智能传感器PPT课件
合集下载
智能传感器系统-刘君华第1章PPT
11
第1 章 概 述
3.
采用智能与控制职能分散下放到现场装置的原则，现场总线 网络的每一节点处安装的现场仪表应是“智能”型的，即安装的 传感器应是“智能传感器”。在这种控制系统中，智能型现场装 置是整个控制管理系统的主体。这种基于现场总线的控制系统， 要求必须使用智能传感器， 而不是一般传统的传感器。
·广阔的市场与强烈的社会需求是传感器技术发展的又一强 劲推动力。传感器的销售值反映一个国家科技发达与社会进步的 程度。80年代，日本、西欧市场传感器销售值年增长率为 30%～ 40%，90年代，全世界年增长率预计为 8.8%。 90年代以来各方 面对传感器的需求也越来越强烈。
3
第1 章 概 述
据预测， 90
智能传感器代表了传感器的发展方向，这种智能传感器带有 标准数字总线接口，能够自己管理自己。它将所检测到的信号经 过变换处理后，以数字量形式通过现场总线与高/上位计算机进 行信息通信与传递。
12
第1 章 概 述
1.3 智能传感器的功能与特点
1.3.1 智能传感器的功能
概括而言， (1) 具有自校零、 自标定、 (2) (3) 能够自动采集数据， (4) 能够自动进行检验、 自选量程、 (5) (6) (7) 具有判断、决策处理功能。
5
第1 章 概 述
1.2 智能传感器发展的历史背景
图 1-1 自动化(控制)系统框图
6
第1 章 概 述
图 1-2 传感器、计算机及执行器的价格性能比
7
第1 章 概 述
传统的传感器技术已达到其技术极限。 它的价格性能比 不可能再有大的下降。
·因结构尺寸大， 而时间(频率) ·输入—输出特性存在非线性， · ·信噪比低， ·存在交叉灵敏度， 选择性、 分辨率不高。
第1 章 概 述
3.
采用智能与控制职能分散下放到现场装置的原则，现场总线 网络的每一节点处安装的现场仪表应是“智能”型的，即安装的 传感器应是“智能传感器”。在这种控制系统中，智能型现场装 置是整个控制管理系统的主体。这种基于现场总线的控制系统， 要求必须使用智能传感器， 而不是一般传统的传感器。
·广阔的市场与强烈的社会需求是传感器技术发展的又一强 劲推动力。传感器的销售值反映一个国家科技发达与社会进步的 程度。80年代，日本、西欧市场传感器销售值年增长率为 30%～ 40%，90年代，全世界年增长率预计为 8.8%。 90年代以来各方 面对传感器的需求也越来越强烈。
3
第1 章 概 述
据预测， 90
智能传感器代表了传感器的发展方向，这种智能传感器带有 标准数字总线接口，能够自己管理自己。它将所检测到的信号经 过变换处理后，以数字量形式通过现场总线与高/上位计算机进 行信息通信与传递。
12
第1 章 概 述
1.3 智能传感器的功能与特点
1.3.1 智能传感器的功能
概括而言， (1) 具有自校零、 自标定、 (2) (3) 能够自动采集数据， (4) 能够自动进行检验、 自选量程、 (5) (6) (7) 具有判断、决策处理功能。
5
第1 章 概 述
1.2 智能传感器发展的历史背景
图 1-1 自动化(控制)系统框图
6
第1 章 概 述
图 1-2 传感器、计算机及执行器的价格性能比
7
第1 章 概 述
传统的传感器技术已达到其技术极限。 它的价格性能比 不可能再有大的下降。
·因结构尺寸大， 而时间(频率) ·输入—输出特性存在非线性， · ·信噪比低， ·存在交叉灵敏度， 选择性、 分辨率不高。
[课件]智能传感器PPT
![[课件]智能传感器PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/be9fa7f628ea81c758f5783b.png)
•数据存储和记忆功能；
•双向通信功能。（能通过RS-232，RS-485，USB，I2C等
标准总线接口，直接与微机通信。）
智能传感器原理框图
被 测 信 号
传 感 器
信 号 调 理 电 路
微 处 理 器
输 出 接 口
数 字 量 输 出
智能传感器的特点
•高精度；（例如：测压±0.05%, 测温±0.1℃）
测温范围：-55℃ ~ +125℃ 分辨力：0.0625℃ 测温误差：-40℃ ~ +80℃ ≤ ±3℃ -55℃ ~ +125℃ ≤ ±4℃ 温度/数据转换时间：~ 133ms I2C总线串行时钟频率范围：0~400kHz。利用I2C总线地址 选择端，可选择4片MAX6626。 当被测温度超过上限时，报警输出端被激活。 电源电压范围：+3.0V~+5.5V，静态工作电流：~1mA
3、智能温度传感器（数字温度传感器）： 内部包含温度传感器、A/D、信号处理器、存储器 （或寄存器）和接口电路。能输出温度数据及相关的 控制量，适配各种微控制器（MCU）。它是在硬件的 基础上通过软件来实现测试功能的。 4、通用智能温度控制器 在3的基础上发展而成，适配各种微控制器构成智能 化温控系统；可脱离微控制器单独工作，自行构成一个 温控仪，可连续转换也可单次转换。 5、微机散热保护专用的智能温度控制器 专为微机散热保护而设计，可通过散热风扇来控制PC 机中CPU的温度。
监控。
SMBus串行接口能与I2C总线兼容。总线上最 多可接9片MAX6654。
MAX6654的典型应用电路
带实时日历时钟（RTC）的多功能智能温度传感器
DS1629是将智能温度传感器，实时日历时钟
