單片機技術(shù)在傳感器設(shè)計中的應(yīng)用

黃康

摘 要：本文主要討論了單片機在傳感器設(shè)計中的應(yīng)用， 并對此提出了相關(guān)的建議。

關(guān)鍵詞：單片機技術(shù)；傳感器設(shè)計；應(yīng)用

前言：傳感器具有其一定的特點， 在傳感器設(shè)計的過程中， 單片機的應(yīng)用無疑是優(yōu)化傳感器設(shè)計的一個重大突破。單片機的加入， 讓傳感器的性能得到了大大的提高。在傳感器設(shè)計的環(huán)節(jié)中， 應(yīng)該時刻把握以實現(xiàn)傳感器智能化、標(biāo)準(zhǔn)化輸出等為目標(biāo)。單片機有其一定的優(yōu)點， 單片機的運算優(yōu)勢和價格低廉都是單片機在傳感器設(shè)計中應(yīng)用的主要原因。

一、單片機技術(shù)的應(yīng)用

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和在控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用， 以及設(shè)備向小型化、智能化發(fā)展， 單片機有較多的優(yōu)點， 例如它的體積比較小、功能強大、價格比較低， 為客戶所青睞。單片機技術(shù)和一般的集成電路相比， 它有的這些優(yōu)勢， 可以讓它在工業(yè)條件下穩(wěn)定地工作[1]。單片機可以用于各種儀表， 提高它的測量速度和測量精確度。如MCS-51系列單片機控制的“船舶航行狀態(tài)自動記錄儀”、“煙葉水分測試儀”、“智能超聲波測厚儀”等。單片機可以應(yīng)用于實時控制系統(tǒng)中， 能夠?qū)Ω鞣N窯爐的溫度和酸度進(jìn)行充分地測量及有效地控制。如果能夠?qū)⑷N技術(shù)相結(jié)合， 則可以有效地發(fā)揮數(shù)據(jù)的處理和實時控制功能。當(dāng)然系統(tǒng)如果處于最佳的工作狀態(tài)， 則可以提高商品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量， 間接提高企業(yè)的效率。很多行業(yè)的分布系統(tǒng)與智能控制以及機電一體化設(shè)備和產(chǎn)品， 單片機在其中都發(fā)揮了較關(guān)鍵的作用。

因此， 當(dāng)前來說， 單片機是我國現(xiàn)代計算機領(lǐng)域的新興事物， 無論是它本身還是單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計方法， 都會跟隨者時代的變化而進(jìn)步。單片機的相關(guān)技術(shù)為：首先， 8位機會保留主流地位， 主要是在最廣大的小型智能電子系統(tǒng)中， 因為目前還是采取嵌入式應(yīng)用對象有限時間響應(yīng)。其次， 應(yīng)用系統(tǒng)全盤CMOS化CMOS電路有眾多優(yōu)點， 已成為日前單片機及其外圍器件流行的半導(dǎo)體工藝。再次， 專用單片機的發(fā)展和OTPROMFlash ROM的使用， 也是當(dāng)前的發(fā)展模式。最后， 以串行方式為主的外圍擴展為應(yīng)用趨勢[2]。

二、傳感器概述

傳感器是一種檢測性的儀器， 它主要對各種精密儀器的質(zhì)量等各方面進(jìn)行檢測， 以保證儀器的正常。傳感器的類型有很多種， 根據(jù)不同的精密儀器的檢測要求可以區(qū)分出不同的傳感器。比如常見的有光敏傳感器、聲敏傳感器等等。這些傳感器主要是用于檢測各種不同功能的儀器， 以保證這些儀器的正常使用。

三、單片機提高傳感器穩(wěn)定性的作用

傳感器在使用的過程中， 需要極高的穩(wěn)定性。因為在傳感器使用的過程中， 穩(wěn)定性越高， 自然也就能更好的進(jìn)行儀器的檢測， 檢測出來的結(jié)果也就越準(zhǔn)確。目前， 傳感器在使用的過程中容易出現(xiàn)穩(wěn)定性差的情況。一旦發(fā)生這種狀況， 那么在檢測儀器的過程中自然會令檢測結(jié)果有失準(zhǔn)確， 造成誤差的出現(xiàn)。針對目前傳感器穩(wěn)定性差的這一問題來說， 單片機的使用能在很大程度上修正這一問題。傳感器的長時間使用增大了傳感器的線性誤差， 這時加入單片機技術(shù)能在很大程度上對這些誤差進(jìn)行修正[3]。這樣一來， 非線性誤差的減少正是大大增加了傳感器的穩(wěn)定性， 讓傳感器能更加穩(wěn)定的進(jìn)行儀器測量的工作。單片機的加入對傳感器的穩(wěn)定性的增加有很重要的作用， 這也是單片機在傳感器中發(fā)揮的一個巨大的作用。

