随着传感器技术的迅猛发展, 多种新型传感器应运而生, 如智能传感器、微波传感器、超声波传感器、生物传感器和机器人传感器等。以此来满足对信息测量准确度也越来越高的要求, 克服越来越大的测量难度, 实现自动检测系统的智能控制。
智能传感器是测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、微电子学、材料科学等综合密集型技术的结合, 主要由传感器、微处理器 (或微计算机) 及相关电路组成。微计算机是智能传感器的核心, 它不但可以对传感器测量数据进行计算、存储、数据处理, 还可以通过反馈回路对传感器进行调节。微计算机能充分发挥各种软件的功能, 可以完成硬件难以完成的任务, 从而大大降低传感器制造的难度, 提高传感器的性能, 降低成本。传感器将被测的物理、化学量转换成相应的电信号, 送到信号调理电路中, 进行波、放大、模—数转换后送到微计算机中。智能传感器的结构可以是集成化的, 也可以是分离式的。
(1) 自补偿功能:通过软件对传感器的非线性、温度漂移、响应时间等进行自动补偿。
(2) 自校准功能:操作者输人零值或某一标准量值后, 自校准软件可以自动地对传感器进行在线校准。
(3) 自诊断功能:接通电源后, 检查传感器各部分是否正常, 并可诊断发生故障的部件。
(4) 数据处理功能:可以根据智能传感器内部的程序, 自动处理数据。
(5) 双向通信功能:微处理器和基本传感器之间构成闭环, 微处理机不但接收、处理传感器的数据, 还可将信息反馈至传感器, 对测量过程进行调节和控制。
(6) 信息存储和记忆功能:对接收到的信息能够进行存储和记忆。
(7) 数字量输出功能:输出数字信号, 可方便地与计算机或接口总线相连。
智能传感器除了检测物理、化学量的变化之外, 还具有测量信号处理 (如滤波、放大、A/D转换等) 、数据处理以及数据显示等功能, 它几乎包括了仪器仪表的全部功能。可见智能传感器的功能已经延伸到仪器的领域。
汽车制动性能的好坏, 是安全行车的最重要因素之一, 也是汽车安全检测的重点指标之一。制动性能的检测有路试法和台试法。台试法用得较多, 它是通过在制动试验台上对汽车进行制动力的测量, 并以车轮制动力的大小和左右车轮制动力的差值来综合评价汽车的制动性能。
汽车制动性能检测仪由左轮、右轮制动力传感器及数据采集、处理与输出系统组成, 其总体框图如图1所示。
汽车开上制动检测台后, 其左轮、右轮压下到位开关, 使两个到位开关闭合接通, 单片机检测到信号, 判断汽车已经就位, 于是发出一个控制信号。该控制信号经耦合驱动电路使检测台上的左轮、右轮滚筒电动机电路接通, 滚筒电动机转动带动车轮一起转动。滚筒为粘砂滚筒, 摩擦系数近似真实路面, 可以模拟车轮在路面上行驶。此时, 左轮和右轮制动力传感器开始测取阻滞力, 经信号处理后, 送单片机存储和显示。5s后, 单片机发出刹车信号, 司机踏下制动踏板, 车轮制动力作用于滚筒上, 传送至动力传感器, 信号变换后送单片机存储, 由显示器显示。若某一车轮先被抱死, 停止转动, 则抱死指示灯亮, 滚筒电动机电路断电, 停止滚筒转动, 完成一个检测过程, 汽车制动性能检测结果由显示器显示。
汽车制动性能检测仪电路中使用的单片机型号为AT89C52, 为CMOS型8位单片机低功率、高性能, 自带8KB·Flash程序存储器ROM, 可擦写1000次, 引脚与指令与80C51单片机兼容。
如图2所示, 轮速智能传感器的硬件结构以单片机为核心, 外部扩展8KB·RAM和8KB·EPR OM, 外围电路有信号处理电路、总线通信控制及总线接口等。
轮速智能传感器检测到的车轮转动速度信号经滤波、整形变换为脉冲数字信号后, 由光电隔离耦合输入到80C31单片机端口。单片机由T1定时器控制, 对端口的脉冲信号进行周期性的采样测量。通信控制器SJA1000、通信接口82C250组成与CAN (汽车协议网络总线) 的控制和接口电路。轮速和其他测控数据由仪表盘上的仪器仪表显示和使用。在轮速智能传感器的设计过程中, 充分考虑了抗干扰和稳定性。单片机的输入输出端均采用光电隔离, 用定时器 (MAX813) 进行超时复位, 确保系统可靠地工作。SJA1000使用方便, 工作环境温度为-40℃～125℃, 特别适合汽车及工业环境使用。
此外, 智能传感器在气象、压力、超声、网络等领域也应用广泛。例如气象参数测试仪, 其软件采用模块化设计, 由主程序、LCD显示子程序、初始化子程序、通信子程序、风向子程序、风速子程序、气压子程序、温度与湿度子程序、按键子程序等组成, 具有实现风向、风速、温度、湿度、气压的传感器信号采集;对采集的信号进行处理、显示;实现与微型计算机的数据通信, 传送仪器的工作状态、气象参数数据等功能。
SF-3000系列智能压力传感器可通过现场通信器来设定检查工作状态, 它可以同时测量静压、差压和温度三个参数。
超声智能传感器传感器内有以微处理器为中心的数据处理电路, 通过测量超声波从传感器到目标再返问所需要的时间, 计算传感器到目标的距离。传感器通过标准串行口与PC机通信, 用户可以通过图形化人机接口监视目标距离, 还可以根据需要改变传感器的参数。
目前还出现了虚拟传感器和网络传感器。虚拟传感器是基于软件开发而成的智能传感器。网络作感器是包含数字传感器、网络接口和处理单元的新—代智能传感器。这种网络化智能传感器的推广应用, 对工业、环境监测、远程医疗、农业信息化、航空航天及国防领域产生深远的影响。
目前, 智能传感器正朝着单片集成化、网络化、系统化、高精度、多功能、高可靠性与安全性的方向发展。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。
摘要：智能传感器是测量技术、半导体技术、计算机技术、信息处理技术、微电子学、材料科学等综合密集型技术的结合, 主要由传感器、微处理器 (或微计算机) 及相关电路组成。本文重点阐述智能传感器的功能及应用。
关键词：智能传感器,应用
[1] 何道清, 张禾, 堪海云.传感器与传感器技术[M].北京:科学出版社, 2008.
[2] 黄庆彩, 程勇.传感器技术与应用[M].长沙:国防科技大学出版社, 2009.
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