智能传感器

数据融合的功能模型
传感器1 传感器 传感器2 传感器 传感器3 传感器 数 据 校 准 数 据 对 准
状态 估计
目标 识别
行 动 估 计
数据融合功能分两步完成，第一步是低层处理， 数据融合功能分两步完成，第一步是低层处理， 主要是对传感器输出数据（像素）的状态、特征、 主要是对传感器输出数据（像素）的状态、特征、属 性等进行分析；第二步是高层处理（行为估计）， ），通 性等进行分析；第二步是高层处理（行为估计），通 过对各种特征进行分析后，输出一个抽象的结果。 过对各种特征进行分析后，输出一个抽象的结果。
智能传感器的实现途径 基于新的检测原理和结构， 2、基于新的检测原理和结构，实现信号处理的智能 化 将先进的微机械精细加工工艺与纳米技术引入传 感器的设计制造中，开发出新型的传感器结构， 感器的设计制造中，开发出新型的传感器结构，使其 能够真实的反映被测对象完整的信息。 能够真实的反映被测对象完整的信息。 例如，多振动智能传感器。 例如，多振动智能传感器。传 统振动传感器通过频谱分析来对不 同振动模式进行分析， 同振动模式进行分析，利用微机械 精细加工工艺可以在一个硅片上制 成几十个振动板， 成几十个振动板，分别对不同的振 动模式进行探测。 动模式进行探测。
智能传感器的实现途径 3、研制人工智能材料是当今实现智能传感器以及实 现人工智能的最新手段和最新学科。 现人工智能的最新手段和最新学科。 人工智能材料（ 人工智能材料（Artificial Intelligent Materials） ） 是目前高新技术领域中研究的热点方向。 是目前高新技术领域中研究的热点方向。它是继天然 材料、人造材料、精细材料后的第四代功能材料。 材料、人造材料、精细材料后的第四代功能材料。
石英矿石 醋酸纤维 纳米材料 细菌嗜紫红脂
人工智能材料 基本特征： 基本特征： 能感知环境条件的变化——普通传感器的功能； 普通传感器的功能； 能感知环境条件的变化 普通传感器的功能 具有进行自我判断的能力——处理器功能； 处理器功能； 具有进行自我判断的能力 处理器功能 能够发出指令和自动采取行动——执行器功能。 执行器功能。 能够发出指令和自动采取行动 执行器功能 人工智能材料除了一般功能材料具备的物理属性 力等等） （电、光、热、力等等）外，还能按照反馈的信息具 有调节和转换等软件功能。这类材料具有自适应、 有调节和转换等软件功能。这类材料具有自适应、自 诊断、自修复、自完善、自调节和自学习的特性。有 诊断、自修复、自完善、自调节和自学习的特性。 了人工智能材料， 了人工智能材料，智能传感器的设计和制造也就水到 渠成了。 渠成了。
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主机模板是智能传感器的核心部分， μP主机模板是智能传感器的核心部分，主要由 主机模板是智能传感器的核心部分 CPU、存储器、串行通讯接口、地址译码器、时钟发 、存储器、串行通讯接口、地址译码器、 生器、地址总线、数据总线、控制总线构成。 生器、地址总线、数据总线、控制总线构成。 μP的选择原则： 的选择原则： 的选择原则 根据任务选择（参数测量、数据处理、系统控制） 根据任务选择（参数测量、数据处理、系统控制） 根据所需字长选择（考虑算法要求、精度控制） 根据所需字长选择（考虑算法要求、精度控制） 根据需要的速度选择（整个系统的响应时间安排） 根据需要的速度选择（整个系统的响应时间安排）
传感元件 变换电路 接口 微处理机 运算、 运算、控制 显示 存储 高级系统
智能传感器的基本功能 具有自校零、自标定、自校正和自动补偿的能力； 具有自校零、自标定、自校正和自动补偿的能力； 具有自动采集数据和处理数据的能力； 具有自动采集数据和处理数据的能力； 具有自适应的能力； 具有自适应的能力； 具有一定程度的存储、识别和信息处理能力； 具有一定程度的存储、识别和信息处理能力； 具有双向通信、标准化符号输入输出能力； 具有双向通信、标准化符号输入输出能力； 具有特定算法进行判断、决策处理的能力。 具有特定算法进行判断、决策处理的能力。 一个真正意义上的智能传感器必须具备感知、 一个真正意义上的智能传感器必须具备感知、学 推理、 习、推理、通信以及管理功能