（RTC）和32字节的SRAM集成在一片CMOS大 规模集成电路中，构成功能独特的智能温度传感 器。 能输出9位测温数据，测温范围：-55℃ ~ +125℃
传感器原理及应用PPT教程课件专用
湿度传感器
湿度传感器能够监测室内湿度变化，与加湿器、除湿器等设备配合，保持室内湿度在适宜 范围内，避免潮湿或干燥对家居环境和人体健康的影响。
光照传感器
光照传感器能够感知室内光线强弱，与照明设备联动，实现室内光线的自动调节。同时， 还可用于窗帘、百叶窗等设备的自动控制，提高室内采光效果。
未来发展趋势预测
传感器应用领域
医疗领域
用于监测人体生理参数，如体 温、血压、心率等，以及医疗 设备中的控制和检测。
智能家居
用于实现家庭环境的智能化控 制，如温度控制、照明控制等。
工业自动化
用于检测和控制生产过程中的 各种参数，如温度、压力、流 量等。
环保领域
用于监测大气、水质等环境参 数，为环境保护提供数据支持。
传感器与通信接口的电路 设计
介绍传感器与通信接口之间的 电路设计，包括信号调制、解 调、编码、解码等。
接口电路设计的实例分析
通过具体案例，分析接口电路 设计的实现过程及效果。
06 传感器在物联网和智能家 居中应用展望
物联网中传感器作用及发展趋势
物联网中传感器的作用
物联网中的传感器是实现万物互联的基础， 它们能够感知和测量各种物理量，如温度、 湿度、压力、光照等，并将这些数据转换为 可处理和传输的数字信号，为物联网应用提 供实时、准确的数据支持。
新型传感器的研发
针对特定应用场景和需求，未来将研发更多新型传感器。例如，柔性传感器、生物传感器、化学传感器 等，它们将具有更高的灵敏度、选择性和稳定性，为物联网和智能家居等领域的发展提供有力支持。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
牌和型号。
注意传感器的尺寸、重量、 安装方式等是否符合应用场
湿度传感器能够监测室内湿度变化，与加湿器、除湿器等设备配合，保持室内湿度在适宜 范围内，避免潮湿或干燥对家居环境和人体健康的影响。
光照传感器
光照传感器能够感知室内光线强弱，与照明设备联动，实现室内光线的自动调节。同时， 还可用于窗帘、百叶窗等设备的自动控制，提高室内采光效果。
未来发展趋势预测
传感器应用领域
医疗领域
用于监测人体生理参数，如体 温、血压、心率等，以及医疗 设备中的控制和检测。
智能家居
用于实现家庭环境的智能化控 制，如温度控制、照明控制等。
工业自动化
用于检测和控制生产过程中的 各种参数，如温度、压力、流 量等。
环保领域
用于监测大气、水质等环境参 数，为环境保护提供数据支持。
传感器与通信接口的电路 设计
介绍传感器与通信接口之间的 电路设计，包括信号调制、解 调、编码、解码等。
接口电路设计的实例分析
通过具体案例，分析接口电路 设计的实现过程及效果。
06 传感器在物联网和智能家 居中应用展望
物联网中传感器作用及发展趋势
物联网中传感器的作用
物联网中的传感器是实现万物互联的基础， 它们能够感知和测量各种物理量，如温度、 湿度、压力、光照等，并将这些数据转换为 可处理和传输的数字信号，为物联网应用提 供实时、准确的数据支持。
新型传感器的研发
针对特定应用场景和需求，未来将研发更多新型传感器。例如，柔性传感器、生物传感器、化学传感器 等，它们将具有更高的灵敏度、选择性和稳定性，为物联网和智能家居等领域的发展提供有力支持。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
牌和型号。
注意传感器的尺寸、重量、 安装方式等是否符合应用场
(2024年)智能传感器PPT课件
2024/3/26
8
信号调理电路
信号调理电路定义
指将敏感元件输出的微弱信号进 行放大、滤波、转换等处理，以 便于后续电路或系统处理的电路
。
2024/3/26
信号调理电路功能
包括放大、滤波、隔离、转换等， 以提高信号的信噪比和抗干扰能力 ，保证信号的稳定性和可靠性。
信号调理电路类型
根据具体需求，可采用运算放大器 、仪表放大器、隔离放大器、滤波 器、模数转换器等不同类型的电路 。
接口技术标准
常见的接口标准包括I2C、SPI、UART等，这些标 准定义了数据传输的格式、速率、时序等参数， 以确保数据的可靠传输和设备的互操作性。
10
03
典型智能传感器介绍
2024/3/26
11
温度智能传感器
01
02
03
工作原理
利用物质随温度变化而变 化的特性，将温度转换为 可测量的电信号。
2024/3/26
远程医疗
通过智能传感器采集患者的生理数据并远程传输给医生，实现远程 诊断和治疗，提高医疗服务的便捷性和效率。
19
环境保护领域应用
2024/3/26
空气质量监测
智能传感器可以实时监测空气中的PM2.5、甲醛等有害物质的含 量，为环境保护和治理提供依据。
水质监测
利用智能传感器监测水体中的PH值、溶解氧、重金属等参数， 保障水资源的安全和可持续利用。
对采集到的数据进行预处理和分析
智能传感器应用实验
2024/3/26
30
实验内容和步骤
设计并实现一个基于 智能传感器的应用系 统
分析实验结果并撰写 实验报告
2024/3/26
对系统进行测试和调 试
汽车智能传感器装调与测试课件PPT任务2视觉传感器标定
知识学习
