模擬類傳感器,主要應(yīng)用在智慧醫(yī)療設(shè)備上,可以作為心跳、心電圖等信號(hào)的輸入,并將健康數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化的輸出,讓用戶了解自身第一手健康、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。
紅外傳感器常應(yīng)用于紅外攝像頭、掃地機(jī)器人等智能家居方面。
2、智能傳感器的技術(shù)研究進(jìn)展
一個(gè)真正意義的智能傳感器應(yīng)具有如下功能:
1)自校準(zhǔn)、自標(biāo)定和自動(dòng)補(bǔ)償功能;
2)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)、邏輯判斷和數(shù)據(jù)處理功能;
3)自調(diào)整、自適應(yīng)功能;
4)一定程度的存儲(chǔ)、識(shí)別和信息處理功能;
5)雙向通信、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化輸出或者符號(hào)輸出功能;
6)算法判斷、決策處理的功能。
下面以常用的溫度、壓力、慣性、生化和RFID傳感器為例,介紹智能傳感技術(shù)的研究進(jìn)展。
2.1 智能溫度傳感器
溫度傳感器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下3個(gè)階段:傳統(tǒng)分立式溫度傳感器、模擬集成溫度傳感器和智能溫度傳感器。
進(jìn)入21世紀(jì)后,智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片測(cè)溫系統(tǒng)等方向迅速發(fā)展。
目前的智能溫度傳感器包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器和接口電路,有的產(chǎn)品還帶有多路選擇器、中央控制器、隨機(jī)存取儲(chǔ)存器和只讀存儲(chǔ)器。
智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量,適配各種微控制器,并且是在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能,其智能化程度取決于軟件開發(fā)水平。
1)提高測(cè)量精度和分辨率
最早的智能溫度傳感器始于20世紀(jì)90年代中期,采用8位A/D轉(zhuǎn)換器,其測(cè)溫精度較低,分辨率只能達(dá)到1℃。
目前,國(guó)外已相繼推出多種高精度、高分辨率的智能溫度傳感器,使用9~12位A/D 轉(zhuǎn)換器,分辨率可以達(dá)到0.5~0.625℃。由美國(guó) Dallas 半導(dǎo)體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器,能輸出13位二進(jìn)制數(shù)據(jù),分辨率高達(dá) 0.03℃,測(cè)溫精度為±0.2℃。
為了提高多通道智能溫度傳感器的轉(zhuǎn)換速率,也有的芯片采用高速逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。以AD7817型5通道智能溫度傳感器為例,它對(duì)本地傳感器、每一路遠(yuǎn)程傳感器的轉(zhuǎn)換時(shí)間分別僅為 27 ms、9 ms。
在高精密溫度測(cè)量方面,有學(xué)者設(shè)計(jì)了高性能數(shù)字溫度傳感器,該傳感器由石英音叉諧振器,數(shù)字接口電路和基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的傳感器重置控制算法構(gòu)成,傳感器的靈敏度可以達(dá)到10 -6 ℃的數(shù)量,即測(cè)溫分辨率為0.001℃,響應(yīng)時(shí)間1 s,測(cè)量精度為0.01℃。
2)增強(qiáng)測(cè)試功能
新型智能溫度傳感器的測(cè)試功能不斷增強(qiáng)。智能溫度傳感器都具有多種工作模式可供選擇,主要包括單次轉(zhuǎn)換模式、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、待機(jī)模式,有的還增加了低溫極限擴(kuò)展模式。
對(duì)于某些智能溫度傳感器,主機(jī)(外部微處理器或單片機(jī))還可通過(guò)相應(yīng)的寄存器設(shè)定其A/D轉(zhuǎn)換速率、分辨率及最大轉(zhuǎn)換時(shí)間。
另外,智能溫度傳感器正從單通道向多通道方向發(fā)展,這就為研發(fā)多路溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。
3)總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化
目前,智能溫度傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化,所采用的總線主要有單線(-Wire)總線、I 2 C總線、SMBus總線和SPI總線。
4)可靠性及安全性設(shè)計(jì)
為了避免在溫控系統(tǒng)受到噪聲干擾時(shí)產(chǎn)生誤動(dòng)作,在一些智能溫度傳感器的內(nèi)部,設(shè)置了一個(gè)可編程的故障排隊(duì)計(jì)數(shù)器,專用于設(shè)定允許被測(cè)溫度值超過(guò)上下限的次數(shù)。僅當(dāng)被測(cè)溫度連續(xù)超過(guò)上限或低于下限的次數(shù)達(dá)到所設(shè)定的次數(shù)才能觸發(fā)中斷端口,避免了偶然噪聲干擾對(duì)溫控系統(tǒng)的影響。