С пристигането на интелигентната ера изследванията и прилагането на различни интелигентни сензори все повече се подчертават. Интелигентните сензори също имат богати възможности за обработка на информация въз основа на традиционните сензори и могат да осигурят по -изчерпателни функции.
Този документ въвежда текущото състояние на изследване на често използваната температура, налягане, инерционни, биохимични и RFID сензори и техните ключови роли в индустриалното надграждане и иновативни приложения като Интернет на нещата (IoT), виртуална реалност (VR), Роботика, здравеопазване, и т.н. и очакваме бъдещата тенденция на развитие на интелигентните сензори.
Интелигентният сензор (интелигентен сензор) се отнася до сензора с откриване на информация, обработка на информация, информационна памет, логическо мислене и функции на преценка.
В сравнение с традиционните сензори, които осигуряват само аналогови сигнали за напрежение, които характеризират физическото количество, което трябва да се измерва, интелигентните сензори използват напълно интеграционната технология и микропроцесорната технология, възприемането на задаване, обработката на информацията, комуникацията в едно и може да осигури определено ниво на знания на информацията, разпространена в цифрова форма.
Тъй като НАСА (НАСА) предложи концепцията за интелигентни сензори през 80 -те години, след десетилетия на развитие, интелигентните сензори се превърнаха в основна посока на развитието на сензорните технологии, представящи индустриалните и технологични изследователски възможности на страната.
Водена от настоящата интелигентна ера, значението на сензорите стана по-изявена, не само в „Произведено в Китай 2025 г.“, „Германия 2020 г. Високотехнологична стратегия“ и Европейския съюз, Съединените щати, Южна Корея, Сингапур и т.н. . Индустриалното развитие играе ключова роля.
Високопроизводителни, високо надеждни многофункционални комплексни автоматични, измервателни и контролни системи и повишаване и развитие на Интернет на нещата, базирани на технологията за идентификация на радиочестотите, все повече и повече подчертават значението на интелигентните сензори с възприятие, когнитивна способност и нейната енергична и бърза развитие на спешността.
С разработването на съвместими с CMOS технология MEMS, развитието на миниатюрни интелигентни сензори получи силна техническа поддръжка, Smart Sensor Industry е изправена пред много важна възможност за историческо развитие.
Този документ обобщава състоянието на развитието на различни видове интелигентни сензорни технологии и приложения и прави перспектива за бъдещата тенденция на развитие.
1 богати и разнообразни интелигентни сензори, които
За да отговорят на нуждите на различни интелигентни приложения, сензорните категории са много разнообразни, като: сензори за околната среда, инерционни сензори, аналогови сензори, магнитни сензори, биосензори, инфрачервени сензори, вибрационни сензори, сензори за налягане, ултразвукови сензори и т.н.
Сред тях по -често се използват следните сензори.
Екологични сензори, главно сензори за газ, барометрични сензори за налягане, температурни сензори, сензори за влажност и т.н.Газовите сензори могат да се прилагат върху пречистватели на въздуха, монитори на DUI, детектори на формалдехид и други токсични газове в обзавеждането на дома, както и устройства за откриване на промишлени газове. Тъй като хората обръщат внимание на екологичните проблеми, значението на сензорите за околната среда става все по -известно и в бъдеще има много място за развитие.
Инерционни сензори, използвани главно в носими продукти, като интелигентни гривни, интелигентни часовници, VR каски и т.н.Инерционният сензор се използва за откриване на проследяването и идентифицирането на движението, информиране на носителя за количеството упражнения, консумираните калории и ефекта от упражненията в този ден.
Магнитни сензори, които се използват главно в домакински уреди, като производители на кафе, бойлери, климатици и т.н., се използват за откриване на това колко е обърнат ъгълът или колко пътуване е извършено и обикновено се показва на таблото за управление. В допълнение, магнитните сензори се използват и в магнити на вратите и магнити на прозорците и др. Интелигентността и точността на роботите също се нуждаят от магнитни сензори за поддръжка.
Аналогови сензори, които се използват главно в интелигентни медицински изделия,Може да се използва като входове за сигнали като сърдечен ритъм и електрокардиограми и да визуализира изхода на здравните данни, така че потребителите да могат да разберат своите данни за здравето и упражненията от първа ръка.
Инфрачервените сензори често се използват в инфрачервени камери, метещи роботи и друг умен дом.