机器人系统
机器人系统的发展，引导和 机器人系统的发展， 促进了各类仿生传感器的发 展，对人的各种感觉进行模 拟。
多传感器数据融合 多传感器数据融合是人类常见的基本功能， 多传感器数据融合是人类常见的基本功能，我们 可以自然地运用这一能力把来自人体各个传感器的信 息组合起来，并使用先验知识去估计、 息组合起来，并使用先验知识去估计、理解周围环境 和正在发生的事情。 和正在发生的事情。 在比较复杂的机器人系统中， 在比较复杂的机器人系统中， 每一个仿生功能都由一个智能传 感器完成， 感器完成，然后将初步处理的数 据输送到中央处理器， 据输送到中央处理器，中央处理 器如何对不同的输入数据进行分 析，得到有用的信息就是数据融 合系统需要完成的任务。 合系统需要完成的任务。
5、融合推理。决定传感器数据的取舍、对同一传感 、融合推理。决定传感器数据的取舍、 器相继测报的数据进行分析、 器相继测报的数据进行分析、对不同传感器的相关测 报进行验证分析、对新发现的测报数据进行综合、 报进行验证分析、对新发现的测报数据进行综合、生 成综合态势并实时修改综合态势、态势决策。 成综合态势并实时修改综合态势、态势决策。
指纹识别 指纹是表皮中的绒线和绒线之间的谷来组成的。 指纹是表皮中的绒线和绒线之间的谷来组成的。 每个人指纹的绒线和谷形成的图案都不一样， 每个人指纹的绒线和谷形成的图案都不一样，指纹识 别就是利用了此种图案的唯一性和差异性。 别就是利用了此种图案的唯一性和差异性。 指纹是每个人所特有的生物信息， 指纹是每个人所特有的生物信息，拥有一生都不 会变化的特性。 会变化的特性。指纹识别就是利用这些指纹信息进行 个人的认证及个人间的区分。而且避免了密码， 个人的认证及个人间的区分。而且避免了密码，卡中 发生的遗失，盗用等风险， 发生的遗失，盗用等风险，而且优秀的保安性和方便 性等原因，次世代保安技术领域中广泛被应用。 性等原因，次世代保安技术领域中广泛被应用。
智能传感器
智能传感器 智能传感器是一门涉及多学科的综合技术， 智能传感器是一门涉及多学科的综合技术，目前 还没有公认的规范化的定义。 还没有公认的规范化的定义。 将微处理机技术引入传感器，使传感器除了实现 微处理机技术引入传感器， 引入传感器 基本功能之外，还具有所谓智能本领 所谓智能本领， 基本功能之外，还具有所谓智能本领，这类传感器就 是智能传感器（ 是智能传感器（Intelligent Sensor, Smart Sensor）。 ）。
数据融合的关键问题 4、态势数据库。在数据融合系统中，需要两种数据 、态势数据库。在数据融合系统中， 实时数据库（ 库：实时数据库（把当前各传感器测量的数据及时提 供给融合推理， 供给融合推理，并提供融合推理所需要的各种其它数 ）、非实时数据库 存贮传感器的历史数据、 非实时数据库（ 据）、非实时数据库（存贮传感器的历史数据、有关 辅助信息和历史信息）。 辅助信息和历史信息）。
指纹传感器 指纹传感器是从指纹中读取绒线后转换为 2 维图 像数据的设备。 像数据的设备。 指纹识别可分为如下两个过程。 指纹识别可分为如下两个过程。 1、 1、指纹录入也就是从指纹传感器中获得的图像信息通 过高水平的图像处理和指纹识别算法过程后对每个指 纹萃取相应特征后储存到数据库。 纹萃取相应特征后储存到数据库。 2、指纹认证也就是再输入的指纹中萃取特征后对比是 、 否跟数据库的指纹一致。 否跟数据库的指纹一致。
智能传感器的结构框图 智能传感器根据敏感元件的不同具有不同的名称 和用途。 和用途。虽然各种智能传感器的硬件组合方式以及软 件分析过程不同，但是总体结构大致相同。 件分析过程不同，但是总体结构大致相同。 以智能压力传感器为例： 以智能压力传感器为例：
