二是集成智能传感器
集成化智能传感器课件1
•热电偶冷端温度补偿 •测量温差 •测量平均温度 •测量温度场 •液晶显示器表面温度监测
基于I2C总线的MAX6626型智能温度传感器
MAX6626将温度传感器、12位A/D转换器、可编程温 度越限报警器和I2C总线串行接口集成在同一个芯片中， 适用于温度控制系统、温度报警装置及散热风扇控制器。 MAX6626的性能特点：
•宽量程；（测量范围宽，并具有很强的过载能力）
•多功能；（能进行多参数靠性；
•高性价比；
•超小型化、微型化；
•微功耗；（有些可用叠层电池甚至纽扣电池供电） •高信噪比。
智能传感器的发展趋势
•采用新技术提高智能化程度；
•单片传感器系统；（将一个可灵活应用的系统集成在一个芯片中）
•网络传感器；（包含数字传感器、网络接口
和处理单元的新一代智能传感器）
•可靠性与安全性设计
二、单片智能温度传感器的原理及应用
温度传感器的发展方向： 单片集成化 产品分类： 1、模拟集成温度传感器： 将温度传感器集成在一个芯片上，可完成温度测量及模拟 信号输出功能的专用IC。 （典型产品：AD590、AD592、TMP17、LM135等） 2、模拟集成温度控制器： 包括温控开关、可编程温度控制器 （典型产品：LM56、AD22105、MAX6509等） 智能化 网络化 单片系统化
ADT70在电阻应变仪中的应用
温度补偿片
输出电压
测量应变片
四、单片硅压力传感器及信号调理器 的原理及应用 普通压阻式压力传感器 硅杯 应变电阻桥路
集成硅压力传感器（ISP）
传感器单元 信号调理 温度补偿 压力修正
MPX2100/4100A/5100/5700系列集成硅压力传感器 美国Motorola公司生产，适合测量管道中的绝对压力 测量范围：
智能传感器及系统集成
智能传感器的功能特点
1、具有逻辑思维与判断、信息处理功能，可对 检测数值进行分析、修正和误差补偿，提高测量 精度。
2、具有自诊断、自校准功能，提高了可靠性。
3、组态功能可以实现多传感器多参数复合测 量，扩大了检测使用范围。
用户可以选择需要的组态。包括检测范围，可编程通/ 断延时，选组计数器，常开/常闭，分辨率选择等。可 使同一类型的传感器工作在最佳状态，并且能在不同 场合从事不同的工作。
2、体形结构腐蚀加工 腐蚀加工有化学腐蚀和离子刻蚀技术两大类。
✓ 化学腐蚀是应用腐蚀剂腐蚀，腐蚀剂有各向同性和各 向异性两种，改变腐蚀剂中氧化剂、去除剂和稀释剂 的成分可以调整腐蚀速率、选择性和表面腐蚀条件。 各向异性腐蚀可形成三维结构。
✓ 离子刻蚀是在真空腔内进行。采用等离子定向刻蚀， 将硅片放在交流电源驱动的电极上，并置于充有含氟 里昂气体的化学反应等离子体中进行。
智能传感器主要由敏感元件、微处理器 及相关电路组成。
智能传感器的原理框图如下
传
信
输
微
通
感
号
入
处
讯
元
调
接
理
接
件
理
口
器
口
微处理器是智能传感器的智能核心，承担了数据收集、数据 存储、数据处理、系统校准、系统补偿等大量硬件难以完成 的工作，从而大大降低了传感器的制造难度，提高了传感器 的性能，降低了成本，提高了传感器的可靠性。
3、查表法
通过计算或实验得到检测值和被检测值的关系， 然后按一定规律把数据排成表格，存入内存单 元。微处理器根据检测的大小查表。
三、数字滤波
1、算术平均滤波
计算连续N个点的采样值的算术平均值作为滤 波器的输出.
