传感器集成化、智能化和网络化
2024年智能传感器
智能传感器智能传感器是一种集成了传感器、微处理器、计算和通信技术的设备，它能够感知、处理和传递环境信息，为各种应用提供智能化服务。
本文将介绍智能传感器的基本概念、工作原理、主要类型、应用领域以及发展趋势。
一、基本概念智能传感器是一种具有信息处理能力的传感器，它不仅能够感知环境信息，还能够对信息进行处理和分析，从而实现对环境的智能监测和决策。
智能传感器通常由传感器、微处理器、存储器、通信接口等部分组成，它们通过协同工作，实现对环境信息的全面感知和处理。
二、工作原理智能传感器的工作原理主要包括数据采集、数据处理和结果输出三个环节。
传感器采集环境信息，将其转换为电信号；然后，微处理器对采集到的数据进行处理和分析，提取出有用信息；智能传感器将处理结果通过通信接口输出，供其他设备或系统使用。
三、主要类型根据不同的应用场景和需求，智能传感器可以分为多种类型。
常见的智能传感器类型包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光敏传感器、声音传感器、气体传感器等。
这些传感器可以单独使用，也可以组合使用，以满足不同的监测需求。
四、应用领域智能传感器在各个领域都有广泛的应用，包括工业自动化、智能家居、环境监测、医疗健康、交通物流等。
在工业自动化领域，智能传感器可以用于生产线上的质量检测、设备故障诊断等；在智能家居领域，智能传感器可以用于室内环境监测、安全防范等；在环境监测领域，智能传感器可以用于大气、水质、土壤等环境参数的实时监测；在医疗健康领域，智能传感器可以用于生理参数的监测、疾病诊断等；在交通物流领域，智能传感器可以用于车辆监测、货物跟踪等。
五、发展趋势总结智能传感器作为一种具有信息处理能力的传感器，在各个领域都有广泛的应用。
随着科技的不断发展，智能传感器将不断进步，实现更加智能化的监测和决策。
一、工业自动化领域的应用智能传感器在工业自动化领域中的应用非常广泛，它们是实现智能制造的关键技术之一。
在生产线上的质量检测环节，智能传感器可以实时监测产品的尺寸、重量、颜色等参数，确保产品质量符合标准。
工况监测传感器技术最新进展
工况监测传感器技术最新进展一、工况监测传感器技术概述工况监测传感器技术是指通过各种传感器对机械设备的运行状态进行实时监测的技术，它能够为设备的维护、故障预防和性能优化提供重要数据支持。
随着工业自动化和智能化的发展，工况监测传感器技术在现代工业生产中扮演着越来越重要的角色。
本文将探讨工况监测传感器技术的最新进展，分析其发展趋势和应用前景。
1.1 工况监测传感器技术的核心特性工况监测传感器技术的核心特性体现在以下几个方面：- 实时性：传感器能够实时采集设备运行数据，为监测系统提供连续的输入信号。
- 精确性：传感器具有高精度的测量能力，能够准确反映设备的实际工况。
- 可靠性：传感器在各种恶劣环境下都能稳定工作，保证数据的准确性和完整性。
- 智能化：现代传感器技术集成了智能算法，能够对采集的数据进行初步分析和处理。
1.2 工况监测传感器技术的应用场景工况监测传感器技术的应用场景非常广泛，包括但不限于以下几个方面：- 机械故障诊断：通过对设备振动、温度、声音等参数的监测，实现故障的早期诊断。
- 能源管理：监测设备的能耗情况，优化能源使用，降低生产成本。
- 预测性维护：基于传感器数据，预测设备可能出现的故障，提前进行维护。
- 性能优化：通过监测设备性能参数，优化设备运行状态，提高生产效率。
二、工况监测传感器技术的发展历程工况监测传感器技术的发展历程可以概括为以下几个阶段：2.1 初始阶段在初始阶段，工况监测主要依靠简单的机械式传感器，如温度计、压力表等，这些传感器只能提供有限的、离散的测量数据。
2.2 电子化阶段随着电子技术的发展，传感器技术进入电子化阶段，出现了更多类型的电子传感器，如电阻式、电容式传感器，这些传感器能够提供更精确、连续的测量数据。
2.3 数字化阶段进入数字化阶段，传感器技术与计算机技术相结合，传感器不仅能够采集数据，还能进行初步的数据处理和分析。
2.4 智能化阶段当前，工况监测传感器技术正处于智能化阶段，传感器集成了先进的算法，能够实现自我诊断、自我校准，并与物联网、云计算等技术相结合，实现远程监测和智能决策。
智能装备相关知识点总结
智能装备相关知识点总结智能装备的特点1. 高度智能化智能装备利用先进的信息技术，通过传感器、控制系统和通信技术，可以实现对装备设备的智能化管理和控制。
