Ar inteliģenta laikmeta ierašanos arvien vairāk tiek uzsvērta dažādu viedo sensoru izpēte un piemērošana. Smart sensoriem ir arī bagātīgas informācijas apstrādes iespējas, pamatojoties uz tradicionālajiem sensoriem, un tie var nodrošināt visaptverošākas funkcijas.
Šis dokuments iepazīstina ar parasti izmantoto temperatūras, spiediena, inerciālo, bioķīmisko un RFID sensoru pašreizējo pētījumu stāvokli un to galveno lomu rūpniecības modernizācijā un inovatīvas lietojumprogrammas, piemēram, lietu internets (IoT), virtuālā realitāte (VR), robotika, veselības aprūpe, utt., un cer uz viedo sensoru turpmāko attīstības tendenci.
Viedais sensors (viedais sensors) attiecas uz sensoru ar informācijas noteikšanu, informācijas apstrādi, informācijas atmiņu, loģisko domāšanu un sprieduma funkcijām.
Salīdzinot ar tradicionālajiem sensoriem, kas nodrošina tikai analogus sprieguma signālus, kas raksturo izmērāmo fizisko daudzumu no informācijas, kas izplatīta digitālā formā.
Kopš NASA (NASA) ierosināja viedo sensoru jēdzienu astoņdesmitajos gados pēc gadu desmitiem ilgas attīstības, viedie sensori ir kļuvuši par galveno sensoru tehnoloģijas attīstības virzienu, kas pārstāv valsts rūpniecisko un tehnoloģisko pētījumu spēju.
Pašreizējā viedā laikmeta virzītais sensoru nozīme ir kļuvusi ievērojamāka ne tikai “Made in China 2025”, “Vācija 2020 augsto tehnoloģiju stratēģijā” un Eiropas Savienībā, Amerikas Savienotajās Valstīs, Dienvidkorejā, Singapūrā utt. . spēlē galveno lomu.
Augstas veiktspējas, ļoti uzticamas daudzfunkcionālas sarežģītas automātiskas, mērīšanas un vadības sistēmas, kā arī lietu interneta pieaugums un attīstība, pamatojoties uz radiofrekvences identifikācijas tehnoloģiju, arvien vairāk un vairāk uzsver viedo sensoru nozīmi ar uztveri, kognitīvajām spējām un tās enerģiskajām un ātrajām steidzamības attīstība.
Izstrādājot ar CMOS saderīgu MEMS tehnoloģiju, miniatūru viedo sensoru attīstība ir saņēmusi spēcīgu tehnisko atbalstu, viedo sensoru nozare saskaras ar ļoti svarīgu vēsturiskas attīstības iespēju.
Šajā dokumentā ir apkopots dažāda veida viedo sensoru tehnoloģiju un lietojumprogrammu attīstības statuss, un tas ir paredzēts nākotnes attīstības tendencei.
1 bagāti un daudzveidīgi inteliģenti sensori, kas
Lai apmierinātu dažādu inteliģentu lietojumprogrammu vajadzības, sensoru kategorijas ir ļoti dažādas, piemēram: vides sensori, inerciālie sensori, analogie sensori, magnētiskie sensori, biosensori, infrasarkanie sensori, vibrācijas sensori, spiediena sensori, ultraskaņas sensori un tā tālāk.
Starp tiem biežāk tiek izmantoti šādi sensori.
Vides sensori, galvenokārt gāzes sensori, barometriskā spiediena sensori, temperatūras sensori, mitruma sensori un tā tālāk.Gāzes sensorus var izmantot gaisa attīrītājiem, DUI monitoriem, formaldehīda un citu toksisku gāzu detektoriem mājas mēbelē, kā arī rūpniecisko izplūdes gāzu noteikšanas ierīces. Tā kā cilvēki pievērš uzmanību vides jautājumiem, vides sensoru nozīme kļūst arvien ievērojamāka, un nākotnē ir daudz attīstības iespēju.
Inerciālie sensori, kas galvenokārt tiek izmantoti valkājamos produktos, piemēram, viedās aproces, viedpulksteņi, VR ķiveres un tā tālāk.Inerciālais sensors tiek izmantots, lai noteiktu kustības izsekošanu un identificēšanu, informējot valkātāju par vingrinājumu daudzumu, patērēto kaloriju daudzumu un vingrinājumu ietekmi šajā dienā.
