Az intelligens korszak érkezésével egyre inkább hangsúlyozzák a különféle intelligens érzékelők kutatását és alkalmazását. Az intelligens érzékelőknek gazdag információfeldolgozási képességei is vannak a hagyományos érzékelők alapján, és átfogóbb funkciókat tudnak biztosítani.
Ez a cikk bemutatja az általánosan használt hőmérséklet, nyomás, inerciális, biokémiai és RFID érzékelők jelenlegi kutatási állapotát, valamint az ipari frissítésben és az innovatív alkalmazásokban szereplő kulcsszerepeiket, például a tárgyak internete (IoT), a virtuális valóság (VR), a robotika, az egészségügyi ellátás, stb., És várja az intelligens érzékelők jövőbeli fejlesztési trendjét.
Az intelligens érzékelő (intelligens érzékelő) az érzékelőre utal az információk észlelésével, az információfeldolgozással, az információmemóriával, a logikai gondolkodással és az ítélkezési funkciókkal.
A hagyományos érzékelőkhöz viszonyítva, amelyek csak analóg feszültségjeleket szolgáltatnak, amelyek jellemzik a mérni kívánt fizikai mennyiséget a digitális formában terjesztett információk száma.
Mióta a NASA (NASA) az intelligens érzékelők fogalmát javasolta az 1980 -as években, évtizedek óta a fejlődés után az intelligens érzékelők az érzékelő technológia egyik fő fejlesztési irányává váltak, amely az ország ipari és technológiai kutatási képességeit képviseli.
A jelenlegi intelligens korszak által vezérelt érzékelők fontosságának kiemelkedőbbé vált, nemcsak a "Made in China 2025", a "Németország 2020-as csúcstechnológiai stratégia" és az Európai Unió, az Egyesült Államok, Dél-Korea, Szingapúr stb. , hogy az intelligens várost és más stratégiákat népszerűsítse, hogy fontos támogató szerepet játsszon, de a tárgyak internete, a virtuális valóság (VR), a robotika, az intelligens otthonok, az önjáró autók és más ipari fejlesztés Kulcsszerepet játszik.
Nagyteljesítményű, nagyon megbízható, multifunkcionális komplex automatikus, mérési és vezérlő rendszerek, valamint a tárgyak internetének növekedése és fejlesztése a rádiófrekvencia-azonosítási technológiák alapján, egyre inkább kiemeli az intelligens érzékelők fontosságát az észleléssel, a kognitív képességgel, valamint annak erőteljes és gyors és gyors A sürgősség fejlesztése.
A CMOS-kompatibilis MEMS technológiák fejlesztésével a miniatűr intelligens érzékelők fejlesztése erős technikai támogatást kapott, az intelligens érzékelőipar nagyon fontos történelmi fejlesztési lehetőséggel néz szembe.
Ez a cikk összefoglalja a különféle intelligens érzékelő technológiák és alkalmazások fejlesztési állapotát, és kilátást nyújt a jövőbeli fejlesztési trendről.
1 gazdag és változatos intelligens érzékelők, amelyek
A különféle intelligens alkalmazások igényeinek kielégítése érdekében az érzékelő kategóriák nagyon sokszínűek, például: környezeti érzékelők, inerciális érzékelők, analóg érzékelők, mágneses érzékelők, bioszenzorok, infravörös érzékelők, rezgésérzékelők, nyomásérzékelők, ultrahangos érzékelők és így tovább.
Közülük a következő érzékelőket gyakrabban használják.
Környezetvédelmi érzékelők, főleg gázérzékelők, barometrikus nyomásérzékelők, hőmérséklet -érzékelők, páratartalom -érzékelők és így tovább.A gázérzékelők alkalmazhatók a légtisztítókra, a DUI -monitorokra, a formaldehid detektorokra és más mérgező gázokra az otthoni bútorokban, valamint az ipari kipufogógázok detektáló eszközeire. Ahogy az emberek figyelmet fordítanak a környezeti kérdésekre, a környezeti érzékelők fontossága egyre inkább kiemelkedőbb, és a jövőben nagyon sok a fejlesztés.
Inerciális érzékelők, elsősorban hordható termékekben, például intelligens karkötőkben, intelligens órákban, VR sisakokban és így tovább.A tehetetlenségi érzékelőt a mozgás nyomon követésének és azonosításának észlelésére használják, tájékoztatva a viselőt a testmozgás mennyiségéről, az elfogyasztott kalóriákról és a testmozgás hatásáról.