智能装备具有自动化、智能化的特点，能够实现自主学习、自动调节和自适应性控制。
2. 高度集成化智能装备集成了多种先进的信息技术，如传感器技术、无线通信技术、人工智能技术等，通过集成化设计，可以实现设备之间的互联互通，提高设备之间的协同性和整体效率。
3. 高度网络化智能装备利用先进的通信技术，可以实现对设备的远程监控和操作。
通过网络化设计，可以实现设备之间的信息共享和实时通讯，提高管理的便捷性和效率。
4. 高度智能化智能装备通过自主学习、自动调节和自适应性控制，可以实现对设备的智能化控制和管理。
通过智能化设计，可以实现设备的自动化运行和管理，提高工作效率和管理水平。
智能装备的应用领域1. 军事领域在军事领域，智能装备可以实现对武器装备的智能化管理和控制，提高作战效率和战场指挥的水平。
同时，智能装备还可以实现对军事设施的远程监控和管理，提高保障和后勤保障的效率和精确度。
2. 工业领域在工业领域，智能装备可以实现对生产设备的智能化管理和控制，提高生产效率和质量水平。
同时，智能装备还可以实现对生产环境的远程监控和管理，提高安全生产和环境保护的效率和精确度。
3. 医疗领域在医疗领域，智能装备可以实现对医疗设备的智能化管理和控制，提高诊断治疗的效率和准确性。
同时，智能装备还可以实现对医疗环境的远程监控和管理，提高医疗卫生的管理水平和服务质量。
智能装备的发展趋势1. 多元化发展随着信息技术的不断发展，智能装备将会向着多元化发展，通过集成各种先进的信息技术，实现多功能多用途的智能装备。
同时，智能装备还将会向着模块化设计，实现按需组装和定制化生产。
2. 高度智能化智能装备将会向着更高的智能化水平发展，通过引入先进的人工智能技术，实现对装备的智能化学习和自动调节，提高设备的智能化控制和管理水平。
网络传感器的类型
能的多个传感器，如，美国霍尼韦尔公司， 80 年代初期生产的ST3000型智能压力(差)和温度变送器，就是在一块硅片上制作了感受压 力、 压差及温度三个参量的，具有三种功能(可测压力、 压差、温度) 的敏感元件结构的传感器。不仅增加了传感器的功能， 而且可以通过 采用数据融合技术消除交叉灵敏度的影响， 提高传感器的稳定性与精
传 感 器 的 俗 称 。 而 Johan H.Huijsing 在 “ Integrated Smart
Sensor” 一 文 中 按 集 成 化 程 度 的 不 同 ， 分 别 称 为 “ Smart Sensor”、 “Integrated Smart Sensor”。 对“Smart Sensor”的
先分别由宏观机械加工金属圆膜片与圆柱状环，然后把二者粘贴形成
周边固支结构的“金属杯”，再在圆膜片上粘贴电阻变换器(应变片) 而构成压力(差)传感器，这就不可避免地存在蠕变、迟滞、非线性特 性。采用微机械加工和集成化工艺， 不仅“硅杯”一次整体成型，而 且电阻变换器与硅杯是完全一体化的。进而可在硅杯非受力区制作调 理电路、微处理器单元，甚至微执行器， 从而实现不同程度的， 乃 至整个系统的一体化。
能与微处理器方便地接口。免去A/D转换器，对于节省芯片面积、简
化集成化工艺，均十分有利。
7. 使用极其方便， 操作极其简单 它没有外部连接元件，外接连线数量极少，包括电源、通讯线 可以少至四条，因此，接线极其简便。它还可以自动进行整体自校 ， 无需用户长时间地反复多环节调节与校验。“智能”含量越高的 智能传感器， 它的操作使用越简便， 用户只需编制简单的使用主程 序。这就如同“傻瓜”照相机的操作比不是“傻瓜”照相机的经典 式照相机要简便得多一样的道理。 根据以上特点可以看出：通过集成化实现的智能传感器，为达 到高自适应性、高精度、高可靠性与高稳定性，其发展主要有以下 两种趋势
机械设计中的传感器与执行器技术
机械设计中的传感器与执行器技术机械设计中的传感器与执行器技术在现代工业中起着至关重要的作用。
随着科技的不断发展，传感器和执行器的应用越来越广泛。
本文将介绍机械设计中传感器和执行器的定义、原理、应用以及未来的发展趋势。
一、传感器与执行器的定义与原理1. 传感器的定义与原理传感器是一种能够将物理量（如温度、压力、光线强度等）转换为电信号或其他可识别的信号的装置。
它具有感受物理量的能力，并将其转化为可以被机械系统或电子设备处理的信号。
传感器的原理通常基于电磁、压阻、光电等物理效应。
2. 执行器的定义与原理执行器是根据输入信号完成某种特定动作的装置。
它接收控制信号并将其转化为机械工作能力。
执行器的原理有很多种，包括电磁、液压、气动等。