Magnētiskie sensori, kurus galvenokārt izmanto sadzīves ierīcēspiemēram, kafijas automāti, ūdens sildītāji, gaisa kondicionieri utt., Tiek izmantoti, lai noteiktu, cik daudz ir pagriezts leņķis vai cik daudz ceļojuma ir veikts, un parasti tiek parādīti uz paneļa. Turklāt magnētiskie sensori tiek izmantoti arī durvju magnētos un logu magnētos utt. Robotu inteliģencei un precizitātei ir nepieciešami arī magnētiskie sensori.
Analogie sensori, kurus galvenokārt izmanto viedās medicīnas ierīcēs,Var izmantot kā tādus signālus kā sirdsdarbība un elektrokardiogrammas, kā arī vizualizēt veselības datu izvadi, lai lietotāji varētu saprast savus pirmās puses veselības un vingrošanas datus.
Infrasarkano sensorus bieži izmanto infrasarkanās kamerās, slaucošos robotos un citās viedās mājas.
2 Viedo sensoru tehnisko pētījumu gaita
Patiesi inteliģentam sensoram jābūt šādām funkcijām:
1) paškalibrēšana, paškalibrēšana un automātiskas kompensācijas funkcijas;
2) automātiska datu vākšana, loģiskais spriedums un datu apstrādes funkcijas;
3) pašpārvaldes un pašpārvaldes funkcijas;
(4) noteikta uzglabāšanas, identifikācijas un informācijas apstrādes funkciju pakāpe;
5) divvirzienu komunikācija, standarta digitālā izvade vai simbola izvades funkcija;
(6) Algoritmiskais spriedums, lēmumu pieņemšanas un apstrādes funkcijas.
Šis ir parasti izmantoto temperatūras, spiediena, inerciālo, bioķīmisko un RFID sensoru piemērs, lai ieviestu inteliģentās sensoru tehnoloģijas pētījumu progresu.
2.1 Gudru temperatūras sensori
Temperatūras sensoru attīstība ir pārdzīvojusi sekojošoTrīs posmi: tradicionālie diskrētie temperatūras sensori, analogie integrētie temperatūras sensori un inteliģenti temperatūras sensori kopumā.
21. gadsimtā inteliģenti temperatūras sensori virzās uz augstu precizitāti, daudzfunkcionālu, kopņu standartizāciju, augstu uzticamību un drošību, virtuālo sensoru un tīkla sensoru attīstību, monolīta temperatūras mērīšanas sistēmas attīstību un citiem straujas attīstības virzieniem.
Pašreizējais viedās temperatūras sensors satur temperatūras sensoru, A/D pārveidotāju, signāla procesoru, atmiņu un interfeisa shēmas, dažiem produktiem ir arī multiplekseris, centrālais kontrolieris, brīvas piekļuves krātuve un tikai lasāma atmiņa.
Inteliģentus temperatūras sensorus raksturo spēja izvadīt temperatūras datus un ar to saistīto temperatūras kontroles tilpumu, kas pielāgoti dažādiem mikrokontrolleriem, un tā pamatā ir aparatūra, izmantojot programmatūru, lai sasniegtu testa funkciju, intelekta pakāpe ir atkarīga no līmeņa programmatūras izstrāde.
(1) Uzlabojiet mērījumu precizitāti un izšķirtspēju
Agrākie inteliģenti temperatūras sensori sākās vidū -1990 s, Izmantojot 8- bitu A/D pārveidotāju, tā temperatūras mērīšanas precizitāte ir zema, izšķirtspēja var sasniegt tikai 1 grādu.
Pašlaik ārvalstis ir uzsākušas dažādus augstas precizitātes, augstas izšķirtspējas inteliģentus temperatūras sensorus, izmantojot 9 ~ 12- bitu a/d pārveidotāju, izšķirtspēja var sasniegt 0. 5 ~ {{6 }}. 625 grāds. Ar ASV Dalasas pusvadītāja korporācijas jaunizveidoto ds 1624- ierakstiet augstas izšķirtspējas inteliģenta temperatūras sensoru, kas var izvadīt {{1 {0}} bitu bināro dati, izšķirtspēja ir tikpat liela kā 0. 03 grāds grāds , temperatūras mērīšanas precizitāte ± 0,2 grādos.
Lai uzlabotu daudzkanālu inteliģentās temperatūras sensora konvertācijas ātrumu, ir arī mikroshēmas, kas izmanto ātrgaitas secīgu tuvināšanas A/D pārveidotāju. AD7817 TYPE 5- kanāla inteliģenta temperatūras sensors, piemēram, tas ir vietējais sensors, katrs attālā sensora konvertēšanas laiks ir attiecīgi tikai 27 ms, 9 ms.
