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】電子自動化產業的迅速發展與進步促使智能傳感器技術日趨發展，國內外一些企業已經大力開展有關集成智能傳感器的研制，并取得了令人矚目的發展。本文針對智能傳感器的發展與設計進行了探討。

　　【關鍵詞】智能傳感器;發展;設計;自動化

　　智能傳感器系統是一門現代綜合技術，是當今世界正在迅速發展的高新技術，所以我們應該掌握只能傳感器的設計，從而推動我國自動化的發展。

　　1 智能傳感器的發展

　　1.1 朝著高精度方向發展

　　隨著自動化生產模式的再擴大，對智能傳感器的技術水平要求也在不斷提高, 高精度的智能傳感器是生產自動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發展的不然趨勢。

　　1.2 朝著高可靠性、寬溫度范圍方向發展

　　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，我們需要研究發現新的材料，利用新型材料研制基本傳感器。基本傳感器是智能傳感器的基礎, 它的制作及其性能對整個智能傳感器影響甚大。除硅材料具有優良的物理特性, 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質材料。用來研制高可靠性、寬溫度范圍的智能傳感器，來抵抗電磁對它的干擾。

　　1.3 朝著微型化方向發展

　　當下，各種控制儀器設備在功能越來越強的同時，還要求體積的微型化，智能傳感器當然也不是一個例外。這就要求發展新的材料及微細的加工技術。近年來，微加工技術日趨成熟，可以加工高性能的微結構傳感器、ASIC 制作技術, 也可用于制造智能傳感器。來研制出體積非常小、互換性可靠性都較好的智能傳感器。

　　1.4 朝著微功耗及無源化方向發展

　　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，一旦是在野外現場或遠離電網的工作環境，電池供電或太陽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源傳感器將是智能傳感器必然的發展方向。

　　1.5 朝著智能化數字化方向發展

　　由于我國自動化技術的進步，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，而是經過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展的趨勢。

　　1.6 朝著網絡化方向發展

　　近幾年來，網絡的作用和優勢已經逐步凸顯出來，智能傳感器的網絡化也占有越來越重要的位置。網絡化的智能傳感器將不僅會促進我國電子科技的不斷發展與進步，更能把智能傳感器在全球范圍內進行普及。

　　2 智能傳感器的設計

　　針對智能傳感器的小型化、智能化、網絡化的發展趨勢，我們應該設計一種多功能集成的智能傳感器。智能傳感器的實現是在傳感器、計算機、信號處理、網絡控制等技術的基礎上發展起來的, 它綜合了上述這些技術, 并隨這些技術的發展而發展。在智能傳感器的設計上, 首先要考慮與外界環境相關的一些物理量信號, 這些物理量信號通過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足實時性和準確性的要求。

　　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關、可編程增益放大器、增益及零點校正等, 可以直接處理傳感器輸出的微弱信號, 這樣不但簡化了設計, 而且在提高系統性能的同時降低了成本。

　　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實現，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、開關量等。它需要對信號進行檢測，這主要是通過對MAX1400的編程來實現的。MAX1400內部各部分電路的工作狀態由一組內部寄存器控制。這些內部寄存器包括8個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問;兩個全局設置寄存器主要用來選擇模擬輸入通道、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;特殊功能寄存器用于控制整個器件;3個傳輸函數寄存器分別用來設置對應于3個模擬輸入通道的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、微體積等特點來考慮，選用Winbond 公司的W78E58 單片機，該型號的單片機性價比高、速度快、程序空間大，能很好地滿足設計要求。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,甚至傳感器的廠家信息，另一方面微處理器需要根據實際的需要對傳感器的輸入進行處理和變換, 用來實現數據的處理和補償, 以及輸出校準。網絡接口實現智能傳感器之間以及它們與檢測控制設備之間的互連, 設計中必須保證網絡中所有的節點能夠滿足共同的協議, 實現即插即用功能, 它是對網絡中的每個設備最基本的要求。

　　2.1.3 通訊模塊

　　通訊模塊用來實現本地數據的遠程傳送及接收遠程控制命令等。工業應用中采用的網絡形式有多種，現在一般都采用各種現場總線等，我們可以在PC 機上廣泛使用的TCP\IP 協議，這是因為TCP\IP協議已經成為計算機網絡通信中的事實標準協議, 它具有開放性、低成本、高速度、高可靠性等特點, 而且連網方便, 有眾多的應用和開發軟件。實現網絡接口的方式一般有兩種: 軟件方式和硬件方式。軟件方式是開發者將所采用的協議模式嵌入到特定的芯片中，這種方式的優點是成本低，但實施起來具有一定的困難;硬件方式是直接使用已經嵌入了協議的芯片，使用這些芯片操作簡單、使用方便，但它所需要的成本太高，利用這些芯片組網動輒幾千元。綜合考慮實現的方便性及設備的成本問題, 這里采用的是軟硬件結合的方式，就是把協議寫入到單片機中，用單片機驅動8029 芯片的網卡來實現網絡接口。

　　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絡化接口, 這樣便于與遠程Internet 進行通訊的實現，復雜可編程邏輯器件用于進行單片機與網絡芯片8029 之間的邏輯轉換，AM 作為收發網絡數據緩沖區，EEPROM 用于存放斷電需保存的數據, 如本機IP 地址、網關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絡接口的實現，采取的是軟硬件結合的形式，微處理器2是整個軟件設計的核心。一方面, 它要處理傳統傳感器部分傳過來的數據;另一方面, 它要根據IP 地址和端口把待發送的數據壓縮成能直接在Internet 傳輸的數據包送給網絡芯片8029 發送, 又要根據8029 芯片的邏輯時序, 對8029 進行控制, 實現網絡數據的發送和接收。由上分析可知, 網絡接口設計的關鍵在于完成對待收發數據的解包打包及實現對8029 芯片的控制。

　　3 結語

　　智能傳感器是測量技術、半導體技術、計算技術、信息處理技術、微電子學、材料科學互相結合的綜合密集型技術。我們需要對其進行進一步的研究，從而與國際自動化技術水平接軌。

　　參考文獻：

　　[1]王汝文, 宋政湘, 楊偉. 電器智能化原理及應用[M ]. 北京: 電子工業出版社, 2003.

　　[2]劉光斌, 劉冬, 姚志誠. 單片機系統實用抗干擾技術[M ]. 北京: 人民郵電出版社, 2003

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