徐作華

摘要：智能傳感器是測量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計算機技術(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（或微計算機）及相關(guān)電路組成。本文重點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：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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(zhǔn)確度也越來越高的要求，克服越來越大的測量難度，實現(xiàn)自動檢測系統(tǒng)的智能控制。

智能傳感器是測量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計算機技術(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（或微計算機）及相關(guān)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(shù)據(jù)進(jìn)行計算、存儲、數(shù)據(jù)處理，還可以通過反饋回路對傳感器進(jìn)行調(diào)節(jié)。微計算機能充分發(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。傳感器將被測的物理、化學(xué)量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，送到信號調(diào)理電路中，進(jìn)行波、放大、?！獢?shù)轉(zhuǎn)換后送到微計算機中。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）自補償功能：通過軟件對傳感器的非線性、溫度漂移、響應(yīng)時間等進(jìn)行自動補償。

（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)軟件可以自動地對傳感器進(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，對測量過程進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。

（6）信息存儲和記憶功能：對接收到的信息能夠進(jìn)行存儲和記憶。

（7）數(shù)字量輸出功能：輸出數(shù)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(xué)量的變化之外，還具有測量信號處理（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(biāo)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(jìn)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(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。

汽車開上制動檢測臺后，其左輪、右輪壓下到位開關(guān)，使兩個到位開關(guān)閉合接通，單片機檢測到信號，判斷汽車已經(jīng)就位，于是發(fā)出一個控制信號。該控制信號經(jīng)耦合驅(qū)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(zhuǎn)動帶動車輪一起轉(zhuǎn)動。滾筒為粘砂滾筒，摩擦系數(shù)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(jīng)信號處理后，送單片機存儲和顯示。5s后，單片機發(fā)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(zhuǎn)動，則抱死指示燈亮，滾筒電動機電路斷電，停止?jié)L筒轉(zhuǎn)動，完成一個檢測過程，汽車制動性能檢測結(jié)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(jié)構(gòu)以單片機為核心，外部擴(kuò)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(zhuǎn)動速度信號經(jīng)濾波、整形變換為脈沖數(shù)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(jìn)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(xié)議網(wǎng)絡(luò)總線）的控制和接口電路。輪速和其他測控數(shù)據(jù)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(shè)計過程中，充分考慮了抗干擾和穩(wěn)定性。單片機的輸入輸出端均采用光電隔離，用定時器（MAX813）進(jìn)行超時復(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)測試儀，其軟件采用模塊化設(shè)計，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，具有實現(xiàn)風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、氣壓的傳感器信號采集；對采集的信號進(jìn)行處理、顯示；實現(xiàn)與微型計算機的數(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現(xiàn)場通信器來設(shè)定檢查工作狀態(tài)，它可以同時測量靜壓、差壓和溫度三個參數(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，通過測量超聲波從傳感器到目標(biāo)再返問所需要的時間，計算傳感器到目標(biāo)的距離。傳感器通過標(biāo)準(zhǔn)串行口與PC機通信，用戶可以通過圖形化人機接口監(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，對工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、遠(yuǎn)程醫(yī)療、農(nóng)業(yè)信息化、航空航天及國防領(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)代自動化系統(tǒng)發(fā)展的要求而提出來的，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。

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