S dolaskom inteligentne ere sve se više naglašava istraživanje i primjena različitih pametnih senzora. Pametni senzori također imaju bogate mogućnosti obrade informacija na temelju tradicionalnih senzora i mogu pružiti sveobuhvatnije funkcije.
Ovaj rad uvodi trenutni status istraživanja uobičajene temperature, tlaka, inercijalnih, biokemijskih i RFID senzora i njihove ključne uloge u industrijskom nadogradnji i inovativnih aplikacija poput Interneta stvari (IoT), virtualne stvarnosti (VR), robotike, zdravstvene zaštite, itd., i raduje se budućem trendu razvoja pametnih senzora.
Smart Sensor (Smart Sensor) odnosi se na senzor s otkrivanjem informacija, obradom informacija, informacijskom memorijom, logičkim razmišljanjem i funkcijama prosudbe.
U odnosu na tradicionalne senzore koji pružaju samo analogne naponske signale koji karakteriziraju fizičku količinu koja se mjeri, pametni senzori u potpunosti koriste tehnologiju integracije i tehnologiju mikroprocesora, postavljaju percepciju, obradu informacija, komunikaciju u jednom i mogu pružiti određenu razinu znanja informacija koje se šire u digitalnom obliku.
Budući da je NASA (NASA) predložila koncept pametnih senzora u 1980 -ima, nakon desetljeća razvoja, pametni senzori postali su glavni razvojni smjer senzorske tehnologije, što predstavlja industrijske i tehnološke istraživačke sposobnosti zemlje.
Vođena trenutnim pametnim erom, važnost senzora postala je sve istaknutija, ne samo u "Made in Kina 2025", "Njemačkoj 2020. visokotehnološkoj strategiji" i Europskoj uniji, Sjedinjenim Državama, Južnoj Koreji, Singapuru, itd. . ključna uloga.
Visoko performanse, vrlo pouzdani višenamjenski složeni automatski, mjerni i kontrolni sustavi i porast i razvoj Interneta stvari na temelju tehnologije identifikacije radiofrekvencije, sve više ističe važnost pametnih senzora s percepcijom, kognitivnim sposobnostima i njegovim snažnim i brzim Razvoj hitnosti.
S razvojem CMOS kompatibilne MEMS tehnologije, razvoj minijaturnih pametnih senzora dobio je snažnu tehničku podršku, industrija pametnih senzora suočena je s vrlo važnom povijesnom razvojem.
Ovaj rad sažima razvojni status različitih vrsta tehnologija pametnih senzora i aplikacija i iznosi izgled u budućem trendu razvoja.
1 bogata i raznolika inteligentna senzora koji
Kako bi se zadovoljile potrebe različitih inteligentnih primjena, kategorije senzora su vrlo raznolike, kao što su: senzori okoliša, inercijalni senzori, analogni senzori, magnetski senzori, biosenzori, infracrveni senzori, senzori vibracija, senzori tlaka, ultrazvučni senzori i tako dalje.
Među njima se češće koriste sljedeći senzori.
Senzori okoliša, uglavnom senzori plina, barometrijski senzori tlaka, senzori temperature, senzori vlage i tako dalje.Senzori plina mogu se primijeniti na pročišćivače zraka, DUI monitore, detektore formaldehida i drugih otrovnih plinova u kućnom namještaju, kao i uređaje za otkrivanje industrijskih ispušnih plinova. Kako ljudi obraćaju pažnju na pitanja zaštite okoliša, važnost senzora okoliša postaje sve istaknutija, a u budućnosti ima puno prostora za razvoj.
Inercijalni senzori, uglavnom se koriste u nosivim proizvodima, poput pametnih narukvica, pametnih satova, VR kaciga i tako dalje.Inercijalni senzor koristi se za otkrivanje praćenja i identifikacije pokreta, informirajući korisnika o količini vježbanja, konzumiranim kalorijama i učinka vježbanja na taj dan.
