傳感器的智能化 14.2.1 傳感器的智能化概念傳感器的智能化概念 這類智能傳感器主要由傳感器、微處理器及其相關(guān)電路組成。傳感器將被測的物理量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號這類智能傳感器主要由傳感器、微處理器及其相關(guān)電路組成。傳感器將被測的物理量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號, 送到信號調(diào)理電路中送到信號調(diào)理電路中, 進行濾波進行濾波(lb)、放大、模、放大、模-數(shù)轉(zhuǎn)換后數(shù)轉(zhuǎn)換后, 送到微處理機中。送到微處理機

6、中。 微處理機是智能傳感器的核心微處理機是智能傳感器的核心, 它不但可以對傳感器測量數(shù)據(jù)進行計算、存儲、數(shù)據(jù)處理它不但可以對傳感器測量數(shù)據(jù)進行計算、存儲、數(shù)據(jù)處理, 還可以通過反饋回路對傳感器進行調(diào)節(jié)。還可以通過反饋回路對傳感器進行調(diào)節(jié)。在智能傳感器中，其控制功能、數(shù)據(jù)處理功能和數(shù)據(jù)傳輸功能具有智能。在智能傳感器中，其控制功能、數(shù)據(jù)處理功能和數(shù)據(jù)傳輸功能具有智能。第4頁/共15頁第五頁，共15頁。圖14 2 智能(zh nn)式應(yīng)力傳感器的硬件結(jié)構(gòu)圖應(yīng)力傳感器1應(yīng)力傳感器2應(yīng)力傳感器n多路開關(guān)程 控放大器A / D控制邏輯鍵盤及顯示器打印機RAMROMD / A串 行通信口8031單片機模擬量

7、輸出14.2.2 傳感器的智能化實例傳感器的智能化實例(shl)第5頁/共15頁第六頁，共15頁。圖14 3 智能(zh nn)式應(yīng)力傳感器的軟件結(jié)構(gòu)圖 開機主程序模塊信號采集模塊信號處理模塊故障診斷模塊鍵盤輸入及顯示模塊輸出及打印模塊通信模塊第6頁/共15頁第七頁，共15頁。14.3 集成集成(j chn)智能傳感器智能傳感器 14.3.1 集成智能傳感器的發(fā)展方向集成智能傳感器的發(fā)展方向集成化是指將多個功能相同或不同的敏感器件制作在同一個芯片上構(gòu)成傳感器陣列。集成化主要有三個方面的含義：集成化是指將多個功能相同或不同的敏感器件制作在同一個芯片上構(gòu)成傳感器陣列。集成化主要有三個方面的含義：

8、一是將多個功能完全相同的敏感單元集成在同一個芯片上，用來測量被測量的空間分布信息；二是對多個結(jié)構(gòu)相同、功能相近的敏感單元進行集成；三是指對不同類型的傳感器進行集成。一是將多個功能完全相同的敏感單元集成在同一個芯片上，用來測量被測量的空間分布信息；二是對多個結(jié)構(gòu)相同、功能相近的敏感單元進行集成；三是指對不同類型的傳感器進行集成。 智能化是將傳感器智能化是將傳感器 (或傳感器陣列或傳感器陣列 )與信號處理電路和控制電路集成在同一芯片上。與信號處理電路和控制電路集成在同一芯片上。 系統(tǒng)能夠通過電路進行信號提取和信號處理，根據(jù)具體情況自主地對整個傳感器系統(tǒng)進行自檢、自校準和自診斷系統(tǒng)能夠通過電路進行信

9、號提取和信號處理，根據(jù)具體情況自主地對整個傳感器系統(tǒng)進行自檢、自校準和自診斷(zhndun)，并能根據(jù)待測物理量的大小及變化情況自動選擇量程和測量工作方式。，并能根據(jù)待測物理量的大小及變化情況自動選擇量程和測量工作方式。第7頁/共15頁第八頁，共15頁。14.3.2 智能傳感器的研究熱點智能傳感器的研究熱點 1.物理轉(zhuǎn)化機理物理轉(zhuǎn)化機理(j l) 輸入輸入輸出傳遞函數(shù)為線性的轉(zhuǎn)化機理輸出傳遞函數(shù)為線性的轉(zhuǎn)化機理(j l)-非線性非線性 2.數(shù)據(jù)融合理論數(shù)據(jù)融合理論 數(shù)據(jù)融合技術(shù)能夠充分發(fā)揮各個傳感器的特點，利用其互補性、冗余性，提高測量信息的精度和可靠性，延長系統(tǒng)的使用壽命，進而實現(xiàn)識別、數(shù)據(jù)

10、融合技術(shù)能夠充分發(fā)揮各個傳感器的特點，利用其互補性、冗余性，提高測量信息的精度和可靠性，延長系統(tǒng)的使用壽命，進而實現(xiàn)識別、 判斷和決策。判斷和決策。 3. CMOS工藝兼容的傳感器制造與集成封裝技術(shù)工藝兼容的傳感器制造與集成封裝技術(shù) 傳統(tǒng)的微機械傳感器制作工藝與傳統(tǒng)的微機械傳感器制作工藝與CMOS工藝兼容性較差。為了解決這個工藝兼容性較差。為了解決這個“瓶頸瓶頸”問題，目前在研究二次集成技術(shù)的同時，智能傳感器的工藝研究熱點集中在研制與問題，目前在研究二次集成技術(shù)的同時，智能傳感器的工藝研究熱點集中在研制與CMOS工藝兼容的各種傳感器結(jié)構(gòu)及其制造工藝流程上。工藝兼容的各種傳感器結(jié)構(gòu)及其制造工藝流

11、程上。 第8頁/共15頁第九頁，共15頁。 1. 混合混合(hnh)集成壓力智能傳感器集成壓力智能傳感器圖14 4 混合智能(zh nn)傳感器組成框圖晶陣電池IOMCU發(fā)射器PM溫 度傳感器接 口電路一溫 度傳感器接 口電路二接 口電路三壓 力傳感器濕 度傳感器加速度傳感器陣列啟動加速度計陣列總線14.3.3 集成集成(j chn)智能傳感器系統(tǒng)舉例智能傳感器系統(tǒng)舉例第9頁/共15頁第十頁，共15頁。 2. 多路光譜分析(un p fn x)傳感器圖14 5 多路光譜分析(un p fn x)傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖21342反射型繞射光柵二維光傳感器陣列輸出微型計算機(解析、統(tǒng)計處理)檢測對象(地球表面)(分342個區(qū)域)光學系統(tǒng)第10頁/共15頁第十一頁，共15頁。 3. 三維多功能單片智能(zh nn)傳感器圖14 6 三維多功能單片智能(zh n