检查车辆状态：空气悬架系统设为“标准 ”档。方向盘回零、车轮摆正、空载、胎压正常，各摄像头无 遮挡。
准备标定板:根据手册选取相应型号的标定板。 如图所示为7x5格黑白格标定板，采用6x4个内 部顶点对视觉传感器进行标定。
7x5棋盘格标定板
视觉传感器静态标定
任务实施
视觉传感器静态标定
放置标定板：通过手册确定标定板放置方式 与位置点的数量。
分辨率：
数字工业相机直接与光电传感器的有效像元数对应。 图像传感器是由许多像素点按照矩形点阵进行排列， 横向像素点数 H × 竖向像素点数（ V ），其乘 积接近于相机的像素值。 常用工业相机像素值为130万、 200万、 500万等。
分辨率越高，相机成像越清晰。
知识学习
视觉传感器系统设置
任务实施
典型动态标定场地
知识学习
视觉传感器静态标定
视觉传感器动态标定
任务实施
动态标定使用专门移动标定工具，形式为 按照厂家规范进行5到30分钟的道路行驶， 动态标定场地要元素丰富，应包含如树木、 路灯、交通灯与交通标志、清晰的道路线 等道路交通元素。
视觉传感器标定状态显示位置
知识学习
视觉传感器静态标定
操作准备
传感器需要标定的原因
任务实施
知识学习
传感器的生产制造过程存在工艺误。
利用计算机视觉技术进行系统参数估计。 传感器单元与其安装部件（如车内后视镜 模块）在维修过程中被移动。 传感器因为交通事故造成损坏。
车辆尺寸改变、悬架调整与底盘高度变化。 传感器元器件随着使用出现磨损与安装位置变化。 传感器工作环境温度变化、颠簸震动、湿度过大、进水对传感器造成影响。 自动辅助驾驶系统需要通过传感器融合进行工作，因此必须将多个传感器测量结果变换到统一的时空坐标系。
智能模糊传感器ppt课件
新型材料在智能模糊传感器中应用前景
石墨烯等二维材料
具有优异的电学、力学和热学性能，可用于制造高灵敏度、高稳定 性的智能模糊传感器。
生物兼容性材料
利用生物兼容性材料，可以制造出能够与生物体相容的智能模糊传 感器，用于生物医学等领域。
柔性电子材料
柔性电子材料可弯曲、可折叠，适用于各种复杂形状的表面，为智能 模糊传感器的设计和制造提供了更多可能性。
智能制造
在智能制造系统中，智能模糊传感器能够实现对生产过程 中的各种参数和状态的实时监测和控制，提高生产过程的 自动化和智能化水平。
智能交通
在智能交通系统中，智能模糊传感器能够实现对车辆状态 、路况等信息的实时监测和预警，提高交通系统的安全性 和效率。
智慧农业
在智慧农业系统中，智能模糊传感器能够实现对土壤、气 候等环境参数的实时监测和调节，提高农业生产的精准度 和效率。
学生自我评价报告
知识掌握程度
通过本次课程的学习，我对智能模糊传感器的基本原理、 应用领域和设计实现有了更深入的了解，掌握了相关的知 识和技能。
实践能力提升
通过课程中的实验和项目实践，我提高了自己的动手能力 和解决问题的能力，学会了如何将理论知识应用于实际中 。
团队协作与沟通
在课程中的小组讨论和团队作业中，我学会了与团队成员 协作完成任务，提高了自己的沟通能力和团队协作能力。
综合评估方法
采用多指标综合评价方法，对传感器的性能 进行全面评估。
04
智能模糊传感器在物 联网中应用
物联网架构下智能模糊传感器作用
01
感知层
智能模糊传感器作为感知层的核心组件，能够实现对各种环境参数、物
体状态等信息的实时感知和采集。
02
《智能传感器》PPT课件
整理课件
18
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。例如，在同一硅片上，用超大规模集成电路工艺 制作三维结构的智能传感器，下图为这种三维结构智能化传感器的一 种形式。
整理课件
19
右图为具有三层结构的三维集成智能图 像传感器的结构图。它用以提取待测物 体的轮廓图，它的第一层为光电转换面 阵，由第一层输出的信号并行进入第二 层电流型MOS模拟信号调理电路，输 出的模拟信号再进入第三层，转换成二 进制数并存储在存储器中，与第三层相 连的是信号读出（放大）单元。信号读 出单元的作用是通过地址译码读取存储 器中的信号信息。
整理课件
7
（2）可靠性与高稳定性强
1.自动补偿因工作条件与环境参数发生变化所引起的系统 特性的漂移，如温度变化而产生的零点和灵敏度漂移；
2.当被测参数变化后能自动改换量程； 3.能实时自动进行系统的自我检验，分析、判断所采集到 的数据的合理性，并给出异常情况的应急处理（报警或故障提 示）。
整理课件
9
（4）自适应能力强
由于智能传感器具有判断、分析与处理功能，它能根据系 统工作情况决策各部分的供电情况，优化与上位计算机的数据 传送速率，并保证系统工作在最优低功耗状态。
整理课件
10
（5）性格价格比高
智能传感器所具有的上述高性能，不是像传统传感器技术 追求传感器本身的完善，对传感器的各个环节进行精心设计与 调试来获得，而是通过与微处理器/计算机相结合，即是采用低 价的集成电路工艺和芯片以及强大的软件来实现的。
整理课件
2
现代信息技术的三大基础： 传感器技术：信息的采集 通 信 技 术 ：信息的传输 计算机技术：信息的处理
“感官” “神经” “大脑”
《智能传感器》PPT课件
（11-7） （11-8）
精选课件ppt
34
11.5.3 非线性补偿技术
二次曲线差值法