Runājot par augstas precizitātes temperatūras mērījumu, daži zinātnieki ir izstrādājuši augstas veiktspējas digitālās temperatūras sensoru, kas sastāv no kvarca noregulēšanas dakšas rezonatora, digitālā interfeisa ķēdes un sensora atiestatīšanas vadības algoritma, pamatojoties uz lauka programmējamu vārtu masīvu, un Sensora jutīgums var sasniegt 10 -6 pakāpes skaitu, tas ir, temperatūras mērīšanas izšķirtspējas 0. 0 01 grāds, 1 s reakcijas laiks un mērījuma precizitāte ir 0,01 grāds.
(2) uzlabotas testa funkcijas
Jaunā inteliģenta temperatūras sensora testa funkcija tiek pastāvīgi uzlabota. Saprātīgiem temperatūras sensoriem ir dažādi darbības režīmi, no kuriem izvēlēties, ieskaitot atsevišķu konvertēšanas režīmu, nepārtrauktu pārveidošanas režīmu, gaidīšanas režīmu, un daži pievienoja arī zemas temperatūras robežu paplašināšanas režīmu.
Dažiem inteliģentiem temperatūras sensoriem saimnieku (ārējo mikroprocesoru vai mikrokontrolleru) var arī iestatīt, izmantojot atbilstošos reģistros no tā A/D konversijas ātruma, izšķirtspējas un maksimālo konvertācijas laiku.
Turklāt inteliģenti temperatūras sensori attīstās no viena kanāla uz daudzkanālu virzienu, kas rada labus apstākļus daudzkanālu temperatūras mērīšanas un vadības sistēmas attīstībai.
(3) Autobusu tehnoloģijas standartizācija un standartizācija
Pašlaik ir standartizēta un normalizēta arī inteliģentās temperatūras sensora autobusu tehnoloģija, izmantotais autobuss galvenokārt ir vienas vadu (-wire) autobuss, I 2 C autobuss, SMBUS autobuss un SPI autobuss.
(4) Uzticamības un drošības dizains
Lai izvairītos no nepatiesas darbības, ja temperatūras kontroles sistēma tiek pakļauta trokšņa traucējumiem, dažu inteliģentu temperatūras sensoru iekšpusē ir izveidots programmējams kļūdas rindas skaitītājs, kas paredzēts, lai noteiktu to reizes, kad izmērītā temperatūras vērtība ir atļauta pārsniegt Augšējās un apakšējās robežas. Pārtrauktu portu var izraisīt tikai tad, ja izmērītās temperatūras skaits nepārtraukti pārsniedz augšējo robežu vai nokrīt zem apakšējās robežas, sasniedz noteiktu reižu skaitu, kas ļauj izvairīties no gadījuma rakstura trokšņa traucējumu ietekmes uz temperatūras kontroles sistēmu.
Lai novērstu mikroshēmas bojājumus cilvēka elektrostatiskās izlādes dēļ, daži saprātīgi temperatūras sensori ir arī palielinājuši elektrostatiskās aizsardzības ķēdi, parasti var izturēt 1 ~ 4 kV elektrostatiskās izlādes sprieguma.
Piemēram, TCN75 inteliģenta temperatūras sensora sērijas interfeiss, pārtraukuma/salīdzināšanas signāla izejas un adreses ieejas var izturēt 1 kV elektrostatiskās izlādes sprieguma. LM83 inteliģenta temperatūras sensors var izturēt 4 kV elektrostatiskās izlādes sprieguma.
2.2 Viedo spiediena sensori
Saprātīgi spiediena sensori ir mikroprocesoru un spiediena sensoru kombinācija, tāpēc to ieviešanas ceļus var iedalīt: neintegrētos inteliģentos spiediena sensoros, integrētus inteliģentus spiediena sensorus un hibrīda inteliģentus spiediena sensorus.
Neintegrēti viedā spiediena sensori ir viedā spiediena sensoru sistēmas, kas vienā sistēmā apvieno tradicionālos spiediena sensorus, signāla kondicionēšanas ķēdes un mikroprocesorus ar digitālo kopņu saskarnēm.
Šis neintegrētais spiediena sensors faktiski ir parastā spiediena sensora sistēma ar pievienotu mikroprocesora savienojumu. Tāpēc tas ir viens no ātrākajiem veidiem un līdzekļiem, lai realizētu vieda spiediena sensora sistēmu.
