淺談智能傳感器的典型應(yīng)用

徐作華

摘要：智能傳感器是測(cè)量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、微電子學(xué)、材料科學(xué)等綜合密集型技術(shù)的結(jié)合，主要由傳感器、微處理器（或微計(jì)算機(jī)）及相關(guān)電路組成。本文重點(diǎn)闡述智能傳感器的功能及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智能傳感器 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）10（b）-0003-01

隨著傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展，多種新型傳感器應(yīng)運(yùn)而生，如智能傳感器、微波傳感器、超聲波傳感器、生物傳感器和機(jī)器人傳感器等。以此來(lái)滿足對(duì)信息測(cè)量準(zhǔn)確度也越來(lái)越高的要求，克服越來(lái)越大的測(cè)量難度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的智能控制。

智能傳感器是測(cè)量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)、微電子學(xué)、材料科學(xué)等綜合密集型技術(shù)的結(jié)合，主要由傳感器、微處理器（或微計(jì)算機(jī)）及相關(guān)電路組成。微計(jì)算機(jī)是智能傳感器的核心，它不但可以對(duì)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理，還可以通過(guò)反饋回路對(duì)傳感器進(jìn)行調(diào)節(jié)。微計(jì)算機(jī)能充分發(fā)揮各種軟件的功能，可以完成硬件難以完成的任務(wù)，從而大大降低傳感器制造的難度，提高傳感器的性能，降低成本。傳感器將被測(cè)的物理、化學(xué)量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，送到信號(hào)調(diào)理電路中，進(jìn)行波、放大、?！獢?shù)轉(zhuǎn)換后送到微計(jì)算機(jī)中。智能傳感器的結(jié)構(gòu)可以是集成化的，也可以是分離式的。

1 智能傳感器的主要功能

（1）自補(bǔ)償功能：通過(guò)軟件對(duì)傳感器的非線性、溫度漂移、響應(yīng)時(shí)間等進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。

（2）自校準(zhǔn)功能：操作者輸人零值或某一標(biāo)準(zhǔn)量值后，自校準(zhǔn)軟件可以自動(dòng)地對(duì)傳感器進(jìn)行在線校準(zhǔn)。

（3）自診斷功能：接通電源后，檢查傳感器各部分是否正常，并可診斷發(fā)生故障的部件。

（4）數(shù)據(jù)處理功能：可以根據(jù)智能傳感器內(nèi)部的程序，自動(dòng)處理數(shù)據(jù)。

（5）雙向通信功能：微處理器和基本傳感器之間構(gòu)成閉環(huán)，微處理機(jī)不但接收、處理傳感器的數(shù)據(jù)，還可將信息反饋至傳感器，對(duì)測(cè)量過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。

（6）信息存儲(chǔ)和記憶功能：對(duì)接收到的信息能夠進(jìn)行存儲(chǔ)和記憶。

（7）數(shù)字量輸出功能：輸出數(shù)字信號(hào)，可方便地與計(jì)算機(jī)或接口總線相連。

智能傳感器除了檢測(cè)物理、化學(xué)量的變化之外，還具有測(cè)量信號(hào)處理（如濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換等）、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)顯示等功能，它幾乎包括了儀器儀表的全部功能。可見(jiàn)智能傳感器的功能已經(jīng)延伸到儀器的領(lǐng)域。

2 智能傳感器的典型應(yīng)用

2.1汽車(chē)制動(dòng)性能檢測(cè)儀

汽車(chē)制動(dòng)性能的好壞，是安全行車(chē)的最重要因素之一，也是汽車(chē)安全檢測(cè)的重點(diǎn)指標(biāo)之一。制動(dòng)性能的檢測(cè)有路試法和臺(tái)試法。臺(tái)試法用得較多，它是通過(guò)在制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)汽車(chē)進(jìn)行制動(dòng)力的測(cè)量，并以車(chē)輪制動(dòng)力的大小和左右車(chē)輪制動(dòng)力的差值來(lái)綜合評(píng)價(jià)汽車(chē)的制動(dòng)性能。

汽車(chē)制動(dòng)性能檢測(cè)儀由左輪、右輪制動(dòng)力傳感器及數(shù)據(jù)采集、處理與輸出系統(tǒng)組成，其總體框圖如圖1所示。