二、传感器与执行器在机械设计中的应用1. 传感器在机械设计中的应用传感器在机械设计中应用广泛，它可以实时监测和测量各种物理量。
以下是几个典型的应用示例：（1）温度传感器：用于测量机械设备的温度，以保证设备正常运行。
（2）压力传感器：常用于测量液压、气压等系统的压力，以保证系统工作正常。
（3）位移传感器：用于检测物体的位置变化，常用于机器人、自动化生产线等领域。
（4）光电传感器：用于接收光信号，常用于自动化设备的检测、定位等。
2. 执行器在机械设计中的应用执行器在机械设计中承担着控制和驱动的功能，以下是几个常见的应用示例：（1）电动执行器：用于控制机械系统的运动，如电机、电动推杆等。
（2）液压执行器：通过液压传动系统实现力的放大和运动控制，常用于工程机械、航空航天等领域。
（3）气动执行器：通过气压传动系统实现力的传递和控制，常用于自动化设备、机械手臂等。
三、传感器与执行器技术的发展趋势随着科技的不断进步，传感器与执行器技术也在不断发展。
以下是未来传感器与执行器技术的一些发展趋势：1. 智能化与网络化传感器与执行器将趋向于智能化和网络化。
通过集成更多的智能算法和通信技术，传感器和执行器能够与其他设备进行互联，实现智能控制和监测。
传感器集成化的例子
传感器集成化的例子
传感器集成化是指将多个不同类型的传感器整合到一个系统中，以实现更全面、多功能的感知和监测。
以下是一些传感器集成化的例子：
1.智能手机：
智能手机集成了多种传感器，如加速度计、陀螺仪、磁力计、光传感器和GPS等，用于实现方向感知、运动跟踪、环境光控制和位置定位等功能。
2.汽车驾驶辅助系统：
现代汽车配备了多种传感器，包括雷达、摄像头、超声波传感器和激光雷达等，用于实现自动驾驶、停车辅助、碰撞避免等功能。
3.智能家居系统：
智能家居系统集成了温度传感器、湿度传感器、运动传感器和声音传感器等，以实现智能温控、智能照明、安防监控等功能。
4.医疗设备：
医疗设备如健康手环、智能血压计集成了心率传感器、加速度计、血压传感器等，用于监测用户的健康状况。
5.工业生产监测系统：
在工业领域，传感器集成用于监测生产线上的温度、湿度、压力、流量等参数，以提高生产效率和质量。
6.环境监测系统：
用于城市环境监测的系统集成了空气质量传感器、噪音传感器、光照传感器等，用于实时监测环境状况。
7.农业智能化：
农业领域采用传感器集成化技术，通过土壤湿度传感器、气象传感器等监测农田状况，实现精准农业管理。
8.航空航天系统：
飞机和卫星系统中集成了各种传感器，如惯性导航传感器、气象雷达、红外线传感器等，用于导航、飞行控制和气象监测。
这些例子展示了传感器集成化在不同领域的应用，提高了系统的智能性和综合性能。
汽车传感器行业行业痛点与解决措施
汇报人： 2023-12-28
目录
• 行业痛点 • 解决措施 • 案例分析 • 未来展望
01
行业痛点
技术难题
01
精度和可靠性
汽车传感器需要高精度和可靠性，以满足汽车安全性和性能的要求。然
而，由于技术限制，实现高精度和可靠性的传感器存在一定的难度。
02 03
集成化与小型化
技术竞争
汽车传感器技术不断更新换代，企业需要不断投 入研发力量以保持技术领先地位。
品牌竞争
汽车传感器品牌之间的竞争也较为激烈，企业需 要加强品牌建设和推广以提高知名度。
法规遵从
安全性要求
汽车传感器需要符合相关国家和地区的法规要求，确保汽车安全 性能。
环保要求
汽车传感器需要符合相关国家和地区的环保法规要求，确保汽车的 环保性能。
智能化
02
传感器技术将与人工智能、机器学习等技术结合，提升传感器
数据处理和决策能力。
无线化
03
无线传感器网络将逐渐应用于汽车中，简化布线结构，提高系
统可靠性。
成本优化方向
1 2
批量生产
通过提高传感器生产规模，降低单位成本。
材料优化
采用新型、低成本材料，降低传感器制造成本。
3
工艺改进
引入先进的制造工艺和技术，提高生产效率。
在汽车传感器行业中，法规应对的案例包括及时了解和掌 握国内外法规动态、加强内部合规管理、积极应对监管部 门的检查和审核等。这些措施有助于降低企业的法律风险 ，保护企业的合法权益，实现长期稳定发展。
04
未来展望
技术发展趋势
集成化
01
随着汽车电子化程度的提高，传感器将趋向于高度集成，实现
现代信息技术的三大支柱是传感器技术
传感器技术发展动态与展望现代信息技术的三大支柱是传感器技术、通信技术和计算机技术, 它们分别完成对被测量的信息提取、信息传输及信息处理。
