传感器应用（第2版） 课件 7-2 智能传感器的功能与特点

7.2智能传感器的功能与特点7.2.1智能传感器的主要功能7.2.2智能传感器的特点7.2.1智能传感器的主要功能智能传感器比传统传感器在功能上有了极大的提高，是由传感器和微处理器相结合而构成的，它充分利用微处理器的计算和存储能力，对传感器的数据进行处理，并对它的内部行为进行调节。如图为一种智能硅压力传感器芯片的布局示意图7.2.1智能传感器的主要功能1）具有自动调零、自校准、自标定功能智能传感器不仅能够自动检测各种被测参数，还能进行自动调零、自动调平衡、自动校准，某些智能传感器还能自动完成标定工作。2）具有逻辑判断和信息处理能力能对被测量进行信号调理和信号处理（对信号进行预处理、线性化，还可以对温度、静压力等参数进行自动补偿等）。3）具有自诊断功能智能传感器通过自检软件，能对传感器和系统的工作状态进行定期或不定期的检测，诊断出故障的原因和位置并做出必要的响应。7.2.1智能传感器的主要功能4）具有组态功能，使用灵活在智能传感器系统中可设置多种模块化的硬件和软件，用户可通过微处理器发出指令，改变智能传感器的硬件模块和软件模块的组合状态，完成不同的测量功能。5）闪存（FlashE2PROMMemory）和掉电保护电路的运用使其具有数据存储和记忆功能，能随时存取检测数据。6）具有双向通信功能能通过各种标准总线接口、无线协议等直接与微型计算机及其它传感器、执行器通信。7.2.1智能传感器的主要功能智能传感器除了能检测物理、化学量的变化之外，还具有测量信号调理（如滤波、放大、A／D转换等）、数据处理，以及数据输出等能力，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。随着科学技术的发展，智能传感器的功能将逐步增强，性能将日趋完善，它将利用人工神经网络、人工智能、信息处理技术（如传感器信息融合技术、模糊理论等）、数字信号处理（digitalsignalprocessor，DSP）技术、物联网技术等，使传感器具有更高级的智能。7.2.2智能传感器的特点1）精度高智能传感器可通过自动校零去除零点误差，与标准参考基准实时对比以自动进行整体系统标定，自动进行整体系统的非线性等系统误差的校正，通过对采集的大量数据的统计处理以消除偶然误差的影响等，保证了智能传感器有较高的精度。2）可靠性与高稳定性强智能传感器能自动补偿因工作条件与环境参数发生变化引起系统特性的漂移，如：温度变化而产生的零点和灵敏度的漂移；在被测参数变化后能自动改换量程；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方案（报警或故障提示）。7.2.2智能传感器的特点3）高信噪比与高分辨率由于智能传感器具有数据存储、记忆与信息处理功能，通过软件进行数字滤波、数据分析等处理，可以去除输入数据中的噪声，从而将有用信号提取出来；通过数据融合、神经网络技术，可以消除多参数状态下交叉灵敏度的影响，从而保证在多参数状态下对特定参数测量的分辨能力。4）自适应性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。7.2.2智能传感器的特点5）性能价格比高智能传感器不是像传统传感器技术那样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／微计算机相结合，采用低价的集成电路工艺和MEMS工艺，以及强大的软件来实现的，所以具有很高的性能价格比。6）超小型化、微型化随着微电子技术的迅速推广，智能传感器正朝着小和轻的方向发展，以满足航空、航天及国防需求，同时也为一般工业和民用设备的小型化、便携发展创造了条件，汽车电子技术的发展便是一例。7.2.2智能传感器的特点如图为一种智能硅压力传感器芯片，在一个封装中，把一只微机械压力传感器与模拟用户接口、8位模-数转换器（SAR）、微处理器（摩托罗拉69HC08）、存储器和串行接口（SPI）等集成在一个芯片上。这种智能压力传感器的技术和市场都已成熟，已广泛用于汽车（机动车）所需的各式各样的压力测量和控制单元中，诸如各种气压计、喷嘴前集流腔压力、废气排气管、燃油、轮胎、液压传动装置等。7.2.2智能传感器的特点8）低功耗降低功耗对智能传感器具有重要的意义。这不仅可简化系统电源及散热电路的设计，延长智能传感器的使用寿命，还为进一步提高智能传感器芯片的集成度创造了有利条件。智能传感器普遍采用大规模或超大规模CMOS电路，使传感器的耗电量大为降低，有的可用叠层电池甚至扭扣电池供电，待机模式可将智能传感器的功耗降至更低。尺寸对比硅压力传感器芯片观察与思考

智能手机中的传感器科技的发展给人们的工作和生活带来了更多的便利，数码相机、MP3、MP4、掌上电脑等体积小、功能强的电子设备随处可见，而其中的手机更是到了几乎不可缺少的地步。随着技术进步，人们对手机的要求也越来越高，各种智能手机应运而生。手机之所以智能，离不开各种各样的传感器。观察与思考

智能手机中的传感器智能手机中比较常见的传感器有：距离传感器，主要控制屏幕点亮和熄灭。如打电话时耳朵靠近手机，手机屏幕会自动熄灭，耳朵离开时又点亮，起到节电的作用，同时避免误操作。光线传感器：通过识别外界光线的强弱让屏幕亮度自动调节。重力感应器：在iOS、Android平台中，很多游戏都运用到重力感应器，比如极品飞车系列、现代战争系列等等，它们带给用户新鲜的体验。加速度感应器：当手机下落是，感应到加速度，就会自动关闭手机和存储卡，以保护手机。观察与思考

智能手机中的传感器智能手机中比较常见的传感器有：气压传感器：用于测量测量实时的气压、海拔高度。如登山的时候可以在山脚下将海拔设为零，通过压差计算可以随时看到自己已经爬了多高的山。图像传感器：用于手机拍照、摄像。加上图像识别软件，可以实现名片识别、面部识别功能。指纹识别传感器：目前市场上主要有接触式传感器（touchsensor）和滑动式传感器（slidesensor）。传感器会采集指纹数据，然后进行快速分析和认证。例如在电子商务中，指纹识别认证可免去用户多重繁琐的密码操作，简化流程又具备更高的安全级别。观察与思考

智能手机中的传感器智能手机中比较常见的传感器有：三轴加速度传感器：根据重力感应产生的加速度来推算出手机相对于水平面的倾斜度。手机中的甩歌功能、微信中的摇一摇、赛车游戏中的漂移触发都是利用它实现的。电子罗盘：通过地球磁场来感知方位，