汽車(chē)開(kāi)上制動(dòng)檢測(cè)臺(tái)后，其左輪、右輪壓下到位開(kāi)關(guān)，使兩個(gè)到位開(kāi)關(guān)閉合接通，單片機(jī)檢測(cè)到信號(hào)，判斷汽車(chē)已經(jīng)就位，于是發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)。該控制信號(hào)經(jīng)耦合驅(qū)動(dòng)電路使檢測(cè)臺(tái)上的左輪、右輪滾筒電動(dòng)機(jī)電路接通，滾筒電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)車(chē)輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)。滾筒為粘砂滾筒，摩擦系數(shù)近似真實(shí)路面，可以模擬車(chē)輪在路面上行駛。此時(shí)，左輪和右輪制動(dòng)力傳感器開(kāi)始測(cè)取阻滯力，經(jīng)信號(hào)處理后，送單片機(jī)存儲(chǔ)和顯示。5s后，單片機(jī)發(fā)出剎車(chē)信號(hào)，司機(jī)踏下制動(dòng)踏板，車(chē)輪制動(dòng)力作用于滾筒上，傳送至動(dòng)力傳感器，信號(hào)變換后送單片機(jī)存儲(chǔ)，由顯示器顯示。若某一車(chē)輪先被抱死，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，則抱死指示燈亮，滾筒電動(dòng)機(jī)電路斷電，停止?jié)L筒轉(zhuǎn)動(dòng)，完成一個(gè)檢測(cè)過(guò)程，汽車(chē)制動(dòng)性能檢測(cè)結(jié)果由顯示器顯示。

汽車(chē)制動(dòng)性能檢測(cè)儀電路中使用的單片機(jī)型號(hào)為AT89C52，為CMOS型8位單片機(jī)低功率、高性能，自帶8KB·Flash程序存儲(chǔ)器ROM，可擦寫(xiě)1000次，引腳與指令與80C51單片機(jī)兼容。

2.2輪速智能傳感器

如圖2所示，輪速智能傳感器的硬件結(jié)構(gòu)以單片機(jī)為核心，外部擴(kuò)展8KB·RAM和8KB·EPROM，外圍電路有信號(hào)處理電路、總線通信控制及總線接口等。

輪速智能傳感器檢測(cè)到的車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度信號(hào)經(jīng)濾波、整形變換為脈沖數(shù)字信號(hào)后，由光電隔離耦合輸入到80C31單片機(jī)端口。單片機(jī)由T1定時(shí)器控制，對(duì)端口的脈沖信號(hào)進(jìn)行周期性的采樣測(cè)量。通信控制器SJA1000、通信接口82C250組成與CAN（汽車(chē)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)總線）的控制和接口電路。輪速和其他測(cè)控?cái)?shù)據(jù)由儀表盤(pán)上的儀器儀表顯示和使用。在輪速智能傳感器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分考慮了抗干擾和穩(wěn)定性。單片機(jī)的輸入輸出端均采用光電隔離，用定時(shí)器（MAX813）進(jìn)行超時(shí)復(fù)位，確保系統(tǒng)可靠地工作。SJA1000使用方便，工作環(huán)境溫度為-40℃～125℃，特別適合汽車(chē)及工業(yè)環(huán)境使用。

此外，智能傳感器在氣象、壓力、超聲、網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域也應(yīng)用廣泛。例如氣象參數(shù)測(cè)試儀，其軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，由主程序、LCD顯示子程序、初始化子程序、通信子程序、風(fēng)向子程序、風(fēng)速子程序、氣壓子程序、溫度與濕度子程序、按鍵子程序等組成，具有實(shí)現(xiàn)風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、氣壓的傳感器信號(hào)采集；對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行處理、顯示；實(shí)現(xiàn)與微型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通信，傳送儀器的工作狀態(tài)、氣象參數(shù)數(shù)據(jù)等功能。

SF-3000系列智能壓力傳感器可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)通信器來(lái)設(shè)定檢查工作狀態(tài)，它可以同時(shí)測(cè)量靜壓、差壓和溫度三個(gè)參數(shù)。

超聲智能傳感器傳感器內(nèi)有以微處理器為中心的數(shù)據(jù)處理電路，通過(guò)測(cè)量超聲波從傳感器到目標(biāo)再返問(wèn)所需要的時(shí)間，計(jì)算傳感器到目標(biāo)的距離。傳感器通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行口與PC機(jī)通信，用戶可以通過(guò)圖形化人機(jī)接口監(jiān)視目標(biāo)距離，還可以根據(jù)需要改變傳感器的參數(shù)。

目前還出現(xiàn)了虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器。虛擬傳感器是基于軟件開(kāi)發(fā)而成的智能傳感器。網(wǎng)絡(luò)作感器是包含數(shù)字傳感器、網(wǎng)絡(luò)接口和處理單元的新—代智能傳感器。這種網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器的推廣應(yīng)用，對(duì)工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、農(nóng)業(yè)信息化、航空航天及國(guó)防領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

目前，智能傳感器正朝著單片集成化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化、高精度、多功能、高可靠性與安全性的方向發(fā)展。智能傳感器是應(yīng)現(xiàn)代自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的要求而提出來(lái)的，是傳感器發(fā)展里程中的一次革命，它代表著目前傳感器技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)。

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