目前, 信息传输与处理技术已取得突破性进展, 然而传感器的发展相对滞后。
在今天信息时代, 各种控制系统自动化程度、复杂性以及环境适应性(如高温、高速、野外、地下、高空等)要求越来越高, 需要获取的信息量越来越多,它不仅对传感器测量精度、响应速度、可靠性提出了很高的要求, 而且需求信号远距离传输。
显然,传统的传感器已很难满足要求,发展集成化、微型化、智能化、网络化传感器将成为传感器技术的主流和方向。
传感器的集成化传感器的集成化是利用集成电路制作技术和微机械加工技术将多个功能相同、功能相近或功能不同的传感器件集成为一维线型传感器或二维面型(阵列)传感器;或利用微电子电路制作技术和微型计算机接口技术将传感器与信号调理、补偿等电路集成在同一芯片上。
前一种集成具体可分为三种类型:(1)将多个功能相同的敏感元件集成在同一芯片上,检测被测量的线状、面状、甚至体状的分布信息,例如固态图像传感器(CCD阵列光敏器件,它不仅在自动化生产线上发挥“视觉”作用(例如纺织品质量检查及大规模集成电路图形检查等),而且在天文罗盘、星体跟踪、卫星遥感装置上也开始应用。
(2)将多个结构相似、功能相近的敏感元件集成在同一芯片上,在保证测量精度的扩大传感器的测量范围。
例如将不同气敏元件集成在一起组成,利用各种气敏元件对不同气体的敏感效应,采用神经网络及模式识别等先进的数据处理技术,对混合气体的各组分同时监测,得到混合气体的有关信息,同时提高气敏传感器的测量精度。
这种方式还可将不同量程的传感元件进行集成, 根据被测量的大小在各传感元件之间进行切换。
(3)将多个不同功能的敏感元件集成在同一芯片上,使传感器能测量不同性质的参数,实现综合检测。
例如集成压力、温度、湿度、流量、加速度、化学等不同功能敏感元件的传感器,能同时检测外界环境的物理特性或化学特性,从而实现多环境的多参数综合监测。
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物联网传感器技术与应用
2. 其它材料 （1）化合物半导体材料 （2）石英晶体材料 （3）功能陶瓷材料 （4）功能高分子材料
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12.1.2微传感器的加工工艺
1.光刻技术 光刻技术是将设计好的图形转换到硅片上的一种技术，是 加工制造半导体集成电路和集成传感器微图形结构的关键技术。
器信息融合系统瞄准未来信息化战场需求，着眼于提高信息采集
和信息融合能力，突破以往多传感平台只限于单平台多传感部件 的概念。
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2. 在民事领域的应用 （1）移动机器人的感知系统
移动机器人的传感器可分为内部传感器和外部传感器。内部
传感主要有里程计、陀螺仪、磁罗盘及光电编码器等。外部传感
1. 信息融合的层次 （1）数据级融合 （2）特征级融合 （3）决策级融合
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2. 信息融合的结构 （1）集中式 （2）分布式 （3）混合式
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12.3.3多传感器信息融合实例
1. 在军事领域的应用
军事应用是多传感器信息融合技术诞生的奠基石。多传感
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2.几种代表性现场总线技术
（1）基金会现场总线（FF）
（2）Lonworks总线
（3）Profibus总线
（4）CAN总线
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3.现场总线的应用实例 传统锅炉运行热效率低，浪费能源，污染环境。锅炉自 动化改造的任务非常迫切，利用现场总线可以使锅炉的控制 达到最佳状态。
5.半导体掺杂
半导体常用的掺杂技术主要有两种，分别为扩散和离子注入。
6. LIGA技术 LIGA是一种基于X射线光刻技术的MEMS加工技术，主要包括 X光深度同步辐射光刻，电铸制模和注模复制三个工艺步骤。
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12.1.3硅电容式集成压力传感器
图12.1所示为硅电容式集成压力传感器的示意图，图中的 膜片是硅材料的敏感膜片。图12.1是差动输出结构，核心部件 是一个对压力敏感的电容器Cp和固定的参考电容Cref。