Mágneses érzékelők, amelyeket főleg háztartási készülékekben használnak, mint például a kávéfőzők, a vízmelegítők, a légkondicionálók stb., A szöget megfordultak, vagy mekkora utazás történt, és általában a műszerfalon jelennek meg. Ezenkívül mágneses érzékelőket is használnak az ajtó mágnesekben és az ablakmágnesekben, stb. A robotok intelligenciájának és pontosságának mágneses érzékelőkre is szükségük van a támogatáshoz.
Analóg érzékelők, amelyeket elsősorban intelligens orvostechnikai eszközökben használnak,Használható bemenetekként olyan jelekhez, mint például a szívverés és az elektrokardiogramok, és megjelenítheti az egészségügyi adatok kimenetelét, hogy a felhasználók megértsék első kézből származó egészségüket és testmozgási adataikat.
Az infravörös érzékelőket gyakran infravörös kamerákban, elsöprő robotokban és más intelligens otthonokban használják.
2 Az intelligens érzékelők műszaki kutatásának előrehaladása
Egy igazán intelligens érzékelőnek a következő funkciókkal kell rendelkeznie:
1) önkalibrálás, ön kalibrálás és automatikus kompenzációs funkciók;
2) automatikus adatgyűjtés, logikai megítélés és adatfeldolgozási funkciók;
3) ön alkalmazkodási és ön alkalmazkodási funkciói;
(4) bizonyos fokú tárolási, azonosítási és információfeldolgozási funkciók;
5) kétirányú kommunikáció, standard digitális kimenet vagy szimbólum kimeneti funkció;
(6) Algoritmikus megítélés, döntéshozatali és feldolgozási funkciók.
Az alábbiakban bemutatjuk az általánosan használt hőmérséklet, nyomás, inerciális, biokémiai és RFID érzékelők példáját az intelligens érzékelési technológia kutatási előrehaladásának bevezetésére.
2.1 Intelligens hőmérséklet -érzékelők
A hőmérséklet -érzékelők fejlődése a következőkön ment keresztülHárom szakasz: a hagyományos diszkrét hőmérséklet -érzékelők, az analóg integrált hőmérséklet -érzékelők és az intelligens hőmérséklet -érzékelők egésze.
A 21. században az intelligens hőmérséklet-érzékelők a nagy pontosságú, többfunkciós, busz-szabványosítás, a nagy megbízhatóság és a biztonság, a virtuális érzékelők és a hálózati érzékelők fejlesztése, a monolitikus hőmérséklet-mérési rendszer és a gyors fejlődés egyéb irányai felé haladnak.
Az aktuális intelligens hőmérséklet-érzékelő hőmérséklet-érzékelőt, A/D konvertert, jelprocesszort, memóriát és interfész áramkört tartalmaz, egyes termékek multiplexerrel, központi vezérlővel, véletlenszerű hozzáférésű tárolással és csak olvasható memóriával is rendelkeznek.
Az intelligens hőmérséklet-érzékelőket a hőmérsékleti adatok kimeneti képessége és a kapcsolódó hőmérséklet-szabályozó térfogat jellemzi, amelyet a különféle mikro-vezérlőkhöz igazítanak, és a szoftveren keresztüli hardveren alapulnak a teszt funkció elérése érdekében, az intelligencia mértéke függ a szinttől a szoftverfejlesztés.
(1) Javítsa a mérési pontosságot és a felbontást
A legkorábbi intelligens hőmérsékleti érzékelők a -1990 közepén kezdődtek, a 8- bit A/D konverter használatával, a hőmérséklet -mérési pontosság alacsony, a felbontás csak 1 fokot érhet el.
Jelenleg a külföldi országok számos nagy pontosságú, nagy felbontású intelligens hőmérsékleti érzékelőket indítottak, 9 ~ 12- bit A/D konverterrel, a felbontás elérheti a 0. 5 ~ {{6 }}. 625 fok. Az USA Dallas Semiconductor Corporation újonnan kifejlesztett DS 1624- típusú nagy felbontású intelligens hőmérséklet-érzékelője, amely {{1 0}} bináris adatok kimenetele, 0. 03 fok , a hőmérsékleti mérési pontosság ± 0,2 fok.