四、單片機減少傳感器干擾的作用

（一）常見干擾

傳感器在進(jìn)行測量工作時， 外界的各種因素都有可能對傳感器的精確度造成影響。這時， 為了保證傳感器能正常的工作， 需要減少這些外界因素的影響。提高傳感器的抗干擾能力正是提高傳感器精確度的一個有效途徑。在實際的儀器測量的環(huán)節(jié)中， 傳感器有可能在一些較為復(fù)雜多變的環(huán)境下進(jìn)行測量工作。這樣一來， 外界的干擾因素就成了傳感器工作的一個阻礙。傳感器本身比較靈敏， 加之外界的干擾會大大影響其使用效果。這時， 單片機的加入就可以起到抗干擾的效果[4]。

（二）外界干擾

傳感器在進(jìn)行實際測量工作時的外界環(huán)境時不確定的， 有時候傳感器的工作環(huán)境會特別惡劣， 從而造成對傳感器測量工作的干擾。傳感器在進(jìn)行測量后， 會有一個信號輸出的過程。在這個過程中， 外界嘈雜雜亂的環(huán)境會對輸出結(jié)果造成一定的影響。這時， 單片機的加入能適當(dāng)?shù)南@些外界干擾因素的影響。傳感器在進(jìn)行工作時， 單片機可以利用其軟件進(jìn)行好干擾的消除工作， 從而達(dá)到減少誤差的作用。

五、傳感器設(shè)計中單片機技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)今， 傳感器特別是智能傳感器的發(fā)展方向是微型化、低成本、低功耗、高精度、可靠性、穩(wěn)定性， 可是， 當(dāng)今不少的傳感器大都面臨體積大、穩(wěn)定性差、可靠性低、成本高的不足之處， 而單片機具備的優(yōu)勢是成本低、體積小、控制力強、運算能力強等， 因此這有助于傳感器的設(shè)計。

（一）應(yīng)用單片機技術(shù)使傳感器可靠性提高

傳統(tǒng)意義上的無單片機技術(shù)的傳感器具備比較差的可靠性， 而比較低的可靠性常常造成傳感器的穩(wěn)定性比較差?？煽啃允侵競鞲衅髟陂L期不間斷地運行中輸出量出現(xiàn)的改變， 它在跟其它像是抗干擾能力、分辨率、靈敏度等方面的指標(biāo)和性能上具備非常關(guān)鍵的地位。為此， 傳感器一直分析的重點就是增強可靠性的一系列指標(biāo)。傳感器可靠性的提高借助單片機技術(shù)實現(xiàn)的原理是， 通過單片機技術(shù)將傳感器的非線性誤差進(jìn)行修復(fù)， 進(jìn)而使它的可靠性提高。像是在智能濕度傳感器的設(shè)計當(dāng)中應(yīng)用具備高速A/D轉(zhuǎn)換器的高速增強單片機， 結(jié)合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化的單片機開發(fā)工具， 借助定時器控制A/D轉(zhuǎn)換器通過相應(yīng)的采樣頻率實施A/D轉(zhuǎn)換， 借助PC串口對接收智能濕度傳感器A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果， 且將它的相對濕度計算出來。如此進(jìn)行測算顯著地簡化了計算相對濕度的電路設(shè)計， 進(jìn)而使得它的精確性與穩(wěn)定性大大地提高。

（二）應(yīng)用單片機技術(shù)使傳感器抗干擾性能增強

在惡劣的運行環(huán)境當(dāng)中， 傳感器往往會受到電磁波、濕度、溫度等一些要素的制約， 為此， 要求傳感器具備相應(yīng)的抗干擾性能， 進(jìn)而在不利的環(huán)境當(dāng)中能夠順利地運行， 且?guī)砭_的數(shù)據(jù)。像是在渦流位移傳感器運行的時候， 被測物體有著異樣均勻性的材料， 對磁的傳導(dǎo)性能也存在著差異性， 這大大地影響了設(shè)備的順利運行。因為表面不均勻的材料質(zhì)地， 在實際運行的時候， 轉(zhuǎn)動軸較難精確地運行， 在進(jìn)行轉(zhuǎn)動的時候， 盡管可以確保位置不出現(xiàn)改變， 可這個時候的傳感器依舊能夠出現(xiàn)小的電壓輸出， 這影響到了最后檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。為此， 在完善固有設(shè)備的時候， 增強其抗干擾性能是非常必要的。在這種設(shè)備上應(yīng)用單片機技術(shù)， 在實際運行的時候， 每一次轉(zhuǎn)動一周之后的傳感器轉(zhuǎn)動軸， 單片機設(shè)備就能夠修正它所輸出的結(jié)果， 如此能夠使得因為不均勻性的測量體而導(dǎo)致的誤差彌補， 最終使得傳感性設(shè)備的測量準(zhǔn)確性提高。