Magnetski senzori, koji se uglavnom koriste u kućanskim aparatima, poput proizvođača kave, grijača vode, klima uređaja itd., Koriste se za otkrivanje koliko je kut okrenut ili koliko je putovanja učinjeno, a obično se prikazuju na nadzornoj ploči. Pored toga, magnetski senzori koriste se i u magnetima vrata i magnetima prozora itd. Inteligencija i točnost robota također su potrebni magnetski senzori za podršku.
Analogni senzori, koji se uglavnom koriste u pametnim medicinskim uređajima,Može se koristiti kao ulazi za signale poput otkucaja srca i elektrokardiograma, te vizualizirati izlaz zdravstvenih podataka kako bi korisnici mogli razumjeti svoje podatke o zdravlju i vježbanju iz prve ruke.
Infracrveni senzori često se koriste u infracrvenim kamerama, brišućim robotima i drugim pametnim domom.
2 Napredak tehničkog istraživanja pametnih senzora
Doista inteligentni senzor trebao bi imati sljedeće funkcije:
1) samolibracijske, samosalibracije i funkcije automatske kompenzacije;
2) automatsko prikupljanje podataka, logičke prosudbe i funkcije obrade podataka;
3) funkcije samo-prilagodbe i samo-prilagodbe;
(4) određeni stupanj funkcija pohrane, identifikacije i obrade informacija;
5) dvosmjerna komunikacija, standardni digitalni izlaz ili izlazna funkcija simbola;
(6) Algoritamske prosudbe, odluke i obrade.
Sljedeći je primjer najčešće korištene temperature, tlaka, inercijalnih, biokemijskih i RFID senzora za uvođenje napretka istraživanja inteligentne senzorske tehnologije.
2.1 senzori pametne temperature
Razvoj temperaturnih senzora prošao je kroz sljedećeTri faze: tradicionalni diskretni senzori temperature, analogni integrirani senzori temperature i inteligentni senzori temperature u cjelini.
U 21. stoljeće, inteligentni senzori temperature kreću se prema visokoj preciznosti, multifunkcionalnoj, standardizaciji autobusa, visokoj pouzdanosti i sigurnosti, razvoju virtualnih senzora i mrežnih senzora, razvoju monolitnog sustava mjerenja temperature i drugih smjerova brzog razvoja.
Trenutni senzor pametne temperature sadrži senzor temperature, A/D pretvarač, signalni procesor, memorijske i sučelja, neki proizvodi također imaju multiplekser, središnji kontroler, pohranu nasumičnog pristupa i memoriju samo za čitanje.
Inteligentni temperaturni senzori karakteriziraju mogućnost izlaska podataka o temperaturi i povezani volumen kontrole temperature, prilagođen raznim mikrokontrolerima, a temelji se na hardveru kroz softver za postizanje testne funkcije, stupanj inteligencije ovisi o razini razvoja softvera.
(1) Poboljšajte točnost mjerenja i razlučivost
Najraniji inteligentni senzori temperature započeli su u sredini -1990 s, Koristeći 8- BIT A/D pretvarač, njegova točnost mjerenja temperature je niska, rezolucija može doseći samo 1 stupanj.
Trenutno su strane zemlje lansirale razne visoko precizne, inteligentne temperaturne senzore visoke rezolucije, koristeći 9 ~ 12- Bit A/D pretvarač, rezolucija može doći do 0. 5 ~ {{6 }}. 625 stupnjeva. Od strane novorazvijenog DS-a u SAD-u Dallas Semiconductor Corporation Corporation Corporation Corporation Tip senzor inteligentnog temperature visoke rezolucije koji može iznijeti {{1 {11}}}} Binarni binarni podaci, rezolucija visoka kao 0. 03 stupnja. , Točnost mjerenja temperature od ± 0,2 stupnja.