若传感器的输入和输出之间的特性曲线的斜率变化很大， 则两插值点之间的曲线将很弯曲，如图11-14所示。这时 若仍采用线性插值法，误差就很大。可以采用二次曲线插 值法，这是通过曲线上的三个点作一抛物线（图中的实 线），用此曲线代替原来的曲线。
精选课件ppt
9
11.2.1 非集成化实现
非集成化智能传感器是将传统的经典传感器（采用非集成化 工艺制作的传感器，仅具有获取信号的功能）、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。其框图如图11-4所示。
图11-4 非集成式智能传感器外壳
这种非集成化智能传感器是在现场总线控制系统发展形势的
精选课件ppt
37
11.5.3 非线性补偿技术 （二）对分搜索法
在实际应用中，很多表格都很长，且难以用计算查表法进行查找， 但是这种表格一般都满足从大到小（或从小到大）的顺序。对于这 种表格可以采用对分搜索法进行查找。
精选课件ppt
24
11.4.3 A/D转换器的选择 A/D转换器的种类很多，主要有比较型和积分型两大类，其 中常用的是逐次逼近型、双积分型和V-F转换器。 虽然芯片繁多，性能各异，但从使用角度看，其外特性不外乎 有以下四点：
模拟信号输入端 数字量的并行输出端； 启动转换的外部控制信号； 转换完毕同转换器发出的转换结束信号。
精选课件ppt
17
11.2.4 集成化智能传感器的几种模式
中级形式/自立形式
中级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。
《智能传感器》课件
物联网时代的传感器产业
物联网技术的普及带动了传感器市场 的快速增长，智能传感器作为关键组 件，在智能家居、智能交通、智能工 业等领域的应用越来越广泛。
物联网的发展对传感器性能提出了更 高的要求，如高精度、低功耗、小型 化等，促使传感器技术不断升级和创 新。
人工智能与传感器技术的融合
人工智能技术的进步为传感器提供了 更强大的数据处理和分析能力，使得 传感器能够更好地感知和识别周围环 境。
VS
详细描述
智能传感器采用先进的信号处理技术和算 法，能够减小测量误差，提高测量精度。 在各种高精度测量场景中，如工业制造、 航空航天、医疗等领域，智能传感器的高 精度检测能力发挥着重要作用。
无线通信
总结词
智能传感器具备无线通信能力，可以实现远 程数据传输和实时监测。
详细描述
通过内置的无线通信模块，智能传感器能够 将采集的数据实时传输到远程监控中心，实 现远程数据监测和控制。这种无线通信能力 使得智能传感器在各种远程监测场景中具有 广泛应用，如环境监测、智能家居、农业智 能化等领域。
技术创新与标准制定
持续研发与技术突破
鼓励和支持智能传感器技术的研发与创新，推动关键技术的突破 和进步。
标准化与规范化
制定统一的智能传感器技术标准和规范，促进不同厂商和系统之间 的互操作性和兼容性。
跨界融合与协同发展
鼓励智能传感器与其他领域的技术融合，推动跨行业的协同创新与 发展。
应用领域拓展与跨界融合
智能家居
将智能传感器应用于家 居领域，实现智能化控 制和便捷的生活体验。
工业自动化
将智能传感器应用于工 业生产中，提高生产效
率和设备监控水平。
智慧城市
将智能传感器应用于城 市管理、交通、环保等 领域，提升城市智能化
汽车智能传感器装调与测试课件PPT任务3前视摄像头目标识别测试
知识学习
车道保持辅助系统
车道线识别测试
任务实施
视觉传感器车道识别的流程
流程一般包括道路图像采集、图像预处理（灰度化、 压缩、增强、分割） 、图像特征提取（边缘检测）、 车道线拟合（霍夫变换）和图像混合等。
图像采集：主要是通过摄像头采集图像。如图 所示为高清摄像头采集的车道线原始图像
车道原始图像
知识学习
车道偏离预警系统
镜头通过安装在前风窗上的摄像头探测前方 车道标志线，当检测到车辆可能偏离车道时， 系统会施加矫正性转向干预，提醒驾驶员沿 车道行驶。需正常转向变道时，打开转向信 号灯，系统便不会施加转向干预。
知识学习
车道偏离预警系统
车道线识别测试
车道线识别
任务实施
车道保持辅助系统
基于车道偏离预警系统，当驾驶员未能及时 响应预警，或者驾驶员将转向任务完全交给 自动驾驶系统时，控制转向等底盘执行机构， 使车辆保持在车道内安全行驶。
知识学习
YOLO目标检测算法的工作过程
视觉识别系统训练与测试
任务实施
YOLO目标检测算法
目标检测任务包括确定图像中存在某些对象的位置，以及对这些对象进行分类。 视觉识别需首先对系统进行“训练”，然后才可以工作。
YOLO只用一个神经网络就能完成上述训练。将一个图像作为输入，通过一个神经 网络，就会得到一个在输出中包含边界框和类别预测的向量。 YOLO系统能够分析 实时视频中的道路，并能够在继续确定路径之前检测各种类型的对象及其在现实 世界中的位置。
知识学习
数据采集界面
视觉识别系统训练与测试
任务实施
YOLO神经网络训练
数据标注：为神经网络数据输入做准备，单击“标注”按钮，进入数据标注界面。 如图所示，在该界面框选出“限速30km/h”和“禁止鸣笛”标志，并标注为 “Speed Limit 30 ”“No Horn”。注意：保存格式要选择“YOLO”。
传感器与检测技术第十章智能传感技术PPT课件
XYXY0 a1
YXY0 YRY0
XR
10-16
式中 YX—被测目标参量X为输
入量时的输出值；
YR—标准值XR为输入量 时的输出值；
Y0—零点标准值X0为输入 量时的输出值.
