智能传感器

第11章 智能传感器 11.1 智能传感器概述 11.1.1 智能传感器的概念 智能传感器是带有微处理器并兼有信息检测和信息 处理功能的传感器，它能充分利用微处理器进行数据分 析和处理，并能对内部工作过程进行调节和控制，使采 集的数据最佳。 与传统的传感器相比，智能传感器将传感器检测信 息的功能与微处理器(CPU)的信息处理功能有机地结合 在一起，从而具有了一定的人工智能，它弥补了传统传 感器性能的不足，使传感器技术发生了巨大的变革，将 传感器的发展提高到一个更高的层次上。
图11.4 在一个封装中可能的混合集成实现方式
11.3 集成化智能传感器
11.3.1 集成化智能传感器的几种形式
按ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ能化程度来分类，集成化智能传感器具有三种 存在形式： 初级形式：即组成环节中没有微处理器单元，只有敏 感单元与（智能）信号调理电路，二者被封装在一个外
壳里。这是智能传感器系统最早出现的商品化形式，也
11.2.2 集成化实现 这种智能传感器系统是采用微机加工技术和大规模集 成电路工艺技术，利用硅作为基本材料来制作敏感元件、 信号调理电路、微处理器单元，并把它们集成在一块芯 片上而构成的。故又可称为集成智能传感器。
图11.3 集成智能传感器外形示意图
集成智能传感器的特点： 微型化 结构一体化 精度高 多功能
图11.6 三维结构集成的智能化传感器
图11.7 三层结构的三维集成 智能图像传感器
图11.8 多个智能图像传感器 的图像识别系统
11.4 智能传感器的发展方向 微传感器系统 多传感器数据融合技术 网络化智能传感器系统 蓝牙传感器系统 生物传感器系统 智能传感器是应现代自动化系统发展的要求而提出来 的，是传感器发展里程中的一次革命，它代表着目前传感 器技术发展的大趋势。
11.3.2 集成智能传感器实例 1. ST-3000系列智能压力传感器
图11.5 ST-3000系列智能压力传感器原理框图
2. 固体图像传感器
固体图像传感器能实现信息的获取、转换和视觉功能 的扩展，能给出直观、真实、层次最多、内容最丰富的可 视图像信息，目前，由于传感器智能化和集成化的要求， 使得固体图像传感器有三维集成的发展趋势。
⑧ 具有分析、判断、自适应、自学习的功能。
11.1.3 智能传感器的特点 与传统传感器相比，智能传感器的特点是： 精度高 可靠性与高稳定性强 高信噪比与高分辨率 自适应性强 性能价格比高
由此可见，智能化设计是传感器传统设计中的 一次革命，是世界传感器的发展趋势。
11.2 智能传感器的实现途径
非集成化智能传感器是将传统的经典传感器、信 号调理电路、带数字总线接口的微处理器组合为一整 体而构成的一个智能传感器系统。
图11.2 非集成化智能传感器框图
模糊传感器
模糊传感器是一种非集成化的新型智能传感器。 模糊传感器是在经典数值测量的基础上，经过模糊 推理和知识合成，以模拟人类自然语言符号描述的形 式输出测量结果。 模糊传感器的核心部分就是模拟人类自然语言符号 的产生及其处理。
智能传感器就是一个最小的微机系统，其中作为 控制核心的微处理器通常采用单片机，其基本结构框 图如下：
图11.1 智能传感器基本结构框图
11.1.2 智能传感器的功能
① 具有自补偿功能。 ② 具有自校准功能。 ③ 具有自诊断功能。 ④ 具有自动数据处理功能。 ⑤ 具有组态功能。 ⑥ 具有双向通信和数字输出功能。 ⑦ 具有信息存储与记忆功能。
阵列式
全数字化 使用方便，操作简单
11.2.3 混合实现 混合实现是指根据需要与可能，将系统各个集成化 环节，如敏感单元、信号调理电路、微处理器单元、数 字总线接口等，以不同的组合方式集成在两块或三块芯 片上，并装在一个外壳里。 集成化敏感单元：弹性敏感元件及变换器； 信号调理电路：多路开关、仪用放大器、基准、 A/D转换器等； 微处理器单元：数字存储(EPROM、ROM、RAM)、I/O 接口、微处理器、D/A转换器等。
是最广泛使用的形式，也被称为“初级智能传感器”。
中级形式（自立形式）：是在组成环节中除敏感单元
与信号调理电路外，必须含有微处理器单元，即一个 完整的传感器系统封装在一个外壳里的形式。
高级形式：是集成度进一步提高，敏感单元实现多维 阵列化时，同时配备了更强大的信息处理软件，从而 具有更高级的智能化功能的形式。