2 Напредък на техническите изследвания на интелигентните сензори
Наистина интелигентният сензор трябва да има следните функции:
1) функции за самокалибриране, самозалична и автоматична компенсация;
2) Автоматично събиране на данни, логическа преценка и функции за обработка на данни;
3) функции за самонастройване и адаптиране;
(4) определена степен на функции за съхранение, идентификация и обработка на информация;
5) двупосочна комуникация, стандартна цифрова функция на изход или символ;
(6) Алгоритмична преценка, вземане на решения и функции за обработка.
Следва пример за често използвана температура, налягане, инерционни, биохимични и RFID сензори за въвеждане на напредъка на изследванията на технологията за интелигентно сензор.
2.1 Сензори за интелигентна температура
Разработването на температурни сензори премина през следнотоТри етапа: традиционни дискретни температурни сензори, аналогови интегрирани сензори за температура и интелигентни температурни сензори като цяло.
В 21 век интелигентните сензори за температура се движат към висока точност, многофункционални, стандартизация на шината, висока надеждност и безопасност, разработване на виртуални сензори и мрежови сензори, разработване на монолитна система за измерване на температурата и други посоки на бързо развитие.
Текущият сензор за интелигентна температура съдържа сензор за температура, A/D конвертор, сигнални процесори, памет и интерфейсни вериги, някои продукти също имат мултиплексор, централен контролер, памет за съхранение само за произволен достъп и памет.
Интелигентните сензори за температура се характеризират с възможността за данни за изхода на температурата и свързания обем на контрола на температурата, адаптирани към различни микроконтролери и се основават на хардуера чрез софтуера за постигане на тестовата функция, степента на интелигентност зависи от нивото на разработка на софтуер.
(1) Подобряване на точността и разделителната способност на измерването
Най -ранните интелигентни сензори за температура започнаха в средата -1990 s, Използвайки 8- бит A/D конвертор, точността на измерване на температурата е ниска, разделителната способност може да достигне само 1 градус.
Понастоящем чуждите страни са пуснали различни интелигентни температурни сензори с висока точност с висока точност, използвайки 9 ~ 12- бит a/d конвертор, разделителната способност може да достигне 0. 5 ~ {{6 }}. 625 градуса. От новоразработения DS 1624- интелигентен температурен сензор на DS {{8 {8 {1 {11}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}. , Точност на измерване на температурата ± 0,2 градуса.
За да се подобри скоростта на конверсия на многоканален интелигентен температурен сензор, има и чипове, използвайки високоскоростен последователен приблизителен A/D конвертор. AD7817 Тип 5- Каналният интелигентен температурен сензор, например, той е локалният сензор, всеки време за преобразуване на дистанционно сензор от само 27 ms, 9 ms, съответно.
По отношение на измерването на температурата с висока точност, някои учени са проектирали високоефективен цифров сензор за температура, който се състои от кварцов резонатор на вилицата, цифров интерфейсен схема и алгоритъм за управление на сензора, базиран на полевия масив за програмиране на полето и Чувствителността на сензора може да достигне броя на 10 -6 степен, тоест разделителната способност на измерването на температурата на 0. 0 01 градус, времето за реакция на 1 s, а точността на измерването е 0,01 градуса.
(2) Подобрени тестови функции
Новата интелигентна функция за тестов сензор за температура е постоянно подобрена. Интелигентните сензори за температура имат различни режими на работа, от които да избирате, включително режим на единичен конверсия, режим на непрекъснато преобразуване, режим на готовност и някои също добавиха режим на разширяване на ограничението с ниска температура.
За някои интелигентни сензори за температура, гостоприемникът (външен микропроцесор или микроконтролер) също може да бъде зададен през съответните регистри на неговата скорост на преобразуване, разделителна способност и максимално време за преобразуване.
В допълнение, интелигентните температурни сензори се развиват от едноканална до многоканална посока, което създава добри условия за разработване на многоканално измерване и управление на температурата.
(3) Стандартизация и стандартизация на технологията на шината
Понастоящем интелигентната технология на шината на сензора на температурата също е стандартизирана и нормализирана, използваната шина е главно едножилна (-wire) шина, 2 c шина, автобус SMBUS и SPI шина.
(4) Дизайн на надеждност и безопасност
За да се избегне фалшиво действие, когато системата за контрол на температурата е подложена на шум в смущения, във вътрешния на някои интелигентни сензори за температура се създава програмируема опашка за повреда, посветена на настройването на броя пъти, когато измерената температура се оставя да надвишава надвишаването на надвишаването горната и долната граница. Портът за прекъсване може да се задейства само когато броят пъти, когато измерената температура непрекъснато надвишава горната граница или пада под долната граница, достига до определения брой пъти, което избягва влиянието на случайните смущения на шума върху системата за контрол на температурата.