图10-12 检测系统自校准原理框图
9
第10章 智能传感技术 三噪声抑制技术 如果信号的频谱和噪声的频谱不重合,则可 用滤波器消除噪声；当信号和噪声频带重合或噪 声的幅值比信号大时就需要采用其他的噪声抑制 方法,如相关技术、平均技术等来消除噪声.
30
第10章 智能传感技术
图10-48 基于IEEE1451.2的 网络传感器结构
31
第10章 智能传感技术
其中STIM由符合标准的变送器自身带有内部信息包 括制造商、数据代码、序列号、使用的极限、未定量及 校准系数等组成.当电源接通时,这些数据可提供给NCAP 及系统其他部分.当NCAP读入一个STIM中TEDS数据时 ,NCAP可知道这个STIM的通信速度、通道数及每个通道 上变送器的数据格式,并知道所测物理量的单位及怎样将 所得到的原始数据转换为国际标准单位.
21
第10章 智能传感技术
§10-3 网络传感器
一、网络传感器及其特点 网络传感器是指在现场级就实现了TCP/IP协议这里 ,TCP/IP协议是一个相对广泛的概念,还包括UDP、HTTP 、SMTP、POP3等协议的传感器,这种传感器使得现场 测控数据能就近登临网络,在网络所能及的范围内实时 发布和共享.
22
第10章 智能传感技术
网络传感器就是采用标准的网络协议,同时采用模块 化结构将传感器和网络技术有机地结合在一起的智能传 感器.它是测控网中的一个独立节点,其敏感元件输出的模 拟信号经A/D转换及数据处理后,能由网络处理装置根据 程序的设定和网络协议封装成数据帧,并加上目的地址,通 过网络接口传输到网络上.反之,网络处理器又能接收网络 上其他节点传给自己的数据和命令,实现对本节点的操作. 网络传感器的基本结构如图10-46所示.
《智能传感器》PPT课件
政策法规环境分析
政策支持
各国政府纷纷出台相关政策，支持智能传感器产业的发展，包括 财政补贴、税收优惠、研发支持等。
法规标准
为了保障智能传感器的质量和安全，各国纷纷制定相关法规和标准 ，规范市场秩序，推动产业健康发展。
国际贸易环境
随着全球经济一体化的深入发展，智能传感器产业面临更加开放的 国际贸易环境，同时也面临着更加激烈的国际竞争。
环境因素补偿
考虑环境因素对传感器输出的影响 ，如温度、湿度等，对传感器输出 进行补偿，以提高测量精度。
04
智能传感器接口电路设计与实践
接口电路需求分析
信号转换需求
电源和功耗需求
将传感器输出的模拟或数字信号转换为适 合处理器处理的信号。
为传感器提供稳定的电源，并确保接口电 路的功耗满足系统要求。
抗干扰能力需求
线性度、灵敏度等关键指标评估
线性度
传感器输出量与输入量之间的线性关系程度。线性度越高，传感器输出越接近真实值。评估方法包括最小二 乘法拟合直线、计算残差等。
灵敏度
传感器输出量变化与输入量变化之间的比值。灵敏度越高，传感器对输入量的变化越敏感。评估方法包括计 算斜率、比较不同传感器灵敏度等。
其他关键指标
定义与发展历程
定义
智能传感器是一种具有信息处理功能 的传感器，它能够采集、处理、交换 信息，并具有自诊断、自校准、自补 偿等功能。
发展历程
从传统的机械式传感器到电子式传感 器，再到智能传感器，随着物联网、 人工智能等技术的发展，智能传感器 逐渐成为传感器领域的主流。
智能传感器特点及应用领域
特点
高精度、高可靠性、自适应性、易集成等。
设备状态监测
通过安装在设备上的智能传感器，可以实时监测设备的运 行状态和健康状况，及时发现并预防潜在故障，减少停机 时间和维护成本。
现代传感器与智能仪器课件
（4）智能化传感器既能够很方便地实时处 理、存储所探测到的大量数据。
(5)可以进行通信，与计算机进行通信联络 和交换信息
（6） 可以用于构成传感器网络
24
6．无线网络化(wirelessnetworked) 无线传感器网络是由具有无线通信与计算
能力的微小传感器节点构成的自组织分布式网 络系统，是能根据环境自主完成指定任务的” 智能”系统。
15
新材料、新原理、新效应、新工艺、新方法 将使传感器技术产生革命性的发展
开发新材料、
研究新工艺、
利用新概念和 新原理、新设 计方法
研究传感器的 高精度、微型
新型 传感器
微型化、 数字化、 智能化、 多功能化、
化、集成化、 智能化、网络
系统化、
化、以及多传
网络化
感器的融合和
集成。
16
新型材料的开发和利用将对传感器的发展 带来新的变化，如：半导体材料、陶瓷材 料，光导纤维、纳米材料、超导材料等
按输出信号分类：模拟式传感器、数字式传感器
按构成分类：结构型传感器、物性型传感器
9
按外界信息及变换效应分类：物理传感器、 化学传感器、生物传 感器
按功能分类：单一功能、多功能、智能化、 传感器网络
按与被测量关系分类：接触式、非接触式
10
★传感器技术的应用
