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1、第14章 智能式传感器 第14章 智能式传感器 14.1 概述概述14.2 传感器的智能化传感器的智能化14.3 集成智能传感器集成智能传感器 第14章 智能式传感器 14.1 概概 述述 14.1.1 智能式传感器的概述智能式传感器的概述 智智能能式式传传感感器器（Intelligent sensor或或Smart sensor）就就是是一一种种带带有有微微处处理理机机的的，兼兼有有信信息息检检测测、信信号号处处理理、信信息息记记忆忆、逻逻辑辑思思维与推断功能的传感器。维与推断功能的传感器。传感器与微处理机结合可以通过以下两个途径来实现：传感器与微处理机结合可以通过以下两个途径来实现：一一是
2、是传传感感器器的的智智能能化化，即即传传感感器器与与微微处处理理机机可可分分为为两两个个独独立立部部分分，传传感感器器的的输输出出信信号号经经处处理理和和转转化化后后由由接接口口送送到到微微处处理理机机部部分分进进行行运算处理。这就是我们指的一般意义上的智能传感器。运算处理。这就是我们指的一般意义上的智能传感器。二二是是集集成成智智能能传传感感器器，借借助助于于半半导导体体技技术术把把传传感感器器部部分分与与信信号号预预处处理理电电路路、输输入入输输出出接接口口、微微处处理理器器等等制制作作在在同同一一块块芯芯片片上上，即即成成为为大大规规模模集集成成电电路路智智能能传传感感器器。美美国国Ho
3、neywell公公司司的的DSTJ-3000型型硅硅压压阻阻式式智智能能传传感感器器Par Scientific 公公司司的的1000系系列列数数字字式式石英智能传感器。石英智能传感器。第14章 智能式传感器 14.1.2 智能传感器的功能和构成智能传感器的功能和构成 无无论论是是传传感感器器的的智智能能化化，还还是是集集成成智智能能化化传传感感器器，都都是是带带有有微微机机的的兼兼具具检检测测信信息息和和处处理理信信息息功功能能的的传传感感器器，可可统统称称为为智智能能式式传感器。传感器。和传统的传感器相比，和传统的传感器相比，智能化传感器具有以下功能：智能化传感器具有以下功能：具有逻辑推断
4、、统计处理功能。具有逻辑推断、统计处理功能。具有自诊断、自校准功能。具有自诊断、自校准功能。具有自适应、自调整功能。具有自适应、自调整功能。具有组态功能。具有组态功能。具有记忆、存储功能。具有记忆、存储功能。具有数据通讯功能。具有数据通讯功能。第14章 智能式传感器 图14 1 智能传感器的结构框图 利用计算机软件能够实现硬件难以实现的功能，因为以软件代替部分硬件，可降低传感器的制作难度。其中作为系统“大脑”的微型计算机，可以是单片机、单板机，也可以是微型计算机系统。第14章 智能式传感器 14.2 传感器的智能化传感器的智能化 14.2.1 传感器的智能化概念传感器的智能化概念 这这类类智智
5、能能传传感感器器主主要要由由传传感感器器、微微处处理理器器及及其其相相关关电电路路组组成成。传传感感器器将将被被测测的的物物理理量量转转换换成成相相应应的的电电信信号号,送送到到信信号号调调理理电电路路中中,进进行行滤滤波波、放放大大、模模-数数转转换换后后,送送到到微微处处理理机机中中。微微处处理理机机是是智智能能传传感感器器的的核核心心,它它不不但但可可以以对对传传感感器器测测量量数数据据进进行行计算、存储、数据处理计算、存储、数据处理,还可以通过反馈回路对传感器进行调整。还可以通过反馈回路对传感器进行调整。在在智智能能传传感感器器中中，其其限限制制功功能能、数数据据处处理理功功能能和和数
6、数据据传传输输功功能能具具有智能。有智能。第14章 智能式传感器 图14 2 智能式应力传感器的硬件结构图14.2.2 传感器的智能化实例传感器的智能化实例第14章 智能式传感器 图14 3 智能式应力传感器的软件结构图 第14章 智能式传感器 14.3 集成智能传感器集成智能传感器 14.3.1 集成智能传感器的发展方向集成智能传感器的发展方向集集成成化化是是指指将将多多个个功功能能相相同同或或不不同同的的敏敏感感器器件件制制作作在在同同一一个个芯芯片片上上构构成成传传感感器器阵阵列列。集集成成化化主主要要有有三三个个方方面面的的含含义义：一一是是将将多多个个功功能能完完全全相相同同的的敏敏
7、感感单单元元集集成成在在同同一一个个芯芯片片上上，用用来来测测量量被被测测量量的的空空间间分分布布信信息息；二二是是对对多多个个结结构构相相同同、功功能能相相近近的的敏敏感单元进行集成；三是指对不同类型的传感器进行集成。感单元进行集成；三是指对不同类型的传感器进行集成。智智能能化化是是将将传传感感器器(或或传传感感器器阵阵列列)与与信信号号处处理理电电路路和和限限制制电电路路集集成成在在同同一一芯芯片片上上。系系统统能能够够通通过过电电路路进进行行信信号号提提取取和和信信号号处处理理，依依据据具具体体状状况况自自主主地地对对整整个个传传感感器器系系统统进进行行自自检检、自自校校准准和和自自诊诊
8、断断，并并能能依依据据待待测测物物理理量量的的大大小小及及变变更更状状况况自自动动选选择择量程和测量工作方式。量程和测量工作方式。第14章 智能式传感器 14.3.2 智能传感器的探讨热点智能传感器的探讨热点 1.物理转化机理物理转化机理 输入输入输出传递函数为线性的转化机理输出传递函数为线性的转化机理-非线性非线性 2.数据融合理论数据融合理论 数数据据融融合合技技术术能能够够充充分分发发挥挥各各个个传传感感器器的的特特点点，利利用用其其互互补补性性、冗冗余余性性，提提高高测测量量信信息息的的精精度度和和牢牢靠靠性性，延延长长系系统统的的运运用寿命，进而实现识别、用寿命，进而实现识别、推断和
9、决策。推断和决策。3.CMOS工艺兼容的传感器制造与集成封装技术工艺兼容的传感器制造与集成封装技术 传传统统的的微微机机械械传传感感器器制制作作工工艺艺与与CMOS工工艺艺兼兼容容性性较较差差。为为了了解解决决这这个个“瓶瓶颈颈”问问题题，目目前前在在探探讨讨二二次次集集成成技技术术的的同同时时，智智能能传传感感器器的的工工艺艺探探讨讨热热点点集集中中在在研研制制与与CMOS工工艺艺兼兼容容的的各各种传感器结构及其制造工艺流程上。种传感器结构及其制造工艺流程上。第14章 智能式传感器 1.混合集成压力智能传感器混合集成压力智能传感器图14 4 混合智能传感器组成框图14.3.3 集成智能传感器系统举例集成智能传感器系统举例第14章 智能式传感器 2.多路光谱分析传感器多路光谱分析传感器图14 5 多路光谱分析传感器的结构示意图第14章 智能式传感器 3.三维多功能单片智能传感器三维多功能单片智能传感器图14 6 三维多功能单片智能传感器 第14章 智能式传感器 嵌入式计算机嵌入式计算机智能智能倾角倾角RS232RS232传感器传感器IC总线数字温度传感器总线数字温度传感器第14章 智能式传感器 振动网络传感器振动网络传感器智能压力网络传感器智能压力网络传感器第14章 智能式传感器 GSM/SMS