Da bi se poboljšala brzina pretvorbe višekanalnog senzora inteligentnog temperature, postoje i čipovi koji koriste brzinu A/D pretvarača u uzastopnom aproksimaciji. AD7817 Tip 5- Inteligentni senzor temperature kanala, na primjer, to je lokalni senzor, svako vrijeme pretvorbe udaljenog senzora od samo 27 ms, 9 ms, respektivno.
U smislu visoko preciznog mjerenja temperature, neki su znanstvenici dizajnirali digitalni senzor temperature visokog učinka, koji se sastoji od rezonatora kvarcnog ugađanja vilice, digitalnog kruga sučelja i algoritama za kontrolu resetiranja senzora na temelju polja na kapiji za izgradnju na terenu i Osjetljivost senzora može dostići broj stupnja 10 -6, odnosno razlučivost mjerenja temperature 0. 0 01 stupanj, vrijeme odziva od 1 s, a točnost mjerenja je 0,01 stupanj.
(2) Poboljšane testne funkcije
Nova funkcija ispitivanja inteligentnog senzora temperature se neprestano poboljšava. Inteligentni senzori temperature imaju različite načine rada za odabir, uključujući način rada s jednim pretvorbom, način kontinuiranog pretvorbe, način pripravnosti, a neki su dodali i način ekspanzije niske temperature.
Za neke senzore inteligentne temperature, domaćin (vanjski mikroprocesor ili mikrokontroler) također se može postaviti kroz odgovarajuće registre njegove brzine A/D pretvorbe, rezolucije i maksimalnog vremena pretvorbe.
Pored toga, inteligentni senzori temperature razvijaju se od jednokanalnog do višekanalnog smjera, što stvara dobre uvjete za razvoj višekanalnog sustava mjerenja i upravljanja temperaturom.
(3) Standardizacija i standardizacija tehnologije sabirnice
Trenutno je inteligentna tehnologija sabirnica senzora temperature također standardizirana i normalizirana, upotrijebljena sabirnica su uglavnom jednožična (-wire) sabirnica, I 2 C sabirnice, SMBUS autobus i SPI sabirnicu.
(4) Pouzdanost i sigurnosni dizajn
Kako bi se izbjeglo lažno djelovanje kada je sustav za kontrolu temperature podvrgnut smetnji buke, u unutarnjem inteligentnom senzoru temperature, postavljen je programibilni brojač reda grešaka, posvećen postavljanju broja puta koje je dopušteno prelazak izmjerene vrijednosti temperature gornje i donje granice. Port za prekid može se pokrenuti samo kada broj puta izmjerene temperature kontinuirano prelazi gornju granicu ili padne ispod donje granice dostiže zadani broj puta, što izbjegava utjecaj povremenih smetnji buke na sustav kontrole temperature.
Kako bi se spriječilo oštećenje čipa zbog ljudskog elektrostatičkog pražnjenja, neki inteligentni senzori temperature također su povećali elektrostatički zaštitni krug, obično mogu podnijeti 1 ~ 4 kV elektrostatičkog napona pražnjenja.
Na primjer, serijsko sučelje senzora TCN75 Inteligentnog senzora temperature, izlazi prekida/usporedbe signala i adresni ulazi mogu izdržati 1 kV elektrostatskog napona pražnjenja. LM83 Inteligentni senzor temperature može izdržati 4 kV elektrostatičkog napona pražnjenja.
2.2 senzori pametnog tlaka
Inteligentni senzori tlaka kombinacija su mikroprocesora i senzora tlaka, tako da se njihovi provedbeni putovi mogu podijeliti na: neintegrirani senzori inteligentnih tlaka, integrirani senzori inteligentnih tlaka i hibridni inteligentni senzori tlaka.
Neintegrirani senzori pametnog tlaka su pametni senzorni sustavi koji kombiniraju tradicionalne senzore tlaka, krugove kondicioniranja signala i mikroprocesore s digitalnim sučeljima sabirnice u jedan sustav.
