现代智能传感技术及应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,现代智能传感技术及应用,一 智能传感器的构成,智能传感器主要由传感器，微处理器（或微计算机）及相关电路组成，其原理框图如图,1-1,所示。传感器将被测量转换成电信号，由信号调理电路进行滤波，放大，模数转换等处理后送入微处理器（微计算机）。微处理器是智能传感器的核心，它不但可以对传感器测量的数据进行计算，存储，数据处理，还可以通过反馈回路对传感器进行调节。计算机在此充分发挥了它的软件优势，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。,图1-1 智能传感器原理框图,二 传感器的智能化,数据处理与控制功能,微处理器（或微计算机）是在智能传感器系统的核心，传感器将被测量转换成电信号，由信号调理电路一定的硬件电路处理后送人微处理器。微处理器根据驻留在内存的程序，对传感器测量的数据进行数据处理以及各种控制。,2.1,数据处理功能,数据处理功能包括工程量的转换、函数运算、系统误差的消除、随机误差的处理。,2.2,控制功能,在智能传感器中，测量过程可以通过预先编制好的程序，在微型计算机的控制下实现自动化测量。其控制内容一般有：键盘控制功能；量程自动转换；机制判断与超限警报、自动校准；测量结果显示及打印方式选择等。,三 常用智能传感器集成电路芯片,3.1 数据输出接口,智能传感器输出的数字信号，具有远程通信能力。常规仪器仪表中的传感器将输出信号处理、显示单元中，工控系统中的传感器则挂在数据总线上，通过总线进行数据传输。目前模拟信号有相应的工业标准，而数字信号无统一标准。为了解决分布式控制和监测问题，现在工控领域出现一种新的现场总线技术，各大公司都按自己的标准开发产品，但其标准接口及协议各不相同。目前国际有关标准化组织正在积极推出统一的国际标准。作为过渡,制定了智能传感器的通信协议HART，它与现有的（420mA）模拟系统兼容，在模拟信号上叠加专业频率信号即可使用。因此，按照这个协议模拟信号和数字信号可以同时通信。,3.2,微处理器,微处理器是智能传感器的心脏，能控制测量过程并进行数据处理。它的设计和选用要考虑传感器的测量速度、精度、分辨率及数据处理能力。对于集成传感器，设计的微处理器既要考虑产品质量和可靠性，又要考虑降低成本，简化结构，满足芯片尺寸的要求。目前大量实际开发研制的是模块化、积木式结构，一般选用现成的微处理器，及单片机如8031,8XC552，PIC等产品。近年来由于多芯片组件技术(MCM-MULTI-CHIP-MODULES)的发展可将智能传感器分布在几个芯片上的部件组装起来。随着传感器技术、微机械加工技术的发展，可将智能传感器分布在几个芯片上的部件组装起来。随着传感技术,微机械加工技术的发展，智能传感器的集成度将越来越高。,3.3,智能传感器的接口芯片,现在已研制出一些专门的集成电路芯片，用来对敏感元件的信号进行放大、滤波、,A/D,转换以及数据处理。,3.3.1,通用传感器接口芯片,USIC,USIC,具有智能传感器所需要的各种处理能力，并能在大多数场合只需少量的外围元件就可提供复杂的高质量处理能力。如图,3-1,所示为,USIC,的方框图。该芯片中每一部分的输出均有管脚引出，因此可以方便地组成各种电路，由用户选择是否使用运放或多路开关，可以根据自己的需要灵活地组织使用。,图3-1 USIC框图,3.3.2,信号调节电路,SCA2095,SCA2095,是利用压阻效应，采用全桥设计的传感器（如压力传感器、应立技、加速度技等）的信号调节电路的集成芯片，如图,3-2,所示。它采用,EEPROM,进行校准、温度补偿，并具有传感器输出保护和诊断的功能，还能够更好地调节增益和传感器电桥偏移，能修正灵敏度误差。芯片的外部数据接口采用三线制，即串行时,SLCK,，数据输出,D0,，数据输入,Di,。通过,CPU,的操作，设置零点漂移寄存器、温度寄存器、零点温度补偿寄存器、输出基准寄存器、增益温度补偿寄存器等。这些寄存器的值通过,D/A,转换器变成模拟量叠加在调节电路中，从而改变了传感器特性。,图3-2 SCA2095信号调节电路图,3.3.3,其他接口芯片,AD7705,由多路转换器、缓冲器、可编程增益放大器以及数字串行接口组成，它具有两路差分模拟输入，因此可以方便地进行温度补偿、,AM401,包括电流输出，电压输出以及比例输出和开关输出，可以同各种气体传感器连接。,ES1520,由微处理器和一个混合信号,ASIC,组成，,16,脚,DIP,封装。随着对智能传感器的需求越来越多，各公司都不断推出和完善自己的产品，因此接口芯片也越来越多而且功能也日趋完善。,谢谢！,