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物联网系列教材荣获陕西省高等教育教学成果二等奖
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第12章 传感器集成化、智能化和网络化
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传感器不仅可以单独使用，还可以构成传感器的网络，传感 器是朝着集成化、智能化和网络化的方向发展。随着物联网时代
测量和控制技术将是一个重大进展。智能传感器代表着传感技术 今后发展的大趋势，这已是全球仪器仪表界共同瞩目的研究内容。
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12.3
多传感器信息融合技术
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12.3.1多传感器信息融合的基本原理
多传感器信息融合是20世纪80年代兴起的技术。多传感器信息
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12.1.4硅微机械三轴加速度传感器
一种硅微机械三轴加速度传感器的外形结构如图12.2（a） 所示，它有四个敏感质量块，采用表面加工和体加工相结合的 加工工艺。质量块连接敏感梁，敏感梁具有非常小的刚度，能 够感知加速度。
主要包括视觉传感器、激光测距传感器、超声波传感器、红外传
感器、接近传感器等。
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（2）移动机器人多传感器信息融合的实现 不同的传感器集成在移动机器人上，构成了多传感器信息融 合的感知系统。多传感器信息融合方法主要包括：加权平均法、
Kalman滤波、Bayes估计、模糊逻辑、神经网络以及基于行为方
随着车的移动始终向着卫星，从而达到稳定接收的目的。
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（1）天线伺服跟踪系统
天线伺服系统的基本工作原理就是根据接收信号的强弱变
化控制俯仰和方位电机转动，从而调整天线的俯仰和方位角度， 使天线达到信号的正常接收。
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融合技术将各种传感器进行多层次、多空间的信息互补和优化组
合处理，在这个过程中要充分利用多源数据，进行合理支配和使 用。信息融合的最终目标则是基于各传感器获得的分离观测信息， 通过对信息多级别、多方面组合，导出更多有用信息。
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12.3.2多传感器信息融合的层次和结构
法和基于规则方法等。应用这些方法可以进行数据层、特征层以 及决策层的融合，也可以实现测距传感器信息、内部航迹推算系 统信息、全局定位信息之间的信息融合，从而使移动机器人做出 正确的判断与决策。
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12.4
传感器网络化
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12.4.1传感器网络的发展历史
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12.1.1微传感器的材料
1. 半导体硅材料
半导体硅材料不仅是大规模集成电路的支柱，同时也 是传感器使用的主要敏感材料。微传感器采用的硅材料包 括单晶硅、多晶硅、非晶硅、硅-蓝宝石、碳化硅等。
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（1）单晶硅 单晶硅是硅的单晶体。 （2）多晶硅 多晶硅是许多单晶（晶粒）的聚合物。 （3）非晶硅 非晶硅是单质硅的一种形态。 （4）硅-蓝宝石 硅-蓝宝石材料是一种在蓝宝石衬底上应用外延生长 技术形成的硅薄膜。 （5）碳化硅
（3）软件。
（4）人工智能材料的应用。
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12.2.2智能传感器的构成和实现
