第11章智能傳感器11.1智能傳感器概述11.1.1智能傳感器的概念智能傳感器是帶有微處理器并兼有信息檢測(cè)和信息處理功能的傳感器，它能充分利用微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，并能對(duì)內(nèi)部工作過程進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，使采集的數(shù)據(jù)最佳。與傳統(tǒng)的傳感器相比，智能傳感器將傳感器檢測(cè)信息的功能與微處理器(CPU)的信息處理功能有機(jī)地結(jié)合在一起，從而具有了一定的人工智能，它彌補(bǔ)了傳統(tǒng)傳感器性能的不足，使傳感器技術(shù)發(fā)生了巨大的變革，將傳感器的發(fā)展提高到一個(gè)更高的層次上。圖11.1智能傳感器基本結(jié)構(gòu)框圖智能傳感器就是一個(gè)最小的微機(jī)系統(tǒng)，其中作為控制核心的微處理器通常采用單片機(jī)，其基本結(jié)構(gòu)框圖如下：11.1.2智能傳感器的功能①具有自補(bǔ)償功能。②具有自校準(zhǔn)功能。③具有自診斷功能。④具有自動(dòng)數(shù)據(jù)處理功能。⑤具有組態(tài)功能。⑥具有雙向通信和數(shù)字輸出功能。⑦具有信息存儲(chǔ)與記憶功能。⑧具有分析、判斷、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)的功能。11.1.3智能傳感器的特點(diǎn)與傳統(tǒng)傳感器相比，智能傳感器的特點(diǎn)是：精度高可靠性與高穩(wěn)定性強(qiáng)高信噪比與高分辨率自適應(yīng)性強(qiáng)性能價(jià)格比高由此可見，智能化設(shè)計(jì)是傳感器傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一次革命，是世界傳感器的發(fā)展趨勢(shì)。11.2智能傳感器的實(shí)現(xiàn)途徑非集成化智能傳感器是將傳統(tǒng)的經(jīng)典傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、帶數(shù)字總線接口的微處理器組合為一整體而構(gòu)成的一個(gè)智能傳感器系統(tǒng)。圖11.2非集成化智能傳感器框圖模糊傳感器是一種非集成化的新型智能傳感器。模糊傳感器是在經(jīng)典數(shù)值測(cè)量的基礎(chǔ)上，經(jīng)過模糊推理和知識(shí)合成，以模擬人類自然語言符號(hào)描述的形式輸出測(cè)量結(jié)果。模糊傳感器的核心部分就是模擬人類自然語言符號(hào)的產(chǎn)生及其處理。模糊傳感器這種智能傳感器系統(tǒng)是采用微機(jī)加工技術(shù)和大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)，利用硅作為基本材料來制作敏感元件、信號(hào)調(diào)理電路、微處理器單元，并把它們集成在一塊芯片上而構(gòu)成的。故又可稱為集成智能傳感器。11.2.2集成化實(shí)現(xiàn)圖11.3集成智能傳感器外形示意圖

集成智能傳感器的特點(diǎn)：微型化結(jié)構(gòu)一體化精度高多功能陣列式全數(shù)字化使用方便，操作簡(jiǎn)單11.2.3混合實(shí)現(xiàn)

混合實(shí)現(xiàn)是指根據(jù)需要與可能，將系統(tǒng)各個(gè)集成化環(huán)節(jié)，如敏感單元、信號(hào)調(diào)理電路、微處理器單元、數(shù)字總線接口等，以不同的組合方式集成在兩塊或三塊芯片上，并裝在一個(gè)外殼里。集成化敏感單元：彈性敏感元件及變換器；信號(hào)調(diào)理電路：多路開關(guān)、儀用放大器、基準(zhǔn)、A/D轉(zhuǎn)換器等；微處理器單元：數(shù)字存儲(chǔ)(EPROM、ROM、RAM)、I/O接口、微處理器、D/A轉(zhuǎn)換器等。圖11.4在一個(gè)封裝中可能的混合集成實(shí)現(xiàn)方式

11.3集成化智能傳感器11.3.1集成化智能傳感器的幾種形式按智能化程度來分類，集成化智能傳感器具有三種存在形式：初級(jí)形式：即組成環(huán)節(jié)中沒有微處理器單元，只有敏感單元與（智能）信號(hào)調(diào)理電路，二者被封裝在一個(gè)外殼里。這是智能傳感器系統(tǒng)最早出現(xiàn)的商品化形式，也是最廣泛使用的形式，也被稱為“初級(jí)智能傳感器”。中級(jí)形式（自立形式）：是在組成環(huán)節(jié)中除敏感單元與信號(hào)調(diào)理電路外，必須含有微處理器單元，即一個(gè)完整的傳感器系統(tǒng)封裝在一個(gè)外殼里的形式。高級(jí)形式：是集成度進(jìn)一步提高，敏感單元實(shí)現(xiàn)多維陣列化時(shí)，同時(shí)配備了更強(qiáng)大的信息處理軟件，從而具有更高級(jí)的智能化功能的形式。11.3.2集成智能傳感器實(shí)例1.ST-3000系列智能壓力傳感器圖11.5ST-3000系列智能壓力傳感器原理框圖2.固體圖像傳感器固體圖像傳感器能實(shí)現(xiàn)信息的獲取、轉(zhuǎn)換和視覺功能的擴(kuò)展，能給出直觀、真實(shí)、層次最多、內(nèi)容最豐富的可視圖像信息，目前，由于傳感器智能化和集成化的要求，使得固體圖像傳感器有三維集成的發(fā)展趨勢(shì)。圖11.6三維結(jié)構(gòu)集成的智能化傳感器圖11.7三層結(jié)構(gòu)的三維集成圖11.8多個(gè)智能圖像傳感器智能圖像傳感器的圖像識(shí)別系統(tǒng)

11.4智能傳感器的發(fā)展方向微傳感器系統(tǒng)多傳感器