智能傳感器的設計
智能傳感器的設計，小編為大家獻上的關(guān)于智能傳感器的設計的了論文哦!歡迎大家借鑒!
【摘 要】電子自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展與進(jìn)步促使智能傳感器技術(shù)日趨發(fā)展，國內外一些企業(yè)已經(jīng)大力開(kāi)展有關(guān)集成智能傳感器的研制，并取得了令人矚目的發(fā)展。本文針對智能傳感器的發(fā)展與設計進(jìn)行了探討。
【關(guān)鍵詞】智能傳感器;發(fā)展;設計;自動(dòng)化
智能傳感器系統是一門(mén)現代綜合技術(shù)，是當今世界正在迅速發(fā)展的高新技術(shù)，所以我們應該掌握只能傳感器的設計，從而推動(dòng)我國自動(dòng)化的發(fā)展。
1 智能傳感器的發(fā)展
1.1 朝著(zhù)高精度方向發(fā)展
隨著(zhù)自動(dòng)化生產(chǎn)模式的再擴大，對智能傳感器的技術(shù)水平要求也在不斷提高, 高精度的智能傳感器是生產(chǎn)自動(dòng)化的可靠性的有效保障，研制出具有靈敏度高、精確度高、響應速度快、互換性好的新型智能傳感器是其未來(lái)發(fā)展的不然趨勢。
1.2 朝著(zhù)高可靠性、寬溫度范圍方向發(fā)展
由于智能傳感器的可靠性對電子設備的抗干擾等性能具有直接的影響，我們需要研究發(fā)現新的材料，利用新型材料研制基本傳感器�；緜鞲衅魇侵悄軅鞲衅鞯幕A, 它的制作及其性能對整個(gè)智能傳感器影響甚大。除硅材料具有優(yōu)良的物理特性, 能夠方便地制成各種集成傳感器。此外還有功能陶瓷、石英、記憶合金等都是制作傳感器的優(yōu)質(zhì)材料。用來(lái)研制高可靠性、寬溫度范圍的智能傳感器，來(lái)抵抗電磁對它的干擾。
1.3 朝著(zhù)微型化方向發(fā)展
當下，各種控制儀器設備在功能越來(lái)越強的同時(shí)，還要求體積的微型化，智能傳感器當然也不是一個(gè)例外。這就要求發(fā)展新的材料及微細的加工技術(shù)。近年來(lái)，微加工技術(shù)日趨成熟，可以加工高性能的微結構傳感器、ASIC 制作技術(shù), 也可用于制造智能傳感器。來(lái)研制出體積非常小、互換性可靠性都較好的智能傳感器。
1.4 朝著(zhù)微功耗及無(wú)源化方向發(fā)展
智能傳感器是利用非電量向電量轉化的原理制成的，電源是其正常工作的必備品，一旦是在野外現場(chǎng)或遠離電網(wǎng)的工作環(huán)境，電池供電或太陽(yáng)能供電將成為智能傳感器應用的電源，既可以節省能源又可以提高系統壽命的智能傳感器是現在所急需的，這也就決定了研制微功耗的傳感器及無(wú)源傳感器將是智能傳感器必然的發(fā)展方向。
1.5 朝著(zhù)智能化數字化方向發(fā)展
由于我國自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，智能傳感器的功能已不再受傳統的功能的束縛, 對智能傳感器的要求即輸出的不再僅僅是單一的模擬信號，而是經(jīng)過(guò)微電腦處理好后的數字信號，這些數字信號有的附帶一定的控制功能，這也是智能傳感器發(fā)展的趨勢。
1.6 朝著(zhù)網(wǎng)絡(luò )化方向發(fā)展
近幾年來(lái)，網(wǎng)絡(luò )的作用和優(yōu)勢已經(jīng)逐步凸顯出來(lái)，智能傳感器的網(wǎng)絡(luò )化也占有越來(lái)越重要的位置。網(wǎng)絡(luò )化的智能傳感器將不僅會(huì )促進(jìn)我國電子科技的不斷發(fā)展與進(jìn)步，更能把智能傳感器在全球范圍內進(jìn)行普及。
2 智能傳感器的設計
針對智能傳感器的小型化、智能化、網(wǎng)絡(luò )化的發(fā)展趨勢，我們應該設計一種多功能集成的智能傳感器。智能傳感器的實(shí)現是在傳感器、計算機、信號處理、網(wǎng)絡(luò )控制等技術(shù)的基礎上發(fā)展起來(lái)的, 它綜合了上述這些技術(shù), 并隨這些技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。在智能傳感器的設計上, 首先要考慮與外界環(huán)境相關(guān)的一些物理量信號, 這些物理量信號通過(guò)敏感元器件轉化為模擬信號, 對這些模擬信號的檢測要求滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性和準確性的要求。
在智能傳感器的設計中應采用高精度的數據采集芯片。它的功能是以比較低的成本獲得極高的分辨率，芯片上集成有多路開(kāi)關(guān)、可編程增益放大器、增益及零點(diǎn)校正等, 可以直接處理傳感器輸出的微弱信號, 這樣不但簡(jiǎn)化了設計, 而且在提高系統性能的同時(shí)降低了成本。
2.1 系統結構及組成
只能傳感器系統由以下3 部分組成：傳感模塊、信號處理模塊和通訊模塊。
2.1.1 傳感模塊