A többcsatornás intelligens hőmérséklet-érzékelő konverziós sebességének javítása érdekében vannak olyan chipek is, amelyek nagysebességű, egymást követő közelítő A/D konverterrel használják. AD7817 Típus 5- Csatorna intelligens hőmérséklet -érzékelő, például a helyi érzékelő, minden távoli érzékelő konverziós ideje mindössze 27 ms, 9 ms.
A nagy pontosságú hőmérsékleti mérés szempontjából néhány tudós nagy teljesítményű digitális hőmérséklet-érzékelőt tervezett, amely kvarc hangoló villák rezonátorából, digitális interfész áramkörből és egy érzékelő-visszaállítási vezérlő algoritmusból áll, a terepi programozható kapu tömb alapján, és Az érzékelő érzékenysége elérheti a 10 -6 fok számát, azaz 0. 0 01 fok, a válaszidő 1 s, és a mérés pontossága 0,01 fok.
(2) továbbfejlesztett tesztfunkciók
Az új intelligens hőmérséklet -érzékelő teszt funkció folyamatosan javul. Az intelligens hőmérséklet-érzékelőknek különféle üzemmódja van, amelyek közül választhat, beleértve az egykonverziós módot, a folyamatos konvertálási módot, a készenléti módot, és néhányuk szintén hozzáadott egy alacsony hőmérsékletű limit-bővítési módot.
Néhány intelligens hőmérséklet -érzékelőnél a gazdaszervezet (külső mikroprocesszor vagy mikrovezérlő) beállítható annak A/D konverziós sebességének, felbontásának és maximális konverziójának megfelelő nyilvántartásain keresztül.
Ezenkívül az intelligens hőmérséklet-érzékelők egycsatornától többcsatornás irányig fejlődnek, ami jó feltételeket teremt a többcsatornás hőmérséklet-mérési és vezérlőrendszer fejlesztéséhez.
(3) A busz -technológia szabványosítása és szabványosítása
Jelenleg az intelligens hőmérséklet-érzékelő busz technológiát szintén szabványosították és normalizálták, a felhasznált busz elsősorban egy vezetékes (vezetékes) busz, I 2 C busz, SMBUS busz és SPI busz.
(4) megbízhatóság és biztonsági tervezés
Annak elkerülése érdekében, hogy a hamis hatás, amikor a hőmérséklet -szabályozó rendszert zaj -interferencia alá vonják, néhány intelligens hőmérsékleti érzékelő belső részén egy programozható hiba sorba állító számláló áll be, amelynek célja annak meghatározása, hogy a mért hőmérsékleti érték hányszor megengedi, hogy túllépje A felső és az alsó határértékek. A megszakító port csak akkor indítható el, ha a mért hőmérséklet száma folyamatosan meghaladja a felső határot, vagy az alsó határ alá esik, amely eléri a beállított számot, ami elkerüli az alkalmi zaj -interferencia hatását a hőmérséklet -szabályozó rendszerre.
Az emberi elektrosztatikus kisülés miatti chip károsodásának elkerülése érdekében néhány intelligens hőmérséklet -érzékelő szintén megnövelte az elektrosztatikus védelmi áramkört, általában ellenállhat 1 ~ 4 kV elektrosztatikus kisülési feszültségnek.
Például a TCN75 intelligens hőmérséklet -érzékelő soros interfész, megszakítás/összehasonlító jel kimenetek és címbemenetek ellenállnak az elektrosztatikus kisülési feszültség 1 kV -nak. Az LM83 intelligens hőmérséklet -érzékelő képes ellenállni 4 kV elektrosztatikus kisülési feszültségnek.
2.2 Intelligens nyomásérzékelők
Az intelligens nyomásérzékelők a mikroprocesszorok és a nyomásérzékelők kombinációja, így megvalósítási útvonalaik feloszthatók: nem integrált intelligens nyomásérzékelők, integrált intelligens nyomásérzékelők és hibrid intelligens nyomásérzékelők.
A nem integrált intelligens nyomásérzékelők olyan intelligens nyomásérzékelő rendszerek, amelyek egyesítik a hagyományos nyomásérzékelőket, a jelkondicionáló áramköröket és a digitális busz-interfészekkel a mikroprocesszorokat egyetlen rendszerbe.
