試論如何提高單片機獲取傳感器數據的可靠性

摘 要 眾所周知，我國正處于工業快速發展的時代。在此時代背景下，傳感器設備在當前工業設備控制系統中的應該也越來越廣泛和深入。傳感器在判斷所使用設備的準確性和精確性等方面起到過關鍵作用。然而，以前所使用的傳統傳感器因其體積大、可靠性差和穩定性不足等缺點給設備測量帶來了極為嚴重的后果。因此，傳感器控制系統設計時就應針對這些不足進行改善，而單片機的特點剛好可以解決這些問題。本文在分別闡述了傳感器和單片機技術特點的基礎上，詳細闡述了傳感器設計中單片機技術的應用。

【關鍵詞】傳感器 單片機 穩定性 抗干擾

1 傳感器技術

在現代設備控制系統中，傳感器是能夠對設備進行檢測的一種設備，其主要作用是：按照預設好的精確度將被檢測物體的最基本參數轉換為某種特定的對應關系。傳感器對光具有較高的敏感性，這主要是由于傳感器中的氣敏傳感器與人體的嗅覺器官的敏感程度極為類似。因此，氣敏傳感器可依據氣味的不同，做出相應的反應。與之類似，聲敏傳感器和人體的聽覺系統也同樣極為相似，其可依據聲波的傳遞與變化做出相應的反應和判斷。與以上兩種傳感器類似，溫控傳感器和人體的觸覺系統極為相似，主要是依據溫度變化做出相應的反應和判斷。因此，傳感器因其使用場合的不同具有不同的使用要求，以常見的溫控開關傳感器為例，其主要依據溫度的細微變化而做出相應反應從而體現自身功能。

2 單片機技術

所謂單片機，即利用電路芯片進行自動控制的微機系統，在這個芯片上集成了可以進行數據處理的CPU、存儲器、I/O 口和定時器等各功能模塊，共同組成小型化的微型計算機控制系統。單片機的硬件具有如下特點：

（1）具備較高的集成度，因而體積較小。

（2）具備較高的可靠性，因而可在持續時間較長的時間內（106小時到107小時）進行無故障工作。

（3）具備半導體硅片諸如磁、光和熱等諸多物理量的原始特性。

（4）具備可利用中央處理系統提高自身的運算速度、處理能力和精確度。

單片機具備的以上優勢和人特點使其應用領域不斷擴大和深化。到今天，單片機技術再幾乎所有的工業控制系統中均有應用實例。然而，單片機自身特點決定了其應用范圍主要集中于以下控制系統領域：

（1）數據采集系統。

（2）計算機通信控制系統。

（3）汽車設備控制系統。

（4）精確儀器和儀表控制系統。

隨著現代科技技術水平的不斷提高和更新，將單片機技術應用于傳感器的設計中正成為當前單片機技術的研究熱點，這主要是由于半導體硅片的材料對傳感器需求的提高為單片機技術和傳感器設計領域的融合提供了應用保障。

3 提高單片機獲取傳感器數據的可靠性

3.1 提高傳感器的抗干擾能力

眾所周知，傳感器在較為惡劣的外部運行環境中，容易受到諸如溫度、濕度、光照和電磁波等不利因素的影響和制約。因此，傳感器設計中尤其應注意提高傳感器的抗干擾能力，從而使其在惡劣的外部運行環境中仍能順利操作和運行，并檢測出精確可靠的數據。以渦流位移傳感器為例，其在運行過程中容易受到異樣均勻性材料的影響，從而使其對磁的傳導性能收到制約，最終影響了設備的正常運轉。因此，在此傳感器設備被中應用單片機技術，在實際的運行過程中，對每轉動一周后的傳感器轉動軸，單片機設備剛好可以修正傳感器輸出的誤差，從而使得設備因不均勻性的測量體而引起的運行誤差可以得到有效的修正，并最終提高傳感器設備的檢測結果的精確性和可靠性。

3.2 提高傳感器的運行穩定性

眾所周知，傳統的傳感器不并未應用單片機技術，因而其設備運行可靠性和精確性較低，而這也是導致傳感器運行穩定性較差的主要原因之一。所謂傳感器的可靠性，即指其在長時間持續運行過程中的輸出量的變化，因而該指標和靈敏度、分辨率和抗干擾能力等指標在性能和地位上具備相似之處。因此，傳感器分析的重點之一就是增強可靠性的諸多指標。單片機技術增強傳感器的可靠性的原理如下：傳感器的非線性誤差通過運用單片機技術修復，從而提高其運行可靠性。以智能濕度傳感器的設計為例，應用高速增強單片機（具備高速A/D 轉換器），并結合應用標準化的單片機開發工具，借助定時器控制A/D 轉換器通過相應的采樣頻率實施A/D 轉換，借助PC 串口對接收智能濕度傳感器A/D 轉換結果，且計算出其相對濕度。按此測算，可使計算相對濕度的電路設計得到極大的簡化，進而提高傳感器的運行穩定性和可靠性。

3.3 提高傳感器的標準化進程速度

在當前工業技術的快速發展進程中，傳感器技術得到了長足的進步，傳感器的種類越來越多，功能越來越豐富，規格和品種越來越成熟。然而，傳感器固有的輸入/ 輸出信號（I/O 信號）很難完全一致，系統的運行原理和電路同樣存在著較大的差距，這嚴重阻礙了傳感器的標準化進程速度，不利于傳感器用戶體驗的提升，不利于設備系統的測試儀器的統一，不利于傳感器的的應用領域的擴大。而將單片機技術和傳感器設計相結合，則為加快傳感器的標準化進程速度奠定了技術基礎。這主要是由于單片機具備以下優勢：

（1）較強的運算性能。

（2）較低的成本。

（3）體積較小。

正是單片機技術具備的這些優點加快了傳統的傳感器和測試儀的淘汰進程。已有研究表明，基于電路標準化的傳感器應具備以下基本作用：

（1）具備一定的溫度補償技術的作用。

（2）具備一定的存儲信號的作用。

（3）具備一定的線性校正技術的作用。

（4）具備連接高一級的控制單元的作用。

此外，傳感器標準化的推動也有利于智能儀表規范化的統一，從而提高傳感器相關測試儀器的穩定性和可靠性，從而為企業減少相應的設備檢測成本。

4 結論

綜上所述，本文對傳感器技術和單片機技術的技術特點分別進行了簡單介紹，并從提高傳感器的抗干擾能力、提高傳感器的穩定性和提高傳感器的標準化進程速度等三個方面分析了傳感器設計中單片機技術的應用。由此可知，單片機技術在彌補傳感器缺陷等方面具有關鍵作用，而將單片機技術應用在傳感器設計中則具有較高的可行性，對其進一步探索研究具有現實意義。

參考文獻

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[2]王小艷，肖勇，葛曉宇等.基于單片機的光電傳感信號檢測系統設計[J].沈陽化工大學學報，2013（03）.

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作者簡介

吳育軍（1964-），男，海南省海口市人，學士學位。現為海南科技職業學院講師。研究方向為機電一體化技術。

作者單位

海南科技職業學院 海南省海口市 571126