傳感模塊將各種物理量轉換為電量，主要由具體的傳感單元來(lái)實(shí)現，如溫濕度傳感單元、光敏傳感單元及氣敏傳感單元等，其輸出包括模擬量、數字量、開(kāi)關(guān)量等。它需要對信號進(jìn)行檢測，這主要是通過(guò)對MAX1400的編程來(lái)實(shí)現的。MAX1400內部各部分電路的工作狀態(tài)由一組內部寄存器控制。這些內部寄存器包括8個(gè)可單獨尋址的寄存器。其中通信寄存器主要控制對內部寄存器的訪(fǎng)問(wèn);兩個(gè)全局設置寄存器主要用來(lái)選擇模擬輸入通道、設置調制頻率、數字抽取濾波器抽取因子、數字濾波器頻率響應和其他工作狀態(tài);特殊功能寄存器用于控制整個(gè)器件;3個(gè)傳輸函數寄存器分別用來(lái)設置對應于3個(gè)模擬輸入通道的PGA 增益和DAC 偏移量;數據寄存器用于保存轉換結果。
2.1.2 信號處理模塊
信號處理模塊以微處理器為核心，主要完成A\D 轉換、數字信號處理和數據輸出調度。從智能傳感器高可靠性、低功耗、微體積等特點(diǎn)來(lái)考慮，選用Winbond 公司的W78E58 單片機，該型號的單片機性?xún)r(jià)比高、速度快、程序空間大，能很好地滿(mǎn)足設計要求。信號處理單元包含微處理芯片和存儲器。一方面用來(lái)存儲傳感器的物理特征: 偏移、靈敏度、校準參數,甚至傳感器的廠(chǎng)家信息，另一方面微處理器需要根據實(shí)際的需要對傳感器的輸入進(jìn)行處理和變換, 用來(lái)實(shí)現數據的處理和補償, 以及輸出校準。網(wǎng)絡(luò )接口實(shí)現智能傳感器之間以及它們與檢測控制設備之間的互連, 設計中必須保證網(wǎng)絡(luò )中所有的節點(diǎn)能夠滿(mǎn)足共同的協(xié)議, 實(shí)現即插即用功能, 它是對網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)設備最基本的要求。
2.1.3 通訊模塊
通訊模塊用來(lái)實(shí)現本地數據的遠程傳送及接收遠程控制命令等。工業(yè)應用中采用的網(wǎng)絡(luò )形式有多種，現在一般都采用各種現場(chǎng)總線(xiàn)等，我們可以在PC 機上廣泛使用的TCP\IP 協(xié)議，這是因為T(mén)CP\IP協(xié)議已經(jīng)成為計算機網(wǎng)絡(luò )通信中的事實(shí)標準協(xié)議, 它具有開(kāi)放性、低成本、高速度、高可靠性等特點(diǎn), 而且連網(wǎng)方便, 有眾多的應用和開(kāi)發(fā)軟件。實(shí)現網(wǎng)絡(luò )接口的方式一般有兩種: 軟件方式和硬件方式。軟件方式是開(kāi)發(fā)者將所采用的協(xié)議模式嵌入到特定的芯片中，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是成本低，但實(shí)施起來(lái)具有一定的困難;硬件方式是直接使用已經(jīng)嵌入了協(xié)議的芯片，使用這些芯片操作簡(jiǎn)單、使用方便，但它所需要的成本太高，利用這些芯片組網(wǎng)動(dòng)輒幾千元。綜合考慮實(shí)現的方便性及設備的成本問(wèn)題, 這里采用的是軟硬件結合的方式，就是把協(xié)議寫(xiě)入到單片機中，用單片機驅動(dòng)8029 芯片的網(wǎng)卡來(lái)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )接口。
2.2 智能傳感器軟硬件結構的設計
硬件結構的設計：智能傳感器的硬件結構應該包含網(wǎng)絡(luò )化接口, 這樣便于與遠程Internet 進(jìn)行通訊的實(shí)現，復雜可編程邏輯器件用于進(jìn)行單片機與網(wǎng)絡(luò )芯片8029 之間的邏輯轉換，AM 作為收發(fā)網(wǎng)絡(luò )數據緩沖區，EEPROM 用于存放斷電需保存的數據, 如本機IP 地址、網(wǎng)關(guān)IP 地址等, 這些設置都是智能傳感器的硬件結構設計中所必須的設備。
軟件結構的設計：只能傳感器軟件設計中的網(wǎng)絡(luò )接口的實(shí)現，采取的是軟硬件結合的形式，微處理器2是整個(gè)軟件設計的核心。一方面, 它要處理傳統傳感器部分傳過(guò)來(lái)的數據;另一方面, 它要根據IP 地址和端口把待發(fā)送的數據壓縮成能直接在Internet 傳輸的數據包送給網(wǎng)絡(luò )芯片8029 發(fā)送, 又要根據8029 芯片的邏輯時(shí)序, 對8029 進(jìn)行控制, 實(shí)現網(wǎng)絡(luò )數據的發(fā)送和接收。由上分析可知, 網(wǎng)絡(luò )接口設計的關(guān)鍵在于完成對待收發(fā)數據的解包打包及實(shí)現對8029 芯片的控制。
3 結語(yǔ)
智能傳感器是測量技術(shù)、半導體技術(shù)、計算技術(shù)、信息處理技術(shù)、微電子學(xué)、材料科學(xué)互相結合的綜合密集型技術(shù)。我們需要對其進(jìn)行進(jìn)一步的研究，從而與國際自動(dòng)化技術(shù)水平接軌。
參考文獻：
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[2]劉光斌, 劉冬, 姚志誠. 單片機系統實(shí)用抗干擾技術(shù)[M ]. 北京: 人民郵電出版社, 2003
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