Ovaj neintegrirani senzor tlaka zapravo je konvencionalni sustav osjetnika tlaka s dodanom mikroprocesorskom spojem. Stoga je to jedan od najbržih načina i sredstava za realizaciju sustava pametnih senzora tlaka.
Integrirani senzor inteligentnog tlaka je monolitna integracija elemenata osjetljivih na tlak s obradom signala, kalibracijom, kompenzacijom, mikrokontrolerom itd. Uglavnom prihvaća tehnologiju mikroelektromehalnog sustava (MEMS) i tehnologiju integriranog kruga velikih razmjera i koristi silikon kao osnovni materijal Da biste napravili osjetljive elemente, krugove za kondicioniranje signala i mikroprocesorske jedinice i integrirali ih na jedan čip.
S brzim razvojem tehnologije mikroelektronike i primjenom mikro-nanotehnologije, rezultirajući senzor pametnog tlaka ima karakteristike minijaturizacije, strukturne integracije, visoke preciznosti, multifunkcije, niza, pune digitalizacije, jednostavne za upotrebu, jednostavne za rad i tako na.
Hibridni inteligentni senzor tlaka prema potrebama i mogućnostima sustava različitih integriranih veza, poput osjetljivih jedinica, krugova za kondicioniranje signala, mikroprocesorskih jedinica, sučelja digitalnih sabirnice, u različitim kombinacijama integriranim u 2 ~ 3 čips, i pakiran u školjku .
Hibridna integracija za postizanje inteligencije inteligentan je put koji je dobro prikladan za trenutni tehnološki razvoj. U sustavu inteligentnog senzora tlaka, mikroprocesor može realizirati softversku kontrolu senzora u skladu s danim programom, mijenjajući senzor iz jedne funkcije u multifunkciju. Inteligentni senzori tlaka uglavnom imaju sljedeće osnovne funkcije.
(1) Funkcije obrade podataka.Inteligentni senzori tlaka ne samo da mjere izmjerene parametre, već i prema poznatim izmjerenim parametrima, mogu se automatski nula, automatski uravnotežiti, automatski nadoknaditi i tako dalje.
(2) Automatska dijagnostička funkcija.Ovo je glavna funkcija senzora inteligentnih tlaka, inteligentnih senzora tlaka kroz softver za dijagnozu grešaka i softvera za samo-testiranje, automatski senzori i status sustava za redovno i nepravilno otkrivanje, testiranje, pravovremeno otkrivanje grešaka, kako bi se pomoglo u dijagnozi uzroka neuspjeha, lokacije i davanja operativnih savjeta.
(3) Funkcija konfiguracije softvera.Inteligentni senzori tlaka zbog korištenja mikroprocesora, tako da ne postoje samo potrebne hardverske komponente, poput otkrivanja, pojačanja, A / D, D / A, komunikacijskih sučelja itd. podaci. U senzoru inteligentnog tlaka postavlja se multi-modularni hardver i softver tako da korisnik može slati naredbe putem mikroprocesora kako bi ostvario različite funkcije, što povećava fleksibilnost i pouzdanost senzora.
2.3 Inteligentni inercijalni senzori
Inercijalni senzori, najčešće korišteni tip MEMS senzora, uključuju akcelerometre, žiroskope i orijentacijske senzore. MEMEMS tehnologija ima jedinstvenu prednost minijaturizacije inercijalnih senzora i smanjenja troškova.
Današnji inercijalni moduli za mjerenje (IMU) mogu integrirati troosni akcelerometar, troosni žiroskop i troosni magnetometar u veličini od 10 mm x 10 mm x 4 mm uz cijenu manje od dolara. Ovaj inercijalni modul za mjerenje može se primijeniti na pametne telefone i nosive uređaje za realizaciju sportskih i zdravstvenih funkcija, uključujući praćenje hodanja, brojanje koraka, otkrivanje pada, praćenje spavanja, navigaciju u zatvorenom prostoru, itd., Kao i zabavne funkcije kao što su prepoznavanje gesta i senziranja smjera.