新型传感器技术课程报告

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1、新型传感器技术课程报告第一章绪论1.1课题研宄的目的和意义传感器是获取信息的工具，是生产自动化、科学测试、监测诊断等系统屮不可缺少的基础环节。传感器技术是关于传感器设计、制造及应用的综合技术，是信息技术（传感与控制技术、通讯技术和计算机技术）的三大支柱之一。[1][2]传感器位于信息系统的最前端，负责检测/对象0的状态及其相应的物理参量,并及时馈送给控制中心"传感器的特性好坏!输出信息的可靠性对整个系统质量至关重要"而传感器的信号及数据处理功能直接决定了传感器的性能"因此，为适应系统使用的要求，必须加强传感器的信号及数据处理功能.[3]网络技术的发

2、展使得远程监控和数据采集得到了普及。为了适应多点多参数日益复杂的大型控制系统的需要，发展多功能、自适应、可组网的智能传感器，对于工业自动控制领域来说具有很重要的经济价值和实用价值。智能传感器就是由传感器和微处理器及相关的电路组成的传感器。由于微处理器充分发挥了各种软件的功能，可以完成硬件难以完成的任务，从而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。[4]CAN—bus（ControllerAreaNetwork）即控制器局域网，是国际上应用最广泛的现场总线之一。最初CAN总线被设计作为汽车环境中的通讯总线，在车载电子控制装置之间交换信

3、息形成汽车电子控制网络。由于其卓越的性能、极高的可靠性和低廉的价格现已广泛应用于工业现场控制、医疗仪器等众多领域。具有成本低，多主结构，总线利用率高，数据传输距离远（长达10km）,数据传输速率大（高达IMbit/s）,实时性好，错误处理和检测机制可靠等优点。1.2国内外研究概况随着计算机技术，通信技术，网络技术及智能传感技术的发展，在工业控制领域出现了一种新兴的控制技术，即现场总线。它是上述儿种技术的结合,是当今自动化领域技术发展的热点之一。[1°]通过数字通信技术、传感器技术和微处理器技术的融合，把传统的数字信号和模拟信号的混合系统变成全数字信

4、号系统，产生了新一代的现场总线开放性控制系统，其以智能传感器和现场总线为核心。随着现场总线在过程控制，现场设备监控中的发展，CAN总线具冇实时性强、传输距离远、抗电磁干扰能力强,成木低等优点，以其高性能、高可靠性和独立的设计而被广泛应用于机电一体化、医疗器械、楼宇自控、工业控制等领域。提供具有CAN总线接门的筲能传感器，作为网络系统上的一个锊能节点，实现信号传输的数字化，而数字通信的检错功能，可以检测出数字信号在传输中出现的误码,从而提高信号传输精度和数据传输质量。同吋智能传感器运用信息处理技术对采集到的数据进行处理，剔除异常数据，自我诊断，给出故

5、障信息，实现智能化因而具有广阔的应用前景。["]第2章基于CAN总线的智能传感器网络系统总体设计2.1基于CAN总线的网络系统R前,对视频流数据的传输主要以以太网为传输方式。但是用以太网建立较多节点的传感器网络，以太网的冲突检测的载波侦听多路访问协议(CSMA/CD)无法保证数据传输的实时性要求，其采用超时重发机制，单点的故障容易扩散,造成整个传感器网络系统的瘫痪，对某些恶劣的工业环境的适应能力较差。并且,针对一些传感器节点分布范围较广较分散的场景，布设以太网所需成本较高，节点接入网络不方便。而针对一些无需连续地频繁地采集视频数据并进行大量数据传输

6、的场合，以太网的网速优势并不能完全发挥出来。应对上述情况，这里设计一种以CAX总线通信为数据传输方式，采用以嵌入式微处理器为核心对现场视频和温湿度进行采集!处理和传输的智能传感器来组建传2.1.1CAN总线概述感器网络CAN总线的通信网络，与其他通信网络的不冋之处奋两点：一是报文传送中不包含H标地址，它是以全网广播为基础，各接收站根据报文中反映数据性质的标识符过滤报文,该收的收下，不该收的弃而不用，其好处是可在线上挂总线或脱离总线、即插即用、主动发送和多站接收；二是特别强化了对数据安全性的关注,满足控制系统以及对数据有较高耍求的系统的需求。[171

7、2.1.2CAN总线的分层结构及功能CAN的协议是•一种串行通讯协议,能冇效地支持具冇很高安全等级的分布实吋控制。它规定了任意CAN节点之间的兼容性，包括电气特性和数据解释协议。为了达到设计的透明度以及实施的灵活性，根据10S/0S1参考模型如阁2-1所示，CAN总线模型可以细分为物理层和数据链路层:[18][2Q]数据链路层逻辑链路控制子层LLC验收滤波、过载通知、恢复管理介质访问控制子冨11八^〔据包装、解包、帧编码、介质访问管理错误检测、错误标定、应答、串并/并串转换物理层位编码/解码、位定时、同步驱动器/接收器图2-1CAN总线的150/

8、051参考模型的层次结构2.2智能传感器网络系统总体设计与工作原理基于CAN总线的多媒体传感器网络系统由监控中心主计算机、