智能传感器的原理与应用
智能传感器的原理与应用随着科技的迅速发展，智能传感器在各个领域的应用越来越广泛。
智能传感器是一种能够对环境中的信息进行感知和采集，并将采集到的数据进行处理和传输的设备。
本文将探讨智能传感器的原理以及它在不同领域的应用。
一、智能传感器的原理智能传感器的原理主要包括传感器的感知、采集、处理和传输。
1. 感知感知是指传感器通过各种传感原理获取环境中的信息。
传感器可以利用光电效应、磁敏效应、声波传感等原理感知光线、温度、压力、湿度等多种环境参数。
2. 采集采集是指传感器将感知到的信息转化为电信号或数字信号。
传感器内部的电路和传感元件会将感知到的信息进行转换，如将光信号转化为电流或电压信号。
3. 处理处理是指传感器对采集到的信号进行处理和分析。
传感器内部的处理器会对信号进行滤波、放大、数字化等处理操作，以提高信号的准确性和稳定性。
4. 传输传输是指传感器将处理后的数据传输到外部设备。
传感器可以通过有线或无线方式将数据传输到计算机、云端等，以供进一步的分析和应用。
二、智能传感器的应用智能传感器在各个领域都有广泛的应用，下面以几个典型领域为例进行介绍。
1. 工业领域在工业领域，智能传感器被广泛应用于生产过程的监测和控制。
例如，在汽车制造过程中，智能传感器可以实时监测机器的运行状态和温度变化，以便及时发现问题并进行调整。
此外，智能传感器还可以用于检测机器的维护需求，提前预警，减少停机时间。
2. 城市管理智能传感器在城市管理中也发挥着重要的作用。
例如，在垃圾处理方面，智能传感器可以监测垃圾桶的填充程度，及时提醒相关部门进行清理，提高垃圾处理的效率。
另外，智能传感器还可以感知交通状况，优化红绿灯的控制，减少交通堵塞。
3. 医疗领域在医疗领域，智能传感器的应用有助于提高医疗的精确性和便捷性。
例如，智能传感器可以监测患者的体温、心率等生理参数，并将数据传输到医生的终端设备，实现远程监护和诊断。
此外，智能传感器还可用于智能床垫，监测患者的睡眠质量，提供个性化的睡眠建议。
智能传感器(由来,分类,原理,前景)
简介（由来）1.智能传感器（Intelligent sensor 或 Smart sensor）最初是由美国宇航局1978 年在开发出来的产品。
宇宙飞船上需要大量的传感器不断向地面发送温度、位置、速度和姿态等数据信息，用一台大型计算机很难同时处理如此庞杂的数据，要不丢失数据，并降低成本，必须有能实现传感器与计算机一体化的灵巧传感器。
智能传感器是指具有信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维和判断功能的传感器。
它不仅具有传统传感器的各种功能,而且还具有数据处理、故障诊断、非线性处理、自校正、自调整以及人机通讯等多种功能。
它是微电子技术、微型电子计算机技术与检测技术相结合的产物。
早期的智能传感器是将传感器的输出信号经处理和转化后由接口送到微处理机部分进行运算处理。
80年代智能传感器主要以微处理器为核心,把传感器信号调节电路、微电子计算机存贮器及接口电路集成到一块芯片上,使传感器具有一定的人工智能。
90年代智能化测量技术有了进一步的提高,使传感器实现了微型化、结构一体化、阵列式、数字式,使用方便和操作简单、具有自诊断功能、记忆与信息处理功能、数据存贮功能、多参量测量功能、联网通信功能、逻辑思维以及判断功能。
2.随着微处理器技术的迅猛发展及测控系统自动化、智能化的发展，要求传感器准确度高、可靠性高、稳定性好，而且具备一定的数据处理能力，并能够自检、自校、自补偿。
传统的传感器已不能满足这样的要求。
另外，为制造高性能的传感器，光靠改进材料工艺也很困难，需要利用计算机技术与传感器技术相结合来弥补其性能的不足。
计算机技术使传感器技术发生了巨大的变革，微处理器(或微计算机)和传感器相结合，产生了功能强大的智能式传感器。
定义1.所谓智能传感器(intelligent sensor或smart sensor)，就是一种带有微处理器的兼有检测、判断与信息处理功能的传感器。
