智能型传感器的研究开发策略

传感器通常由敏感元件、传感元件、信号调节与转化电路和辅助电路构成。近年来,微控制器组成的测控系统已经在许多领域得到应用,传感器向高精度、一体化、小型化的方向发展。

工业技术

INDUSTRYTECHNOLOGY

智能型传感器的研究开发策略

河南信息工程学校机电系

付丽玮

传感器通常由敏感元件、传感元件、信号调节与转化电路和辅助电路构成。近年来，微控制器组成的测控系统已经在许多领域得到应用，传感器向高精度、一体化、小型化的方向发展。工业自动化程度越高，对机械制造精度和装配精度要求就越高，测量精度要求相应地也越高。因此，传感器开发更重视发展微机械加工技术。智能型传感器是传感器与微处理器结合的产物，具有检测和信息处理功能。与传统传感器相比，智能型传感器有许多特点。智能型传感器的出现是传感器技术发展中的一次飞跃。

一、智能型传感器简介

通常，智能型传感器采用由Honeywell工业测量与控制部产品经理TomGrifiths的定义：一个良好的智能型传感器是由微处理器驱动的传感器与仪表组装，并且具有通信与过载诊断等功能，为监控系统或操作员提供相关信息，以提高工作效率及减少维护成本。

智能仪表采用超大规模集成电路，利用嵌入软件协调内部操作，在对输入信号的非线性补偿、故障诊断等基础上，完成对工业过程的控制，并使控制系统的功能进一步完善。

1.智能型传感器的结构。通常，智能型传感器由硬件和软件两部分组成（图1）。

开关量输

开关量输开关量输

开关量输主入电路

出信号

入信号

入电路

机电路

模拟量输出电路

模拟量输出信号模拟量输模拟量输（微控入信号

入电路

制器）

通信接口

通讯数据

键盘

显示器打印机

图1智能传感器的组成

硬件部分包括主机电路、过程输入/输出通道、人机联系部件和接口电路及串行或并行数据通讯接口，如图1所示。主机电路用来存储数据、程序，并进行一系列运算处理，它通常由微处理器、ROM、RAM、I/O接口、定时器和计数器构成，或者本身就是一个单片机或嵌入式系统。智能型传感器的整体工作是在软件控制下进行的，将预先编好的程序，写入非易失性存储器，必要的参数、命令可由键盘输入，存入可读写的存储器。

智能型传感器的软件通常包括监控程序、中断处理程序以及实现各种算法的功能模块。监控程序是软件的中心，用来接

河南科技2011.1上

收和分析各种命令，管理和协调全部程序的执行；中断处理程序是在人机交互过程中或其他外围模块提出中断申请，主机响应后转去执行的程序中断处理能完成实时处理任务；功能模块用来实现仪表的数据处理和控制功能。

2.智能型传感器的功能。将单片机、DSP、ARM等嵌入式系统引入仪表，能解决多方面的问题，可实现如下功能。

（1）自动校正零点、满度和切换量程。自校正功能大大降低了因仪表零漂移和特性变化造成的误差，而量程的自动切换又给使用带来了方便，并可提高读数的分辨率。

（2）多点快速检测。对多个参数进行快速、实时检测，以便及时了解生产过程的瞬变工况。

（3）自动修正各类测量误差。许多传感器的特性是非线性的，受温度、压力等参数变化的影响，从而给仪表带来误差。在智能仪表中，只要掌握这些误差的变化规律，就可依靠软件进行修正。常见的有测温元件的非线性校正、热电偶冷端温度补偿、气体流量的温度压力补偿等。

（4）数字滤波。通过分析主要干扰信号，采用适当的数字滤波算法抑制干扰。

（5）数据处理。实现各种复杂运算，对测量数据进行加工，例如统计分析、查找排序、标度变换、函数逼近和频谱分析等。

（6）多种输出形式。输出形式有数字显示、打印记录、声光报警，也可以输出多点模拟量或数字量。

（7）数据通讯。与其他仪表和计算机进行数据通讯，以便构成不同规模的计算机测试控制系统。

（8）自诊断。在运行中，对仪表本身各组成部分进行一系列测试，一旦发现故障即报警，以便及时处理。