（三）應(yīng)用單片機技術(shù)促進(jìn)傳感器的演變和發(fā)展

當(dāng)今， 在工農(nóng)業(yè)需要與傳感器有關(guān)技術(shù)發(fā)展的影響下， 傳感器的種類日益增多， 規(guī)格和品種也日益成熟， 可是， 由于歷史遺留的原因， 傳感器的I/O （輸入/輸出） 信號面臨著不一致的地方， 電路系統(tǒng)與運行原理也存在非常大的差異性， 這使得傳感器的統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程變慢， 這為傳感器用戶帶來一些麻煩的過程中， 也不利于有關(guān)測試儀和傳感器的應(yīng)用以及發(fā)展。而單片機技術(shù)的出現(xiàn)為促使傳感器的統(tǒng)一化帶來的機會與奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。由于單片機的運算性能比較強， 越來越低的成本與小型化的體積有利于測試儀和陳舊傳感器的淘汰， 單片機技術(shù)的完整性與系統(tǒng)性以及傳感器設(shè)備中單片機技術(shù)的獨特角色使得傳感器中的很多設(shè)備都跟單片機技術(shù)有關(guān)聯(lián)， 這有助于推動以單片機有關(guān)技術(shù)作為主導(dǎo)的統(tǒng)一化與標(biāo)準(zhǔn)化。當(dāng)前以后將來的一段時期內(nèi)， 我國傳感器的一個發(fā)展趨勢就是傳感器的統(tǒng)一化與標(biāo)準(zhǔn)化。綜合研究發(fā)現(xiàn)， 電路標(biāo)準(zhǔn)化下的傳感器需要具備下面的一些作用：能夠連接高一級的控制單元的作用、具備簡單化的處理信號的作用、具備存儲信號的作用、具備線性校正技術(shù)的作用， 具備溫度補償技術(shù)的作用。除此之外， 傳感器運行的標(biāo)準(zhǔn)化也有利于智能儀表規(guī)范化的推動， 從而使得測試儀器的穩(wěn)定性能增強， 減少成本支出。

目前來看， 傳感器的種類多重多樣， 規(guī)格也是大有不同。不同類型的傳感器有著不同的作用， 自然也會有有很大的差別。傳感器有很多不同的類型， 在工藝制作中也會存在很大的差異。有的傳感器電路設(shè)計比較簡單， 但也有的傳感器的電路設(shè)計相當(dāng)復(fù)雜。由此可見， 傳感器目前還沒有一個標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)則， 傳感器標(biāo)準(zhǔn)化的問題也沒有得到解決。這樣一來， 不僅會對傳感器使用者帶來一定的麻煩， 也給傳感器的發(fā)展帶來了很大的難題。

隨著單片機發(fā)展的越來越快， 單片機的成本在不斷的降低， 同時單片機各方面的性能也在不斷的提高。比如單片機的便捷性越來越強， 單片機的計算能力也在修步的提升等等。單片機的應(yīng)用可以說給傳感器的發(fā)展帶來了新的曙光， 單片機的應(yīng)用大大提高了傳感器各方面的性能， 讓傳感器的發(fā)展有了一個更好的前提。如今， 傳感器標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程在不斷的推進(jìn)， 這與傳單片機的巨大作用是分不開的。單片機的應(yīng)用加快了傳感器標(biāo)準(zhǔn)化的步伐， 讓傳感器能更快的進(jìn)步， 更好的發(fā)展。

另外， 單片機的加入為傳感器標(biāo)準(zhǔn)化的推進(jìn)有效的降低了成本。單片機已經(jīng)越來越普及， 價格也會越來越低廉。用有限的金錢來達(dá)到開發(fā)的目的是以后傳感器標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)步的目標(biāo)。傳感器標(biāo)準(zhǔn)化之后， 傳感器的功能也會遵從標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)律。

結(jié)論：總之，單片機在傳感器中的應(yīng)用走著很廣闊的發(fā)展前景。單片機在傳感器設(shè)計中的應(yīng)用可以提高傳感器各方面的性能， 還能改善傳統(tǒng)傳感器中的各種缺陷。單片機在傳感器設(shè)計中的應(yīng)用讓傳感器得到了優(yōu)化， 讓傳感器能上升一個層次。并且單片機的應(yīng)用還提高了傳感器的穩(wěn)定性， 和精確性， 讓傳感器減少外界因素的影響。總之， 傳感器中單片機的應(yīng)用整體的提高了傳感器各方面的性能， 為傳感器的優(yōu)化起到了很大的作用。關(guān)于傳感器中單片機的應(yīng)用還需要更多的專業(yè)人士提出更加合理的建議， 未來傳感器的設(shè)計必定能在大家的共同努力之下更上一層樓。

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