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
机器人系统 1920年捷克斯洛伐克作家雷尔 卡佩克发表了科幻 年捷克斯洛伐克作家雷尔.卡佩克发表了科幻 年捷克斯洛伐克作家雷尔 罗萨姆的万能机器人>>。在剧本中， 剧<<罗萨姆的万能机器人 。在剧本中，卡佩克把捷 罗萨姆的万能机器人 克语“ 克语“Robota（农奴）”写成了“Robot”，该剧预告 （农奴） 写成了“ ， 了机器人的发展对人类社会的悲剧性影响， 了机器人的发展对人类社会的悲剧性影响，被当成了 机器人的起源。 机器人的起源。 到了近代 ，不同功能的机器人也相继出现并且活 跃在不同的领域，从天上到地下， 农业、 跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到 农业、 机器人的种类之多，应用之广， 林、牧、渔。机器人的种类之多，应用之广，影响之 是我们始料未及的。从机器人的用途来分， 深，是我们始料未及的。从机器人的用途来分，可以 分为两大类：军用机器人和民用机器人。 分为两大类：军用机器人和民用机器人。
指纹识别 指纹是表皮中的绒线和绒线之间的谷来组成的。 指纹是表皮中的绒线和绒线之间的谷来组成的。 每个人指纹的绒线和谷形成的图案都不一样， 每个人指纹的绒线和谷形成的图案都不一样，指纹识 别就是利用了此种图案的唯一性和差异性。 别就是利用了此种图案的唯一性和差异性。 指纹是每个人所特有的生物信息， 指纹是每个人所特有的生物信息，拥有一生都不 会变化的特性。 会变化的特性。指纹识别就是利用这些指纹信息进行 个人的认证及个人间的区分。而且避免了密码， 个人的认证及个人间的区分。而且避免了密码，卡中 发生的遗失，盗用等风险， 发生的遗失，盗用等风险，而且优秀的保安性和方便 性等原因，次世代保安技术领域中广泛被应用。 性等原因，次世代保安技术领域中广泛被应用。
智能传感器的结构框图 智能传感器根据敏感元件的不同具有不同的名称 和用途。 和用途。虽然各种智能传感器的硬件组合方式以及软 件分析过程不同，但是总体结构大致相同。 件分析过程不同，但是总体结构大致相同。 以智能压力传感器为例： 以智能压力传感器为例：
传感器与检测技术 第十章 智能传感技术教程文件
第10章 智能传感技术
(四)自补偿、自检验及自诊断 智能传感器系统通过自补偿技术可以改善其动态 特性，但在不能进行完善实时自校准的情况下，可以采 用补偿法消除因工作条件、环境参数发生变化后引起系 统特性的漂移，如零点漂移、灵敏度漂移等。同时，智 能传感器系统能够根据工作条件的变化，自动选择改换 量程，定期进行自检验、自寻故障及自行诊断等多项措 施保证系统可靠地工作。
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第10章 智能传感技术
(2)周期性自检 若仅在开机时进行一次性的自检，而自检项目又不 能包括系统的所有关键部位，那就难以保证运行过程中 智能传感器始终处于最优工作状态。因此，大部分智能 传感器都在运行过程中周期性地插入自检操作，称作周 期性自检。在这种自检中，若自检项目较多，一般应把 检查程序编号，并设置标志和建立自检程序指针表，以 此寻找子程序入口。周期性自检完全是自动的，在测控 的间歇期间进行，不干扰传感器的正常工作。除非检查 到故障，周期性自检并不为操作者所觉察。
图10-3 集成智能传感器结构示意图
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第10章 智能传感技术
(三)混合实现 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，以不同的组合方式 集成在两块或三块芯片上，并装在一个外壳里。
图10-4 智能传感器的混合集成实现结构
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第10章 智能传感技术
二、智能传感器功能的实现