Integrētais inteliģents spiediena sensors ir monolīta spiediena jutīgu elementu integrācija ar signāla apstrādi, kalibrēšanu, kompensāciju, mikrokontrolleru utt Lai izveidotu jutīgus elementus, signāla kondicionēšanas shēmas un mikroprocesoru vienības, un integrē tos vienā mikroshēmā.
Strauji attīstot mikroelektronikas tehnoloģiju un pielietojot mikro-nanotehnoloģiju, iegūtajam viedā spiediena sensoram ir miniaturizācijas, strukturālās integrācijas, augstas precizitātes, daudzfunkciju, masīva, pilnīgas digitalizācijas, viegli lietojamas īpašības, viegli izmantojama, un tā ir viegli darbināma, un tā ir ērti darbināma, un tā ir ērti darbināma, un tā ir viegli lietojama, un tā ir viegli darbināma, un tā ir viegli darbināma, un tā ir ērti darbināma, un tā tā ir viegli lietojama, un On.
Hibrīda inteliģenta spiediena sensors ir atbilstoši dažādu integrētu saišu, piemēram, jutīgu vienību, signāla kondicionēšanas ķēžu, mikroprocesoru vienību, digitālo kopņu saskarņu, dažādu kombināciju, kas integrētas 2 ~ 3 mikroshēmās, sistēmas vajadzībām un iespējām dažādās kombinācijās, un iesaiņota čaumalā, un iesaiņota čaumalā, un iesaiņota apvalkā, un iesaiņota apvalkā, un iesaiņota apvalkā, un iesaiņota apvalkā, un iesaiņota apvalkā, un tas ir iesaiņots čaumalā. Apvidū
Hibrīda integrācija, lai sasniegtu inteliģenci, ir inteliģents ceļš, kas ir labi piemērots pašreizējai tehnoloģiskajai attīstībai. Inteliģentās spiediena sensora sistēmā mikroprocesors var realizēt sensora programmatūras kontroli saskaņā ar doto programmu, mainot sensoru no vienas funkcijas uz daudzfunkciju. Saprātīgiem spiediena sensoriem parasti ir šādas pamatfunkcijas.
(1) Datu apstrādes funkcijas.Saprātīgi spiediena sensori ne tikai mēra izmērītos parametrus, bet arī saskaņā ar zināmajiem izmērītajiem parametriem, var automātiski nulle, automātiski līdzsvaroti, automātiski kompensēti un tā tālāk.
(2) Automātiska diagnostikas funkcija.Šī ir galvenā inteliģentu spiediena sensoru, inteliģentu spiediena sensoru funkcija, izmantojot tās bojājumu diagnozes programmatūru un pašpārbaudes programmatūru, automātiskos sensorus un sistēmas statusu regulārai un neregulārai noteikšanai, pārbaudei, savlaicīgu kļūdu noteikšanai, lai palīdzētu diagnosticēt cēloni no neveiksmes, atrašanās vietas un sniegt darbības padomus.
(3) Programmatūras konfigurācijas funkcija.Inteliģenti spiediena sensori, kas saistīti ar mikroprocesoru izmantošanu, tāpēc ir ne tikai nepieciešamie aparatūras komponenti, piemēram, noteikšana, pastiprināšana, A / D, D / A, sakaru saskarnes utt., Bet arī programmatūras resursi kontrolei un apstrādei dati. Inteliģentā spiediena sensorā ir iestatīta daudzmodulāru aparatūra un programmatūra, lai lietotājs varētu nosūtīt komandas caur mikroprocesoru, lai veiktu dažādas funkcijas, kas palielina sensora elastību un uzticamību.
2.3 Saprātīgi inerciālie sensori
Inerciālie sensori, visplašāk izmantotie MEMS sensoru veidi, ietver akselerometrus, žiroskopus un orientācijas sensorus. Mems tehnoloģijai ir unikāla priekšrocība miniaturizējošiem inerciālajiem sensoriem un samazinot izmaksas.
Mūsdienu inerciālie mērīšanas moduļi (IMUS) var integrēt triaksiālo akselerometru, triaksiālo žiroskopu un triaksiālo magnetometru ar izmēru 10 mm x 10 mm x 4 mm, kura izmaksa ir mazāka par dolāru. Šo inerciālo mērīšanas moduli var izmantot viedtālruņiem un valkājamām ierīcēm, lai realizētu sporta un veselības funkcijas, ieskaitot gaitas uzraudzību, pakāpienu skaitīšanu, kritienu noteikšanu, miega uzraudzību, navigāciju iekštelpās utt., Kā arī izklaides funkcijas, piemēram, žestu atpazīšana un virziena noteikšana.