传感器已经渗透的各个行业的各个角落。 如：在航天、航空、兵器、船舶、交通、冶金、 机械、电子、化工、轻工、能源、环保、煤碳、 石油、医疗卫生、生物工程、宇宙开发等领域 以及农、林、牧、渔业，甚至人们日常生活的 各个方面，几乎无处不使用传感器，无处不需 要传感器技术。
监护监测、呼吸、神经、心血管疾病的诊断与 治疗等方面
▲在军事方面的应用 促进了武器、作战指挥、控制、监视和通
(5)可以进行通信，与计算机进行通信联络 和交换信息
（6） 可以用于构成传感器网络
24
6．无线网络化(wirelessnetworked) 无线传感器网络是由具有无线通信与计算
能力的微小传感器节点构成的自组织分布式网 络系统，是能根据环境自主完成指定任务的” 智能”系统。
15
新材料、新原理、新效应、新工艺、新方法 将使传感器技术产生革命性的发展
开发新材料、
研究新工艺、
利用新概念和 新原理、新设 计方法
研究传感器的 高精度、微型
新型 传感器
微型化、 数字化、 智能化、 多功能化、
化、集成化、 智能化、网络
系统化、
化、以及多传
网络化
感器的融合和
集成。
16
新型材料的开发和利用将对传感器的发展 带来新的变化，如：半导体材料、陶瓷材 料，光导纤维、纳米材料、超导材料等
按输出信号分类：模拟式传感器、数字式传感器
按构成分类：结构型传感器、物性型传感器
9
按外界信息及变换效应分类：物理传感器、 化学传感器、生物传 感器
按功能分类：单一功能、多功能、智能化、 传感器网络
按与被测量关系分类：接触式、非接触式
10
★传感器技术的应用
传感器已经渗透的各个行业的各个角落。 如：在航天、航空、兵器、船舶、交通、冶金、 机械、电子、化工、轻工、能源、环保、煤碳、 石油、医疗卫生、生物工程、宇宙开发等领域 以及农、林、牧、渔业，甚至人们日常生活的 各个方面，几乎无处不使用传感器，无处不需 要传感器技术。
监护监测、呼吸、神经、心血管疾病的诊断与 治疗等方面
▲在军事方面的应用 促进了武器、作战指挥、控制、监视和通
第11章 智能传感器
2.数字信号处理器DSP（digital
signaol
processor） DSP比一般单片机或MCU运算速度快， 可供实时信号处理用。 典型的DSP可在不到100ns（10-9秒）的 时间内执行数条指令。这种能力使其可获得 最高达20MIPS（百万条指令每秒）的运行速 度，是通常MCU的10~20倍。 DSP经常以MOPS（百万次操作每秒）的 速度工作，MOPS的速度要高于MIPS数倍以 上。
5.微型计算机
当然，期望的数字信号处理硬件也可以用 微型计算机来实现。 这样组合成的计算型智能传感器就不是一 个集成单片传感功能装置，而是一个智能传 感器系统了。 今后，计算型智能传感器还将进一步利用 人工神经网络、人工智能、多重信息融合等 技术，从而具备分析、判断、自适应、自学 习能力，完成图像识别、特征检测和多维检 测等更为复杂的任务。
图11－5 智能压力传感器构成框图
气象参数测试仪 气象参数测试仪也是一台计算型智能传感 器，其结构组成如图11-6所示。 （1）实现风向、风速、温度、湿度、气压的 传感器信号采集； （2）对采集的信号进行处理、显示； （3）实现与微型计算机的数据通信，传送仪 器的工作状态、气象参数数据。
11.2.2
传感器1
模 ／ 数 变 换
传感器2
数字 信号 处理 硬件
数 ／ 模 变 换
输出
传感器3
电源
图11-3 计算型智能传感器基本结构图
现今已有硅芯片等多种半导体和计算机 技术应用于数字信号处理硬件的开发。 典型的数字信号处理硬件有如下几种： 1.微控制器MCU（Microcontroller Units） 微控制器MCU实际上是专用的单片机。 其包括微处理器、ROM和RAM存储器、时钟 信号发生器和片内输入输出端口I/O等。其结 构如图11-4所示。
智能家居与智能传感器PPT课件
智能传感器与网络
（制作人：李锦程）
智能家居
1
前言
在万物互联时代，传感器是其中最关键的组件之一。 作为物联网中一个从外界接收信息的载体，重要的感 知层前端。常见的传感器有距离传感器、光传感器、 温度传感器、角速度传感器、气压传感器、加速度传 感器、湿度传感器等。上述传感器的工作原理虽然各 有不同，但最基本的原理却相差无几，只不过大多都 根据特定的领域在一般原理的基础上做了特定的升级 和扩展。传感器作为实现人工智能趋势下的核心组件 ，在任何应用领域都不可缺少，而我们今天就来盘点 一些应用于智能家居的传感器。
16
手环
17
温湿度传感器——多功能空气检测仪
适宜的温湿度同样可以为用户带来舒适的居住环 境，虽然一些电器设备中也内置温湿度探头，但 毕竟监测的范围有限，难以监测家中每个角落， 因此温湿度传感器则可以弥补这个缺失，带来全 方位的环境反馈。
方案介绍：多功能空气检测仪，空气检测主要分 为以下几个方面：甲醛检测、PM2.5检测、温湿 度检测(SHT20传感器)、时间、ESP8266的联网 、TFT显示。