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第10章 智能传感技术
(3)键控自检 键控自检是需要人工干预的检测手段。对那些不能 在正常运行操作中进行的自检项目，可通过操作面板上 的“自检按键”，由操作人员干预，启动自检程序。例 如，对智能传感器插件板上接口电路工作正常与否的自 检，往往通过附加一些辅助电路，并采用键控方式进行。 该种自检方式简单方便，人们不难在测控过程中找到一 个适当的机会执行自检操作，且不干扰系统的正常工作。 智能传感器内部的微处理器，具有强大的逻辑判断 能力和运行功能，通过技术人员灵活的编程，可以方便 地实现各种自检项目。
基于集成电路的智能传感器设计与应用
基于集成电路的智能传感器设计与应用近年来，随着人工智能的兴起和传感器技术的不断发展，智能传感器在各个领域中扮演着越来越重要的角色。
基于集成电路的智能传感器具有成本低、功耗低、体积小、性能高等优点，广泛应用于智能家居、物联网、智慧城市等领域。
本文将介绍基于集成电路的智能传感器的设计思路和应用案例。
一、基于集成电路的智能传感器的设计思路1. 硬件设计智能传感器的硬件设计主要包括传感器模块的选型、滤波电路的设计、放大电路的设计等。
传感器模块的选型是智能传感器设计的基础和关键，需要根据应用场景和要求选取合适的传感器模块。
在电路设计中，需要加入各种保护电路，如过压保护、过流保护、温度保护等，以确保传感器的安全运行。
2. 软件设计智能传感器的软件设计主要包括传感器的信号处理算法、数据采集和传输等。
传感器信号处理算法的设计决定了传感器的灵敏度和精度，需要充分考虑环境因素和噪声的影响。
数据采集和传输是智能传感器的重要功能之一，需要通过高效的数据处理和传输方式将采集到的数据传输到指定的平台，以实现数据的分析和应用。
二、基于集成电路的智能传感器的应用案例1. 智能家居智能家居是智能传感器的重要应用场景之一，智能传感器可以实现家庭环境的智能控制和监测。
例如，智能温控器可以通过传感器采集室内温度、湿度、CO2等数据，智能控制空调、加湿器、净化器等家电设备，实现舒适的室内环境。
智能传感器还可以实现家庭安全监测和预警，如智能门锁、智能火灾探测器、智能安防系统等。
2. 物联网物联网是未来智能化的重要发展方向，智能传感器作为物联网的重要组成部分，可以实现物联网中的数据采集、传输、处理和控制。
例如，在农业领域，智能传感器可以采集土壤湿度、温度、环境气象等数据，帮助农民进行精准灌溉，提高农作物产量和质量。
在城市管理中，智能传感器可以监测道路交通、空气质量、垃圾清理等情况，实现智慧城市的建设和管理。
3. 智慧医疗智慧医疗是智能传感器的重要应用领域之一，智能传感器可以实现病人健康监测、医疗设备管理等功能。
智能集成温度传感器及其应用
(5) 智能集成温度调理补偿器 智能集成温度调理补偿器包括智能集成热电阻信号 调理器和智能集成热电偶冷端温度补偿器。前者与 热电阻适配，能将电阻信号转换成适当形式，并可 进行多方面调理，如线性化、放大、引线电阻误差 消除等。典型产品有美国ADI推出的ADT70。智能 集成冷端温度补偿器内部包含智能温度传感器，用 来对热电偶冷端进行温度补偿；同时，往往还兼有 信号调理功能，大大方便简化了热电偶测温系统的 设计开发。智能冷端温度补偿器有通用型和专用型 之分，专用型只能与特定热电偶适配，如 MAX6674/6675。
MAX6626工作时，首先由温度传感器产生一个与 热力学温度成正比的电压信号UPTAT，带隙 (bandgap)基准电压源还输出一个进行数/模转换 所需要的基准电压UREF，然后由A/D转换器将 UPTAT信号转换成与摄氏温度成正比的数字信号， 并存入温度数据寄存器中，温度/数据转换周期为 133ms。而对I2C接口的操作采用与温度转换异步 进行的方式，在读取温度数据时停止温度转换， 当I2C接口中断总线时重新开始转换。若将ADD 端分别与GND、US、SDA和SCL端短接，则可依 次选择地址0、地址1、地址2和地址3，因此在总 线上最多可接4片MAX6626。 MAX6626主要适用于温度测控系统、温度报警装 置及散热风扇控制器，其典型应用接口电路如图 3.21(b) 所示。
