《智能传感技术》PPT课件

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1、邓俊、吴丽花任课老师：刘桂雄教授，博导邓俊、吴丽花任课老师：刘桂雄教授，博士生导师megxliu@scut.edu.cn《现代传感技术与系统》第十四章智能传感技术1智能传感器概述2智能传感器的关键技术3智能传感器系统的总线标准4智能传感技术新发展传统传感器是指：能感受规定的被测量，定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常由敏感元件和转换器件组成。智能传感器定义为：集成有传感器，带有微处理器，具有信息监测与处理功能的器件或装置叫智能传感器。智能传感器是由传统的传感器和微处理器(或微计算机)相结合而构成的．它充分利用微处理器的计算和存储能力，对传感器的数据进行处理．并能对它

2、的内部行为进行调节．使采集的数据最佳。知识点1什么是智能传感器微处理器是智能传感器的核心，它不但可以对传感器的测量数据进行计算、存储、数据处理，还可以通过反馈回路对传感器进行调节。由于微处理器充分发挥各种软件的功能，可以完成硬件难以完成的任务，从而大大降低了传感器制造的难度，提高传感器的性能，降低成本。智能传感器比传统传感器在功能上有极大提高，几乎包括仪器仪表的全部功能，主要表现在：⑴逻辑判断、统计处理功能⑵自检、自诊断和自校准功能⑶软件组态功能⑷双向通信和标准化数字输出的功能⑸人机对话功能⑹信息存储与记忆功能这些功能决定了智能传感器具有高的准确性、灵活性、可靠性以及性价

3、比。知识点2智能传感器的基本功能智能传感器具有通过软件对前端传感器进行非线性的自动校正功能，即能够实现传感器输入-输出的线性化。智能传感器线性化校正原理框图智能传感器输入-输出特性线性化原理知识点3如何处理非线性问题非线性自动校正方法主要有查表法、曲线拟合法和神经网络法三种1.查表法查表法是一种分段线性插值方法。根据准确度要求对非线性曲线进行分段，用若干折线逼进非线性曲线。插值表达式的通式为：Yi=xi=xk+(xk+1-xk)(ui-uk)/uk+1-uk2.曲线拟合法曲线拟合法通常采用n次多项式来逼近反非线性曲线，多项式方程的各个系数由最小二乘法确定。步骤如下：①对传

4、感器及其调理电路进行静态试验标定，得到校准曲线。②设反非线性曲线拟合多项式方程为：Xi(ui)=a0+a1ui+a2ui2+…+anuin③根据最小二乘法原则求解待定系数。曲线拟合法的缺点在于当有噪声存在时，利用最小二乘法原则确定待定系数时可能会遇到病态而无法求解。智能传感器自诊断技术俗称“自检”，要求对智能传感器自身各部件，包括软件和硬件进行检测，如ROM、RAM、寄存器、插件、A/D及D/A转换电路及其它硬件资源等的自检验，以及验证传感器能否正常工作，并显示相关信息。对传感器进行故障诊断主要以传感器的输出值为基础的，主要有：①硬件冗余诊断法②基于数学模型的诊断法③基于

5、信号处理的诊断法④基于人工智能的故障诊断法知识点4如何进行自检参数估计诊断法状态估计诊断法直接信号比较法基于主成分分析基于小波变换的诊断方法基于专家系统的诊断方法基于神经网络的诊断方法传感器的电磁兼容性是指传感器在电磁环境中的适应性，它要求传感器在同一时空环境的其它电子设备相互兼容，既不受电磁干扰的影响，也不会对其它电子设备产生影响。抑制传感器电磁干扰可以从以下几个方面考虑：一是削弱和减少噪声信号的能量；二是破坏干扰的路径；三是提高线路本身的抗干扰能力。提高抗干扰能力具体方法有以下几种：一是电磁屏蔽：是抑制干扰耦合的有效途径；二是接地：是消除传导干扰耦合的重要措施；三

6、是元器件选择：采用降额原则并选择高精密的元器件；四是合理设计电路板：尽量减少闭合回路所包含的面积。知识点5怎样提高传感器抗干扰能力？1-Wire总线采用一种特殊的总线协议，通过单条连接线解决了控制、通信和供电问题，是具备电子标识、传感器、控制和存储等多种功能的器件。其适用于单个主机系统控制一个或多个从机设备，在分布式低速测控系统中有着广泛应用。1-wire总线具有以下特点：结构简单成本低节省I/O口资源便于总线扩展和维护知识点61-Wire总线的特点是什么？1.1-Wire单总线器件的硬件结构1-wire的硬件结构内部等效电路2.1-Wire单总线器件的时序访问1-wir

7、e器件要求遵循标准的1-wire协议，支持16kb/s的正常速率及142kb/s的高速模式。1-wire协议定义了复位脉冲、应答脉冲、写0、写1、读0和读1等几种时序。初始化时序图写1时序图写0时序图读0、1时序图I2C总线是Philips公司20世纪80年代推出的一种用于IC器件之间的二线制串行扩展总线，它可以有效地解决数字电路设计过程中所涉及到的许多接口问题。I2C总线的特点主要表现在以下几个方面：①简化硬件设计，总线只需要两根线串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCI）②器件地址的唯一性每个连接到总线的器件都可以通过唯