- 相關(guān)推薦
智能傳感器的設(shè)計
智能傳感器的設(shè)計，小編為大家獻上的關(guān)于智能傳感器的設(shè)計的了論文哦!歡迎大家借鑒!
【摘 要】電子自動化產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展與進步促使智能傳感器技術(shù)日趨發(fā)展，國內(nèi)外一些企業(yè)已經(jīng)大力開展有關(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(shè)計進行了探討。
【關(guān)鍵詞】智能傳感器;發(fā)展;設(shè)計;自動化
智能傳感器系統(tǒng)是一門現(xiàn)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(yīng)該掌握只能傳感器的設(shè)計，從而推動我國自動化的發(fā)展。
1 智能傳感器的發(fā)展
1.1 朝著高精度方向發(fā)展
隨著自動化生產(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(yīng)速度快、互換性好的新型智能傳感器是其未來發(fā)展的不然趨勢。
1.2 朝著高可靠性、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(shè)備的抗干擾等性能具有直接的影響，我們需要研究發(fā)現(xiàn)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(chǔ), 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(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(fā)展
當下，各種控制儀器設(shè)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(fā)展新的材料及微細的加工技術(shù)。近年來，微加工技術(shù)日趨成熟，可以加工高性能的微結(jié)構(gòu)傳感器、ASIC 制作技術(shù), 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(fā)展
智能傳感器是利用非電量向電量轉(zhuǎn)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(xiàn)場或遠離電網(wǎng)的工作環(huán)境，電池供電或太陽能供電將成為智能傳感器應(yīng)用的電源，既可以節(jié)省能源又可以提高系統(tǒng)壽命的智能傳感器是現(xiàn)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(fā)展方向。
1.5 朝著智能化數(shù)字化方向發(fā)展
由于我國自動化技術(shù)的進步，智能傳感器的功能已不再受傳統(tǒng)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)過微電腦處理好后的數(shù)字信號，這些數(shù)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 朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展
近幾年來，網(wǎng)絡(luò)的作用和優(yōu)勢已經(jīng)逐步凸顯出來，智能傳感器的網(wǎng)絡(luò)化也占有越來越重要的位置。網(wǎng)絡(luò)化的智能傳感器將不僅會促進我國電子科技的不斷發(fā)展與進步，更能把智能傳感器在全球范圍內(nèi)進行普及。
2 智能傳感器的設(shè)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(yīng)該設(shè)計一種多功能集成的智能傳感器。智能傳感器的實現(xiàn)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(chǔ)上發(fā)展起來的, 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(shè)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敏感元器件轉(zhuǎn)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(shè)計中應(yīng)采用高精度的數(shù)據(jù)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(guān)、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(shè)計, 而且在提高系統(tǒng)性能的同時降低了成本。
2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成
只能傳感器系統(tǒng)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(zhuǎn)換為電量，主要由具體的傳感單元來實現(xiàn)，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(shù)字量、開關(guān)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(xiàn)的。MAX1400內(nèi)部各部分電路的工作狀態(tài)由一組內(nèi)部寄存器控制。這些內(nèi)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(nèi)部寄存器的訪問;兩個全局設(shè)置寄存器主要用來選擇模擬輸入通道、設(shè)置調(diào)制頻率、數(shù)字抽取濾波器抽取因子、數(shù)字濾波器頻率響應(yīng)和其他工作狀態(tài);特殊功能寄存器用于控制整個器件;3個傳輸函數(shù)寄存器分別用來設(shè)置對應(yīng)于3個模擬輸入通道的PGA 增益和DAC 偏移量;數(shù)據(jù)寄存器用于保存轉(zhuǎn)換結(jié)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(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理和數(shù)據(jù)輸出調(diào)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(shè)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(shù),甚至傳感器的廠家信息，另一方面微處理器需要根據(jù)實際的需要對傳感器的輸入進行處理和變換, 用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和補償, 以及輸出校準。網(wǎng)絡(luò)接口實現(xiàn)智能傳感器之間以及它們與檢測控制設(shè)備之間的互連, 設(shè)計中必須保證網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點能夠滿足共同的協(xié)議, 實現(xiàn)即插即用功能, 它是對網(wǎng)絡(luò)中的每個設(shè)備最基本的要求。
2.1.3 通訊模塊
通訊模塊用來實現(xiàn)本地數(shù)據(jù)的遠程傳送及接收遠程控制命令等。工業(yè)應(yīng)用中采用的網(wǎng)絡(luò)形式有多種，現(xiàn)在一般都采用各種現(xiàn)場總線等，我們可以在PC 機上廣泛使用的TCP\IP 協(xié)議，這是因為TCP\IP協(xié)議已經(jīng)成為計算機網(wǎng)絡(luò)通信中的事實標準協(xié)議, 它具有開放性、低成本、高速度、高可靠性等特點, 而且連網(wǎng)方便, 有眾多的應(yīng)用和開發(fā)軟件。實現(xiàn)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(jīng)嵌入了協(xié)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(wǎng)動輒幾千元。綜合考慮實現(xiàn)的方便性及設(shè)備的成本問題, 這里采用的是軟硬件結(jié)合的方式，就是把協(xié)議寫入到單片機中，用單片機驅(qū)動8029 芯片的網(wǎng)卡來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口。
2.2 智能傳感器軟硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計
硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計：智能傳感器的硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)該包含網(wǎng)絡(luò)化接口, 這樣便于與遠程Internet 進行通訊的實現(xiàn)，復(fù)雜可編程邏輯器件用于進行單片機與網(wǎng)絡(luò)芯片8029 之間的邏輯轉(zhuǎn)換，AM 作為收發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，EEPROM 用于存放斷電需保存的數(shù)據(jù), 如本機IP 地址、網(wǎng)關(guān)IP 地址等, 這些設(shè)置都是智能傳感器的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計中所必須的設(shè)備。
軟件結(jié)構(gòu)的設(shè)計：只能傳感器軟件設(shè)計中的網(wǎng)絡(luò)接口的實現(xiàn)，采取的是軟硬件結(jié)合的形式，微處理器2是整個軟件設(shè)計的核心。一方面, 它要處理傳統(tǒng)傳感器部分傳過來的數(shù)據(jù);另一方面, 它要根據(jù)IP 地址和端口把待發(fā)送的數(shù)據(jù)壓縮成能直接在Internet 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包送給網(wǎng)絡(luò)芯片8029 發(fā)送, 又要根據(jù)8029 芯片的邏輯時序, 對8029 進行控制, 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。由上分析可知, 網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)計的關(guān)鍵在于完成對待收發(fā)數(shù)據(jù)的解包打包及實現(xiàn)對8029 芯片的控制。
3 結(jié)語
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、材料科學互相結(jié)合的綜合密集型技術(shù)。我們需要對其進行進一步的研究，從而與國際自動化技術(shù)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(yīng)用[M ]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2003.
[2]劉光斌, 劉冬, 姚志誠. 單片機系統(tǒng)實用抗干擾技術(shù)[M ]. 北京: 人民郵電出版社, 2003
【智能傳感器的設(shè)計】相關(guān)文章：
智能終端中的應(yīng)用軟件設(shè)計中的光傳感器10-26
關(guān)于智能建筑智能化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的幾點思考10-05
城市智能交通管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)10-06
高中物理傳感器教案10-07
傳感器心得體會10-06
圖書館建筑智能化設(shè)計論文10-10