3.4.1 智能集成温度传感器概述
1. 智能集成温度传感器产品种类 (1) 模拟集成温度传感器 集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，又 称硅传感器，问世于20世纪80年代。它将温度传感 器集成在一个芯片上，可实现温度测量并以模拟形 式输出信号。其主要特点是功能单一(仅测量温度)、 测量误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、 体积小，微功耗。适合于远距离测温、控温，不需 要非线性校准，外围电路简单。典型产品有AD590、 TMP17国半导体公司(NSC)生产的基于SPI总线的智能传感器，采 用SO-8封装，其内部结构如图3.23(a) 所示。LM74测温范围为55℃～+125℃，在-10℃～+65℃内测温精度最大可达±2.25℃，分 辨率达0.0625℃，温度/数据转换时间为280ms。LM74具有与Micro Wire总线兼容的三线串行接口(SI/O、SC、CS)，在任何情况下，主 机可访问LM74并读取其温度数据，而利用CS可实现片选。LM74具 有连续转换和待机两种工作模式，在两次数据操作之间选择待机模式， 能节省耗电。LM74主要用于构成PC机、打印机的温度检测系统，虽 然外围电路简单，价格低廉，但用于温度控制系统时需要适配相应的 控制电路，图3.23(b)是LM74与Intel公司16位单片机Intel196之间的适 配电路。
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第14章 智能式传感器 ③ 自适应、自调整功能。可根据待测物理量的数值大小及 变化情况自动选择检测量程和测量方式，提高了检测适用性。
④ 组态功能。可实现多传感器、多参数的复合测量， 扩大 了检测与使用范围。 ⑤ 记忆、存储功能。可进行检测数据的随时存取，加快了 信息的处理速度。 ⑥ 数据通讯功能。智能化传感器具有数据通讯接口， 能与 计算机直接联机，相互交换信息，提高了信息处理的质量。
0路测环境温度 修正应力误差 1-6路测应力
图14 – 2 智能式应力传感器的硬件结构图
第14章 智能式传感器
智能式应力传感器具有测量、程控放大、转换、处理、模拟 量输出、打印键盘监控及通过串口与计算机通信的功能。
软件采用模块化和结构化的设计方法，软件结构如图
第14章 智能式传感器
对各个应力传 感器的信号进 行分析，判断 机翼的工作状 态及是否存在 损伤或故障
开机
自检、初始化、 通道选择以及各 个功能模块调用 的功能 控制RS232串行 通信口和上位 微机发通信
通信 模块
主程 序模块
数据滤波、 非线性补 偿、 信号 处理、误 差修正以 及检索查 表
信号 处 理模 块
信号 采 集模 块
故障 诊断模键盘 输入及 输出 及打印 块 显示 模块 模块
查询是否有 键按下
第14章 智能式传器
第14章 智能式传感器
14.1 概述 14.2 传感器的智能化
14.3 集成智能传感器
第14章 智能式传感器
14.1 概 述
14.1.1 智能式传感器的概述 智能式传感器（Intelligent sensor或Smart sensor）：是 一种带有微处理机的，兼有信息检测、信号处理、信息记忆、 逻辑思维与判断功能的传感器，是微处理器 (或微计算机)和 传感器相结合的智能传感器。
3、对不同类型的传感器进行集成，例如集成有压力、温度、湿 度、流量、加速度、化学等敏感单元的传感器，能同时测到环境 中的物理特性或化学参量，用来对环境进行监测。
第14章 智能式传感器 智能化是将传感器 (或传感器阵列 )与信号处理电路和控制电路
集成在同一芯片上。 系统能够通过电路进行信号提取和信号处
