淺談智能傳感器的典型應用

徐作華

摘要：智能傳感器是測量技術、半導體技術、計算機技術、信息處理技術、微電子學、材料科學等綜合密集型技術的結合，主要由傳感器、微處理器（或微計算機）及相關電路組成。本文重點闡述智能傳感器的功能及應用。

關鍵詞：智能傳感器 應用

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（b）-0003-01

隨著傳感器技術的迅猛發展，多種新型傳感器應運而生，如智能傳感器、微波傳感器、超聲波傳感器、生物傳感器和機器人傳感器等。以此來滿足對信息測量準確度也越來越高的要求，克服越來越大的測量難度，實現自動檢測系統的智能控制。

智能傳感器是測量技術、半導體技術、計算機技術、信息處理技術、微電子學、材料科學等綜合密集型技術的結合，主要由傳感器、微處理器（或微計算機）及相關電路組成。微計算機是智能傳感器的核心，它不但可以對傳感器測量數據進行計算、存儲、數據處理，還可以通過反饋回路對傳感器進行調節。微計算機能充分發揮各種軟件的功能，可以完成硬件難以完成的任務，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。傳感器將被測的物理、化學量轉換成相應的電信號，送到信號調理電路中，進行波、放大、模—數轉換后送到微計算機中。智能傳感器的結構可以是集成化的，也可以是分離式的。

1 智能傳感器的主要功能

（1）自補償功能：通過軟件對傳感器的非線性、溫度漂移、響應時間等進行自動補償。

（2）自校準功能：操作者輸人零值或某一標準量值后，自校準軟件可以自動地對傳感器進行在線校準。

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

（4）數據處理功能：可以根據智能傳感器內部的程序，自動處理數據。

（5）雙向通信功能：微處理器和基本傳感器之間構成閉環，微處理機不但接收、處理傳感器的數據，還可將信息反饋至傳感器，對測量過程進行調節和控制。

（6）信息存儲和記憶功能：對接收到的信息能夠進行存儲和記憶。

（7）數字量輸出功能：輸出數字信號，可方便地與計算機或接口總線相連。

智能傳感器除了檢測物理、化學量的變化之外，還具有測量信號處理（如濾波、放大、A/D轉換等）、數據處理以及數據顯示等功能，它幾乎包括了儀器儀表的全部功能。可見智能傳感器的功能已經延伸到儀器的領域。

2 智能傳感器的典型應用

2.1汽車制動性能檢測儀

汽車制動性能的好壞，是安全行車的最重要因素之一，也是汽車安全檢測的重點指標之一。制動性能的檢測有路試法和臺試法。臺試法用得較多，它是通過在制動試驗臺上對汽車進行制動力的測量，并以車輪制動力的大小和左右車輪制動力的差值來綜合評價汽車的制動性能。

汽車制動性能檢測儀由左輪、右輪制動力傳感器及數據采集、處理與輸出系統組成，其總體框圖如圖1所示。

汽車開上制動檢測臺后，其左輪、右輪壓下到位開關，使兩個到位開關閉合接通，單片機檢測到信號，判斷汽車已經就位，于是發出一個控制信號。該控制信號經耦合驅動電路使檢測臺上的左輪、右輪滾筒電動機電路接通，滾筒電動機轉動帶動車輪一起轉動。滾筒為粘砂滾筒，摩擦系數近似真實路面，可以模擬車輪在路面上行駛。此時，左輪和右輪制動力傳感器開始測取阻滯力，經信號處理后，送單片機存儲和顯示。5s后，單片機發出剎車信號，司機踏下制動踏板，車輪制動力作用于滾筒上，傳送至動力傳感器，信號變換后送單片機存儲，由顯示器顯示。若某一車輪先被抱死，停止轉動，則抱死指示燈亮，滾筒電動機電路斷電，停止滾筒轉動，完成一個檢測過程，汽車制動性能檢測結果由顯示器顯示。

汽車制動性能檢測儀電路中使用的單片機型號為AT89C52，為CMOS型8位單片機低功率、高性能，自帶8KB·Flash程序存儲器ROM，可擦寫1000次，引腳與指令與80C51單片機兼容。

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構以單片機為核心，外部擴展8KB·RAM和8KB·EPROM，外圍電路有信號處理電路、總線通信控制及總線接口等。

輪速智能傳感器檢測到的車輪轉動速度信號經濾波、整形變換為脈沖數字信號后，由光電隔離耦合輸入到80C31單片機端口。單片機由T1定時器控制，對端口的脈沖信號進行周期性的采樣測量。通信控制器SJA1000、通信接口82C250組成與CAN（汽車協議網絡總線）的控制和接口電路。輪速和其他測控數據由儀表盤上的儀器儀表顯示和使用。在輪速智能傳感器的設計過程中，充分考慮了抗干擾和穩定性。單片機的輸入輸出端均采用光電隔離，用定時器（MAX813）進行超時復位，確保系統可靠地工作。SJA1000使用方便，工作環境溫度為-40℃～125℃，特別適合汽車及工業環境使用。

此外，智能傳感器在氣象、壓力、超聲、網絡等領域也應用廣泛。例如氣象參數測試儀，其軟件采用模塊化設計，由主程序、LCD顯示子程序、初始化子程序、通信子程序、風向子程序、風速子程序、氣壓子程序、溫度與濕度子程序、按鍵子程序等組成，具有實現風向、風速、溫度、濕度、氣壓的傳感器信號采集；對采集的信號進行處理、顯示；實現與微型計算機的數據通信，傳送儀器的工作狀態、氣象參數數據等功能。

SF-3000系列智能壓力傳感器可通過現場通信器來設定檢查工作狀態，它可以同時測量靜壓、差壓和溫度三個參數。

超聲智能傳感器傳感器內有以微處理器為中心的數據處理電路，通過測量超聲波從傳感器到目標再返問所需要的時間，計算傳感器到目標的距離。傳感器通過標準串行口與PC機通信，用戶可以通過圖形化人機接口監視目標距離，還可以根據需要改變傳感器的參數。

目前還出現了虛擬傳感器和網絡傳感器。虛擬傳感器是基于軟件開發而成的智能傳感器。網絡作感器是包含數字傳感器、網絡接口和處理單元的新—代智能傳感器。這種網絡化智能傳感器的推廣應用，對工業、環境監測、遠程醫療、農業信息化、航空航天及國防領域產生深遠的影響。

目前，智能傳感器正朝著單片集成化、網絡化、系統化、高精度、多功能、高可靠性與安全性的方向發展。智能傳感器是應現代自動化系統發展的要求而提出來的，是傳感器發展里程中的一次革命，它代表著目前傳感器技術發展的大趨勢。

參考文獻

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