За да се предотврати увреждане на чипа поради човешкия електростатичен разряд, някои интелигентни сензори за температура също са увеличили електростатичната защитна верига, като цяло могат да издържат на 1 ~ 4 kV електростатично напрежение на разряда.
Например, серийният интерфейс на интелигентния температурен сензор TCN75, изходите на сигнала за прекъсване/сравнение и входовете на адреса могат да издържат на 1 kV електростатично напрежение на изпускане. LM83 Интелигентен температурен сензор може да издържи 4 kV електростатично напрежение на изпускане.
2.2 Сензори за интелигентно налягане
Интелигентните сензори за налягане са комбинация от микропроцесори и сензори за налягане, така че техните пътища за изпълнение могат да бъдат разделени на: неинтегрирани интелигентни сензори за налягане, интегрирани интелигентни сензори за налягане и хибридни интелигентни сензори за налягане.
Неинтегрираните сензори за интелигентно налягане са интелигентни сензорни системи, които комбинират традиционните сензори за налягане, сигналните кондициониращи вериги и микропроцесори с цифрови интерфейси на шината в една система.
Този неинтегриран сензор за налягане всъщност е конвенционална сензорна система за налягане с добавена микропроцесорна връзка. Следователно, той е един от най -бързите начини и средства за реализиране на интелигентна система за сензор за налягане.
Интегрираният сензор за интелигентно налягане е монолитна интегриране на чувствителни към налягането елементи с обработка на сигнала, калибриране, компенсация, микроконтролер и др. Той приема главно технологията на микроелектромеханичната система (MEMS) и мащабната интегрална технология на процеса и използва силиций като основен материал За да направят чувствителните елементи, схемата за кондициониране на сигнали и микропроцесорни единици и ги интегрира в един чип.
С бързото развитие на микроелектроничната технология и прилагането на микронанотехнологиите, полученият сензор за интелигентно налягане има характеристиките на миниатюризацията, структурната интеграция, високата точност, многофункцията, масива, пълната дигитализация, лесната за използване, лесната за работа и така на.
Хибридният сензор за интелигентно налягане е според нуждите и възможностите на системата от различни интегрирани връзки, като чувствителни единици, вериги за кондициониране на сигнали, микропроцесорни единици, интерфейси с цифрова шина, в различни комбинации, интегрирани в 2 ~ 3 чипа, и пакетирани в обвивка .
Хибридната интеграция за постигане на интелигентност е интелигентен път, който е много подходящ за настоящото технологично развитие. В интелигентната сензорна система за налягане микропроцесорът може да реализира софтуерно управление на сензора в съответствие с дадената програма, променяйки сензора от една функция на многофункция. Интелигентните сензори за налягане обикновено имат следните основни функции.
(1) Функции за обработка на данни.Интелигентните сензори за налягане не само измерват измерените параметри, но и според известните измерени параметри, могат да бъдат автоматично нулеви, автоматично балансирани, автоматично компенсирани и т.н.
(2) Автоматична диагностична функция.Това е основната функция на интелигентните сензори за налягане, интелигентните сензори за налягане чрез неговия софтуер за диагностика на неизправности и софтуер за самотестиране, автоматични сензори и статус на системата за редовно и нередовно откриване, тестване, навременно откриване на неизправности, за да се помогне за диагностицирането на причината от провала, местоположението и да се дават оперативни съвети.
(3) Функция за конфигуриране на софтуер.Интелигентни сензори за налягане поради използването на микропроцесори, така че има не само необходимите хардуерни компоненти, като откриване, усилване, A / D, D / A, комуникационни интерфейси и др., Но също така и софтуерни ресурси за контрол и обработка на данни. В интелигентния сензор за налягане се създават мултимодуларен хардуер и софтуер, така че потребителят да може да изпраща команди през микропроцесора за изпълнение на различни функции, което увеличава гъвкавостта и надеждността на сензора.
2.3 Интелигентни инерционни сензори
Инерционните сензори, най -широко използваният тип сензори на MEMS, включват акселерометри, жироскопи и сензори за ориентация. MEMS технологията има уникалното предимство на миниатюризирането на инерционни сензори и намаляване на разходите.
Днешните инерционни модули за измерване (IMU) могат да интегрират триосен акселерометър, триосен жироскоп и триосен магнитометър с размер 10 mm x 10 mm x 4 mm при цена по -малко от долар. Този инерционен модул за измерване може да се прилага към смартфони и носими устройства за реализиране на спортни и здравни функции, включително мониторинг на походката, броене на стъпки, откриване на падане, мониторинг на съня, навигация на закрито и др., Както и развлекателни функции като разпознаване на жестове и посока на посоката.