18
温湿度传感器
19
虚拟现实头显和传感器原理详解
头部追踪
为了模拟人类自然的视角转换效果，虚拟现实 头戴们都内置了头部运动追踪功能，即6轴追 踪，可以实现X、Y、Z轴及前后侧面追踪。另 外，头戴们也内置了诸如陀螺仪、加速度计和 磁力计来模拟转动速度等细节，我们可以在 Oculus Rift、HTC Vive和索尼Playstation VR上看到一些LED或是激光传感器，可以降低
信号延迟。
20
运动追踪
运动追踪方面，基本上都是通过配件来实现，毕竟虚 拟现实显示器只是头戴型显示器而已。在这方面，每 家公司的实现形式略有差异。其中，Oculus Rift需要 通过Touch手柄来实现控制，手柄上内置了大量传感 器，可以监测手部运动，实现特定操作。HTC Vive的 运动追踪功能最为全面，通过在房间设置两颗激光追 踪镜头来扫描头戴上、手柄上的激光传感器，以此实 现场景式的追踪效果。
（制作人：李锦程）
智能家居
1
前言
在万物互联时代，传感器是其中最关键的组件之一。 作为物联网中一个从外界接收信息的载体，重要的感 知层前端。常见的传感器有距离传感器、光传感器、 温度传感器、角速度传感器、气压传感器、加速度传 感器、湿度传感器等。上述传感器的工作原理虽然各 有不同，但最基本的原理却相差无几，只不过大多都 根据特定的领域在一般原理的基础上做了特定的升级 和扩展。传感器作为实现人工智能趋势下的核心组件 ，在任何应用领域都不可缺少，而我们今天就来盘点 一些应用于智能家居的传感器。
16
手环
17
温湿度传感器——多功能空气检测仪
适宜的温湿度同样可以为用户带来舒适的居住环 境，虽然一些电器设备中也内置温湿度探头，但 毕竟监测的范围有限，难以监测家中每个角落， 因此温湿度传感器则可以弥补这个缺失，带来全 方位的环境反馈。
方案介绍：多功能空气检测仪，空气检测主要分 为以下几个方面：甲醛检测、PM2.5检测、温湿 度检测(SHT20传感器)、时间、ESP8266的联网 、TFT显示。
18
温湿度传感器
19
虚拟现实头显和传感器原理详解
头部追踪
为了模拟人类自然的视角转换效果，虚拟现实 头戴们都内置了头部运动追踪功能，即6轴追 踪，可以实现X、Y、Z轴及前后侧面追踪。另 外，头戴们也内置了诸如陀螺仪、加速度计和 磁力计来模拟转动速度等细节，我们可以在 Oculus Rift、HTC Vive和索尼Playstation VR上看到一些LED或是激光传感器，可以降低
信号延迟。
20
运动追踪
运动追踪方面，基本上都是通过配件来实现，毕竟虚 拟现实显示器只是头戴型显示器而已。在这方面，每 家公司的实现形式略有差异。其中，Oculus Rift需要 通过Touch手柄来实现控制，手柄上内置了大量传感 器，可以监测手部运动，实现特定操作。HTC Vive的 运动追踪功能最为全面，通过在房间设置两颗激光追 踪镜头来扫描头戴上、手柄上的激光传感器，以此实 现场景式的追踪效果。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第10章 智能传感器
传感器节点：
传感器模块 数据处理模块
通讯模块 电源模块
13
第10章 智能传感器
本节要点总结
1
理解智能传感器的功能。
2
掌握无线传感器网络的结构。
3
掌握智能传感器的优点。
14
第10章 智能传感器
• 目前，物联网及物联网传感器已成为一个新的研究热 10.2 点。 物联网及物联网传感器
6
10.1
智能传感器及无线传感器网络
第10章 智能传感器
智能传感器的主要功能：
① 自校零、自标定、自校正功能； ② 具有自动补偿功能； ③ 自动采集数据，对数据预处理； ④ 自动检验、自选量程、自寻故障； ⑤ 数据存储、记忆与信息处理功能； ⑥ 具有双向通讯、标准化数字输出或者符号输出
功能； ⑦ 具有判断、决策处理功能。
物联网(the Internet of Things)也称传感网，其 定义是：通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球 定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协 议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和 通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理 的一种网络。 物联网就是“物物相连的互联网”。
16
10.2
物联网及物联网传感器
第10章 智能传感器
• 物联网在我国受到了全社会极大的关注，许多高等学 校相继设置了物联网工程等相关专业，着力培养国家 物联网等战略性新兴产业发展急需的物联网人才。
