智能传感器技术初析

作者：上海市传感技术学会 颜重光

欢迎访问e展厅 展厅 11 传感器展厅 差压变送器, 压力变送器, 压力传感器, 压力开关, 张力传感器, ... 现代信息社会需要更多的智能控制，传感器是构建现代信息系统的重要组成部分。传感器从简单的非电量信息采集转向智能化信息采集和处理，成为人类日常生活不可缺少的一部分，更是工业自动化控制的技术关键。没有传感器就不能构成完整的智能控制系统。 关于智能传感器 智能传感器包括信息采集、信息传输和信息处理三大部分，它们相当于人类感官的手、眼、口、鼻、耳、皮肤、毛发，人类的神经网络，人类的聪慧大脑。由此组成一个完整的系统就能实现智能化。智能传感器的基本架构如图1所示。 今天的电子技术设计和生产智能传感器已经相对容易，特别是半导体集成电路技术和MEMS技术完全可以满足智能传感器的设计和工业化生产的需要。我们可以用MEMS技术和集成电路技术大批量、低成本地生产各种压力、加速度、温度、热敏、光敏、红外等等电子传感器，还可以用集成电路技术大批量、低成本地生产各种电量转换、传输、信号放大、信号处理、模数与数模转换、信息存储、无线收发等功能的专用集成电路，并将电子传感器与信号传输、处理的集成电路合成在一个单元的封装里，使之应用十分简便，可以将整个控制系统做得十分精密、小巧。 智能传感器的最大特点就是将传感器检测信息的功能与微处理器的信息处理功能有机地融合在一起。从一定意义上讲，它具有类似于人工智能的作用。智能传感器具有自校准和自诊断功能，智能传感器不仅能自动检测各种被测参数，还能行自动调零、自动调平衡、自动校准，智能传感器还能设置自标定功能；具有数据存储、逻辑判断和信息处理功能，能对被测量进行信号调理或信号处理（包括对信号进行预处理、线性化，或对温度、静压力等参数进行自动补偿等）。智能传感器具有组态功能使用灵活，在智能传感器系统中可设置多种模块化的硬件和软件，用户可通过微处理器发出指令，改变智能传感器的硬件模块和软件模块的组合状态，完成不同的测量功能；智能传感器具有双向通信功能，能直接与微处理器（μP）或单片机（μC）通信、使用。 典型产品实例 多功能湿度-温度-露点智能传感器是工业自动化控制系统常用的智能传感器之一。如SHT11/15型高精度、自校准、多功能智能传感器能同时测量相对湿度、温度和露点等参数，兼有数字湿度计、温度计和露点计这三种仪表的功能，可广泛用于工农业生产、环境监测、医疗仪器、通风及空调设备等领域。 SHT11/15型智能传感器系统，外形尺寸仅为7.62mm（长）×5.08mm（宽）×2.5mm（高），质量只有0.1g，其体积与一个大火柴头相近。 SHT11/15型智能传感器是用环氧树脂固封在PCB板上的。SHT11/15型智能传感器表面有一个可与外界交流的窗口，将外界环境中的温度、湿度导入内部的相对湿度传感器和温度传感器。 SHT11/15型智能传感器内部由微型加热器、相对湿度传感器和温度传感器、信号放大器、14位A/D转换器（模数转换）、校准存储器、易失存储器、控制单元、CRC存储器、低电压检测电路、状态寄存器、串行接口等12个功能模块组成。它能完成自动对环境温度、湿度的检测，非电量信号转电量信号，微弱信号的放大，模数转换，信号处理，控制信号输出等功能。SHT11/15型湿度／温度传感器的内部电路框图如图2所示。 由SHT15构成的相对湿度／温度测试系统应用电路如图3所示。该系统能测量并显示出相对湿度、温度和露点。SHT15作为从机，89C51单片机作为主机，二者通过串行总线进行通信。分别用数字显示被测现场的相对湿度、温度、露点。整个系统十分简洁，使用方便。 SHTxx是一种单芯片的相对湿度和温度多传感器模块，包括一个校准数字输出。工业CMOS工艺中的应用专利的微加工技术（CMOSens®技术），确保高的可靠性和出色的长期稳定性。此传感器包括一个电容式聚合物的传感元件相对湿度和温度传感器的能带隙。被测信号经放大后无缝地连接到一个14位模拟数字转换器和一个串行接口电路，这些功能模块集成在同一芯片上，这将导致优异的信号质量传递和处理，快速响应时间和对外部干扰（EMC）不敏感，因而具有一个有竞争力的价格。每个SHTxx是单独校准精确的湿度室与冷镜湿度计作为参考。校准系数编程到OTP存储器。这些系数过程中在内部使用来自传感器的信号的测量来校准。2线串行接口与内部的电压调节可以方便、快捷地在系统集成。它的小尺寸和低功耗使其成为现代自动化工业控制的最终选择，可以使用在最苛刻的环境中。 SHTxx相对湿度／温度测试系统主要技术参数： ● 相对湿度（空气中所含压强与该温度下饱和水蒸气的压强之比，通常用 百分数表示） 测量范围：0％～99.99％RH； 测量精度：±2％RH 分辨率：0.01％RH ● 温度： 测量范围：－40℃～＋123.8℃ 测量精度：±1℃ 分辨率：0.01℃ ● 露点（在水气冷却过程中最初发生结露的温度） 测量精度：＜±1℃ 分辨率：±0.01℃ 小结 智能传感器的品种很多，由于篇幅的关系只能选择其中一二简述，更多的是需要结合实际应用的需要去选择。智能传感器集成信息采集、信息传输和信息处理强大功能，必将成为自动控制的主流选择，工农生产的自动控制需要它，军工航天航空的自动控制需要它，人类的日常生活的电子产品也需要它。智能传感器的前景远大，产品丰富多彩。智能传感器将为人类创造更美好的未来！(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (7/27/2013)