第14章 智能式传感器 在智能传感器中，其控制功能、数据处理功能和数据传输 功能尤为重要。 控制功能包括：键盘控制功能、量程自动切换功能、多路与多 路通道切换功能、数据极限判断与越限报警功能、自诊断与自 校正功能。 例：为使智能式传感器具有自校正功能，在传感器系统设计时， 可考虑预留一路模拟量输入通道作自校正用，然后通过计算机 编程实现自校正。
第14章 智能式传感器 14.1.2 智能传感器的功能和构成 和传统的传感器相比， 智能化传感器具有以下功能： ① 逻辑判断、统计处理功能。可对检测数据进行分 析、 统计和修正，还可进行线性、非线性、温度、噪声、 响应时间、 交叉感应以及缓慢漂移等的误差补偿，提高 了测量准确度。 ② 自诊断、自校准功能。可在接通电源时进行开机 自检，可在工作中进行运行自检，并可实时自行诊断测 试，以确定哪一组件有故障，提高了工作可靠性。
理，根据具体情况自主地对整个传感器系统进行自检、自校准 和自诊断，并能根据待测物理量的大小及变化情况自动选择量 程和测量工作方式。 和经典的传感器相比，集成智能传感器能够减小系统的体积， 降低制造成本， 提高测量精度，增强传感器功能， 是目前国际 上传感器研究的热点， 也是未来传感器发展的主流。
显示各路传感器的 数据和工作状态
智能式应力传感器软件结构如图
第14章 智能式传感器
14.3 集成智能传感器
14.3.1 集成智能传感器的发展方向
集成电路和微机械工艺促进了传感器技术的发展， 改变了
传感器作为单纯物理量转换的传统概念。目前，传感器的发展
主要集中在集成化和智能化两个方面。
第14章 智能式传感器 传感器的集成化：指将多个功能相同或不同的敏感器件制作 在同一个芯片上构成传感器阵列。 三个方面的含义：
第14章 智能式传感器 传感器与微处理机结合可以通过以下两个途径来实现： 一是传感器的智能化（一般智能化传感器）---采用微处理机或微 型计算机系统以强化和提高传统传感器的功能， 即传感器与微 处理机可分为两个独立部分，传感器的输出信号经处理和转化后 由接口送到微处理机部分进行运算处理。我国正完成第一类途径 的智能化 二是集成智能传感器---借助于半导体技术把传感器部分与信号预 处理电路、输入输出接口、 微处理器等制作在同一块芯片上， 即成为大规模集成电路智能传感器，简称～。 特点：多功能、 一体化、精度高、适宜于大批量生产、体积小 和便于使用等优点， 它是传感器发展的必然趋势，它的实现将 取决于半导体集成化工艺水平的提高与发展。
第14章 智能式传感器
14.2.2 传感器的智能化实例
图14-2是智能式应力传感器的硬件结构图。 智能式应力传感器----用于测量飞机机翼上各个关键部位的应力大 小，并判断机翼的工作状态是否正常以及故障情况。
第14章 智能式传感器 4个应变片构成的全桥电路和 前级放大器组成 数据处理和控制 单元
14.2 传感器的智能化
14.2.1 传感器的智能化概念 一般智能传感器的构成：主要由传感器、微处理器及其相关电路 组成。 被测量传感器电信号→信号调理电路中, 进行滤波、放大、模-数 转换后微处理机中 ---- 进行测量数据计算、存储、数据处理 →实 现智能 充分发挥各种软件的功能, 完成硬件难以完成的任务→传感器制 造的难度↓,传感器的性能↑, 成本↓ 。
1、将多个功能完全相同的敏感单元集成在同一个芯片上，用来 测量被测量的空间分布信息，例如压力传感器阵列或我们熟知的 CCD器件； 2、对多个结构相同、功能相近的敏感单元（如不同气敏传感元 进行）集成，对组成混合气体的各种成分同时监测，提高气敏传 感器的测量精度; 或将不同量程的传感元集成在一起， 可以根据 待测量的大小在各个传感元之间切换，在保证测量精度的同时， 扩大传感器的测量范围；
第14章 智能式传感器 计算机软件的作用：增强了传感器的功能， 提升了传感器 的性能。能够实现硬件难以实现的功能，以软件代替部分硬件， 可降低传感器的制作难度。
智能式传感器系统一般构成框图：
核心是微型机---可以是单片机、单板机，也可以是微型计算机 系统。
图14 – 1 智能传感器的结构框图
第14章 智能式传感器