Ez a nem integrált nyomásérzékelő valójában egy hagyományos nyomásérzékelő rendszer, amely hozzáadott mikroprocesszoros csatlakozással rendelkezik. Ezért ez az egyik leggyorsabb módszer és eszköz az intelligens nyomásérzékelő rendszer megvalósításához.
Az integrált intelligens nyomásérzékelő a nyomásérzékeny elemek monolit integrációja jelfeldolgozással, kalibrálással, kompenzációval, mikrovezérlővel stb. Az érzékeny elemek, a jelkondicionáló áramkörök és a mikroprocesszor egységek elkészítéséhez, és egyetlen chipre integrálva.
A mikroelektronikai technológia gyors fejlesztésével és a mikro-nanotechnológia alkalmazásával az ebből eredő intelligens nyomásérzékelő miniatürizáció, szerkezeti integráció, nagy pontosságú, többfunkció, tömb, teljes digitalizáció, könnyen használható, könnyen kezelhető és így és így jellemzői jellemzőivel rendelkezik. on.
A hibrid intelligens nyomásérzékelő a különféle integrált linkek, például érzékeny egységek, a jelkondicionáló áramkörök, a mikroprocesszoros egységek, a digitális busz -interfészek, a 2 ~ 3 chipsbe integrált és egy héjba csomagolva, és egy héjba csomagolva, és egy héjba csomagolt különféle kombinációkban, és egy héjba csomagolt különféle kombinációkban. -
A hibrid integráció az intelligencia elérése érdekében egy intelligens út, amely jól illeszkedik a jelenlegi technológiai fejlődéshez. Az intelligens nyomásérzékelő rendszerben a mikroprocesszor az adott programnak megfelelően felismerheti az érzékelő szoftvervezérlését, és az érzékelőt egyetlen funkcióról többfunkcióra változtatja. Az intelligens nyomásérzékelők általában a következő alapfunkciókkal rendelkeznek.
(1) Adatfeldolgozási funkciók.Az intelligens nyomásérzékelők nemcsak a mért paramétereket mérik, hanem az ismert mért paraméterek szerint is automatikusan nullázhatnak, automatikusan kiegyensúlyozhatók, automatikusan kompenzálhatók és így tovább.
(2) automatikus diagnosztikai funkció.Ez az intelligens nyomásérzékelők, az intelligens nyomásérzékelők fő funkciója a hibadiagnózis szoftverén és az ön tesztelési szoftverén, az automatikus érzékelők és a rendszer állapota a rendszeres és szabálytalan észlelési, tesztelés, a hibák időben történő észleléséhez, az ok diagnosztizálásához. a kudarc, a hely és az operatív tippek megadása.
(3) Szoftverkonfigurációs funkció.Intelligens nyomásérzékelők a mikroprocesszorok használata miatt, tehát nemcsak a szükséges hardverkomponensek, például az észlelés, az erősítés, a / d, a d / a, a kommunikációs interfészek stb. adat. Az intelligens nyomásérzékelőben van egy multi-moduláris hardver és szoftver beállítva, hogy a felhasználó parancsokat küldjön a mikroprocesszoron keresztül a különböző funkciók megvalósításához, ami növeli az érzékelő rugalmasságát és megbízhatóságát.
2.3 Intelligens inerciális érzékelők
Az inerciális érzékelők, a legszélesebb körben használt MEMS -érzékelők, a gyorsulásmérők, a giroszkópok és az orientációs érzékelők. A Mems technológiának egyedülálló előnye van a tehetetlenségi érzékelők miniatürizálása és a költségek csökkentése.
A mai inerciális mérési modulok (IMUS) integrálhatják a trixiális gyorsulásmérő, a trixialis giroszkópot és a trixiális mágnesmérő 10 mm x 10 mm x 4 mm méretű, kevesebb, mint egy dollár költsége. Ez a tehetetlenségi mérési modul alkalmazható az okostelefonokra és a hordható eszközökre a sport- és egészségügyi funkciók megvalósítása érdekében, ideértve a járásfigyelést, a lépésszámlálást, az esés észlelését, az alvásfigyelést, a beltéri navigációt stb., Valamint a szórakoztató funkciókat, például a gesztusfelismerést és az irányérzékelést.