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1. 非集成化实现 非集成化智能传感器是将传统的经典传感器、信号调理电路、 带数字总线接口的微处理器组合为一个整体，构成一个智能的传 感器系统，其框图如图12.5所示。
以不同的组合方式集成在两或三块芯片上，并装在一个外壳里。
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12.2.3智能传感器的典型实例
1. 光电式智能压力传感器 该传感器使用了一个红外发光二极管和两个光敏二极管， 通过光学方法测量压力敏感元件（膜片）的位移。二极管的非线 性、膜的非线性可由微处理器修正，这就是智能化传感器的设计
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MEMS是微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）的 英文缩写，是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通
讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。MEMS的概
念是1980年代出现的，MEMS已从初期的探索和研究阶段，迅速 发展为目前的量产、实用和开辟新应用阶段。
途径。
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2. 智能质量流量传感器系统
3. 智能的天线伺服跟踪系统
当天线用来捕捉天空中微弱的电磁波时，为了提高信号的接 收质量，一些高增益的天线配有天线伺服系统。伺服系统是精确 跟随或复现某个过程的反馈控制系统。例如，车用卫星接收机的 天线有一套伺服跟踪系统，在伺服跟踪系统的控制下天线的朝向
探测周围诸多的环境参数。
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1. 智能微尘的产生 20世纪90年代中期，美国加州大学伯克利分校提出了智能 微尘（Smart Dust）的概念。2001年10月，第二批智能微尘问世。 人们认为，智能微尘的尺寸可以小到1mm以下。
2. 智能微尘的构成
每一粒智能微尘都是由电池、传感器、微处理器、双向无
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物联网传感器技术与应用
12.2
智能传感器
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物联网传感器技术与应用
12.2.1 智能传感器的功能和特点
智能传感器（intelligent sensor或smart sensor）不仅仅是 一个简单的传感器，它带有微处理器，具有采集、处理和交 换信息的能力，是集成化传感器与微处理器相结合的产物。
线电接收装置和软件组成。
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物联网传感器技术与应用
3. 智能微尘的应用 智能微尘监测系统具有获取多方位信息、隐蔽性强、与探 测目标近距离接触等优势，可以部署在战场上。智能微尘还可以 监控病人、小孩或老年人的生活。
采用CAN总线，每个锅炉均有传感器和执行机构，分控
室和中心控制室都有锅炉监控器、仪表和一体化操作站。
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12.4.3智能微尘（Smart Dust）
智能微尘让拥有智能的无线传感器点，可以
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物联网传感器技术与应用
2. 集成化实现 集成化智能传感器是采用微机械加工技术和大规模集成电 路工艺，利用硅作为基本材料制作敏感元件、信号调理电路和微 处理器单元，并将它们集成在一块芯片上。
3. 混合实现
智能传感器的混合实现是根据需要，将系统各个集成化环
节，如敏感单元、信号调理电路、微处理器单元、数字总线接口，
1. 第一代传感器网络
第一代传感器网络出现在20世纪70年代，是由传统的传感 器组成的测控系统，采用点对点传输的接口规范。 2. 第二代传感器网络 第二代传感器网络是基于智能传感器的测控网络。