模拟量输入模板 放 测 对 大 量 传 转 、 模 感 换 处 拟 器 理 量 输 、 进 出 行 的 A/D
指纹传感器
机器人系统 机器人是目前最能够体现机械制造、系统控制、 机器人是目前最能够体现机械制造、系统控制、 计算机等相关领域研究前沿的系统， 计算机等相关领域研究前沿的系统，也可以说是人类 对自然进行模拟和改造的极致。 对自然进行模拟和改造的极致。 早在几千年前人类就渴望制造 早在几千年前人类就渴望制造 一种像人一样的 机器，以便将人类从繁重的劳动中解脱出来。 机器，以便将人类从繁重的劳动中解脱出来。 如古 伊利亚特》 希腊长篇叙事诗 《伊利亚特》中的冶炼之神海倍斯 就用黄金铸造出一个美丽聪颖的侍女； 特司 ，就用黄金铸造出一个美丽聪颖的侍女；希腊 神话《阿鲁哥探险船》中的青铜巨人泰洛斯； 神话《阿鲁哥探险船》中的青铜巨人泰洛斯；犹太传 说中的泥土巨人等等。在中国， 说中的泥土巨人等等。在中国，两千年前就开始出现 了自动木人和一些简单的机械偶人。 了自动木人和一些简单的机械偶人。
智能传感器的实现途径 传感器和信号处理装置的功能集成化 功能集成化是实现传 1、传感器和信号处理装置的功能集成化是实现传 感器智能化的主要技术途径 利用集成或混合集成的方式，将敏感元件、 利用集成或混合集成的方式，将敏感元件、信号 处理器和微处理器集成在一起， 处理器和微处理器集成在一起，利用软件实现对测量 过程的控制、逻辑判断、 过程的控制、逻辑判断、数据处理以及信息的传输等 功能。 功能。 例如， 例如，可以将多个具有不同特 性的气敏元件集成在一个芯片上， 性的气敏元件集成在一个芯片上， 通过软件设计得到不同的输出模式， 通过软件设计得到不同的输出模式， 这样就可以利用一个传感器探测和 辨别气体种类以及浓度。 辨别气体种类以及浓度。
数据融合的关键问题 1、数据转换。不同传感器输出的数据形式、对环境的 、数据转换。不同传感器输出的数据形式、 描述和说明不同，要处理所有这些数据， 描述和说明不同，要处理所有这些数据，必须首先将 这些数据转换成相同的形式 相同的描述和说明后才 相同的形式、 这些数据转换成相同的形式、相同的描述和说明后才 能进行相关处理。 能进行相关处理。 2、数据相关技术。在分析过程中，很多数据需要多次 、数据相关技术。在分析过程中， 采集，如何克服传感器测量的不确定性和干扰等影响， 采集，如何克服传感器测量的不确定性和干扰等影响， 保持数据的一致性；如何降低相关计算的复杂性 降低相关计算的复杂性， 保持数据的一致性；如何降低相关计算的复杂性，开 发相关处理、融合处理和系统模拟的算法个模型。 发相关处理、融合处理和系统模拟的算法个模型。 3、数据损失。在融合处理过程中，一旦发生信息损失， 、数据损失。在融合处理过程中，一旦发生信息损失， 识别、 整个系统的识别 评价功能也将出错； 整个系统的识别、评价功能也将出错；如果各传感器 没有公共个性，数据难以融合。 没有公共个性，数据难以融合。
机器人系统 1920年捷克斯洛伐克作家雷尔 卡佩克发表了科幻 年捷克斯洛伐克作家雷尔.卡佩克发表了科幻 年捷克斯洛伐克作家雷尔 罗萨姆的万能机器人>>。在剧本中， 剧<<罗萨姆的万能机器人 。在剧本中，卡佩克把捷 罗萨姆的万能机器人 克语“ 克语“Robota（农奴）”写成了“Robot”，该剧预告 （农奴） 写成了“ ， 了机器人的发展对人类社会的悲剧性影响， 了机器人的发展对人类社会的悲剧性影响，被当成了 机器人的起源。 机器人的起源。 到了近代 ，不同功能的机器人也相继出现并且活 跃在不同的领域，从天上到地下， 农业、 跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到 农业、 机器人的种类之多，应用之广， 林、牧、渔。机器人的种类之多，应用之广，影响之 是我们始料未及的。从机器人的用途来分， 深，是我们始料未及的。从机器人的用途来分，可以 分为两大类：军用机器人和民用机器人。 分为两大类：军用机器人和民用机器人。