• 作为物联网的重要组成部分，物联网传感器早已渗透 到诸如工业自动化、智能家居、航天航空、海洋探测、 环境保护、资源利用、医学诊断、生物医学工程甚至 文物保护等等广泛的领域。
• 无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是计算机、通信和传感器这三项技术相结 合的产物。
• 随着无线通讯技术的飞速发展与广泛应用，传感 器技术正朝着多功能化、微型化、智能化、网络 化、无线化方向发展。
9
10.1
智能传感器及无线传感器网络
第10章 智能传感器
• 无线传感器网络的简略体系结构图如图10.3所示。
17
10.2
物联网及物联网传感器
第10章 智能传感器
• 物联网传感器是在智能传感器的基础上进一步完善研 制而成的。目前开发的物联网传感器有：无线幕帘控 制器；无线调光器；红外动作感应器；无线可燃气体 探测器；无线烟感探测器；无线有毒气体探测器；电 流监测插座；无线温度感应器；无线移动感应器；无 线窗户感应器；无线防盗报警器；无线光线感应器； 无线门磁感应器；无线开关控制器；ZigBee RF 模
4
10.1
智能传感器及无线传感器网络
第10章 智能传感器
• 在传感器中采用微处理机是构成智能传感器的关 键。图10.1示出了这种设计的简单框图。
图10.1 将微处理机引入传感器的简单框图 5
10.1
智能传感器及无线传感器网络
第10章 智能传感器
• 如果把框图中的各部分构成一个整体，组装在同 一壳体内，那么从整体来看，就是一个智能化的 传感器。如果把各部分通过超大规模集成电路集 成在一起，那么就构成了更高级的集成一体化的 智能传感器。
3
第10章 智能传感器
• 迅速发展的微处理机技术推动和影响着其他技术
10.1
领智域能的传变感革器。及把无微线处传理感机器技网术络引入传感器，可以
使传感器实现过去实现不了的功能，具有智能本
领，这就是新一代的传感器——智能传感器
(Intelligent Sensor或Smart Sensor)。
• “Intelligent Sensor”是英国人对智能传感器 的称谓，而“Smart Sensor”是美国人对智能传 感器的俗称。
18
10.2
物联网及物联网传感器
第10章 智能传感器
图10.4所示为物联网在智能家居中的简单应用例子。
图10.4 物连网在智能家居的简单应用 19
第10章 智能传感器
本节要点总结
1
理解物联网与物联网传感器。
20
第10章 智能传感器
• 智能传感器视其传感元件的不同具有不同的名称和 用途。虽然其硬件的组合方式不尽相同，但其结构
7
10.1
智能传感器及无线传感器网络
第10章 智能传感器
智能传感器的突出优点：
(1) 研究与开发传感器的自由度大。 (2) 精度高。 (3) 具有一定的可编程自动化能力。 (4) 输出形式多。 (5) 功能价格比大。
8
10.1
智能传感器及无线传感器网络
第10章 智能传感器
• 近几年发展起来的无线传感器网络是智能传感器 的又一深层次研究，是又一个新的飞跃。
11
10.1
智能传感器及无线传感器网络 传感器节点结构：
第10章 智能传感器
• 其中传感器模块负责信息采集和数据转换；数 据处理模块负责整个传感器节点的操作，处理 本身采集的数据和其它节点发来的数据；通信 模块负责与其它传感器节点进行通信；电源模 块为传感器节点提供运行所需的能量。
12
10.1
智能传感器及无线传感器及物联网传感器
第10章 智能传感器
• 如果说无线传感器网络(WSN)是计算机、通信和传感 器三项技术相结合的产物，那么物联网就可看成是计 算机、通信、射频识别、全球定位系统、互联网和物
• 物联网的概念自1999年提出以来，越来越受到世界 各国特别是发达国家的高度重视。现在，物联网已被 正式列为我国五大新兴战略性产业之一，写入政府工 作报告。
第10章 智能传感器
传感器原理及应用技术 第10章 智能传感器
1
10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6
智能传感器及无线传感器网络
第10章 智能传感器
物联网及物联网传感器
智能传感器的结构框图
信号处理与μP接口技术
智能传感器中数据处理
智能传感器的设计
2
第10章 智能传感器
智能传感器使信息的采集与记忆、存储、综合、 处理一体化。智能传感器及无线传感器网络是未 来传感器技术的发展方向。
图10.3 无线传感器网络的简略体系结构图 10
10.1
智能传感器及无线传感器网络
第10章 智能传感器
• 传感器网络的基本组成单位是节点，它一般由四 个模块组成：传感模块（传感器、A/D转换器） 、数据处理模块（微处理器、存储器）、通信模 块（无线收发器）及电源模块（提供能源）。
• 节点都具有传感、信号处理和无线通信功能。