S dolaskom inteligentne ere, sve se više naglašava istraživanje i primjena različitih pametnih senzora. Pametni senzori imaju i bogate mogućnosti obrade informacija na temelju tradicionalnih senzora i mogu pružiti sveobuhvatnije funkcije.
Ovaj rad uvodi trenutni status istraživanja najčešće korištenih temperaturnih, pritiska, inercijalnih, biohemijskih i RFID senzora i njihovih ključnih uloga u industrijskim nadogradnjom i inovativnim aplikacijama poput interneta (VR), robotika, zdravstvena zaštita, itd. i raduje se budućem razvoju pametnih senzora.
Pametni senzor (Smart Sensor) odnosi se na senzor s otkrivanjem informacija, obradom informacija, memorijskom memoriji, logičnim razmišljanjem i prosudbom.
U odnosu na tradicionalne senzore koji pružaju samo analogni naponski signali koji karakterišu fizičku količinu koja se mjeri, pametni senzori čine potpunu upotrebu integracijskog tehnologije i mikroprocesorske tehnologije, postavljenu u procesuiranju informacija, komunikaciju u jednoj i može pružiti određeni nivo 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 postale su veliki razvojni smjer senzorske tehnologije, koji predstavljaju industrijske i tehnološke mogućnosti u zemlji.
Vođen trenutnom pametnom erom, važnost senzora postala je istaknutija, ne samo u "Made u Kini 2025", "Visokotehnološki strategiji" Nemačke 2020, i Evropsku uniju, Sjedinjene Države, Južna Koreja, Singapur, itd . Promovisati pametni grad i druge strategije za igranje važne potporne uloge, ali i na internetu stvari (IOT), virtualne stvarnosti (VR), robotika, pametne kuće, automobili sa samoutom i drugim industrijskim razvojem igraju ključ Uloga.
Visoke performanse, vrlo pouzdan višenamjenski kompleksni automatski, mjerni i upravljački sustavi i porast i razvoj interneta zasnovane na osnovu radiofrekvencijskog identifikacijskog tehnologije, sve više ističe važnost pametnih senzora sa percepcijom, kognitivnim i brzim i brzim Razvoj hitnosti.
Razvoj CMOS kompatibilnog MEMS tehnologije, razvoj minijaturnih pametnih senzora dobio je snažnu tehničku podršku, pametna industrija senzora suočava se sa vrlo važnim povijesnim mogućnostima razvoja.
Ovaj rad sažima razvojni status različitih vrsta pametnih senzora tehnologija i aplikacija i čini izgled o budućem trendu razvoja.
1 bogati i raznoliki inteligentni senzori koji
Da bi se zadovoljile potrebe raznih inteligentnih aplikacija, kategorije senzora su vrlo raznolike, kao što su: senzori za zaštitu okoliša, analogni senzori, magnetni senzori, infracrveni senzori, senzori vibracija, ultrazvučni senzori i tako dalje.
Među njima se češće koriste sljedeći senzori.
Senzori zaštite okoliša, uglavnom senzori na plin, barometrijski senzori pritiska, temperaturni senzori, senzori vlage i tako dalje.Senzori na plinu mogu se primijeniti na pročišćivače zraka, monitori DUI, detektori formaldehida i ostalih otrovnih gasova u kućnom namještaju, kao i uređajima za otkrivanje industrijskih izduvnih gasova. Kako ljudi obraćaju pažnju na pitanja zaštite okoliša, važnost senzora zaštite okoliša postaje sve istaknutiji, a u budućnosti postoji puno prostora za razvoj.
Inercijalni senzori, uglavnom se koriste u nosivim proizvodima, poput pametnih narukvice, pametnih satova, VR kaciga i tako dalje.Inercijalni senzor koristi se za otkrivanje praćenja i identifikacije pokreta, informiranjem korištenja količine vježbanja, kalorijama konzumiranog i efekta vježbanja.
Magnetski senzori koji se uglavnom koriste u kućanskim aparatima, kao što su aparat za kafu, grijači vode, klima uređaja, itd., koriste se za otkrivanje koliko je ugao okrenut ili koliko je putovanja učinjeno, a obično se prikazuju na nadzornoj ploči. Pored toga, magnetni senzori se koriste i u magnetima vrata i magnetima prozora itd. Inteligencija i tačnost 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 i vizualizirati izlaz zdravlja, tako da korisnici mogu razumjeti njihove podatke o zdravlju i vježbanju iz prve ruke.
Infracrveni senzori često se koriste u infracrvenim kamerama, brišući robotima i drugim pametnim dom.
2 Napredak tehničkog istraživanja na pametnim senzorima
Zaista inteligentni senzor trebao bi imati sljedeće funkcije:
1) samočara, samočaravajuće funkcije i automatske kompenzacije;
2) automatsko prikupljanje podataka, logična prosudba i funkcije obrade podataka;
3) funkcije samo-prilagođavanja i samo-adaptacije;
(4) određeni stupanj skladištenja, identifikacijskih i informacija za obradu informacija;
5) dvosmjerna komunikacija, standardni digitalni izlaz ili funkcija simbola;
(6) Algoritamska prosudba, donošenje odluka i prerade.
Slijedi primjer najčešće korištenih temperaturnih, pritiska, inercijalnih, biohemijskih i RFID senzora za uvođenje istraživačkog napretka tehnologije inteligentne osjetljivosti.
2.1 Smart temperaturni senzori
Razvoj temperaturnih senzora prošao je kroz sljedećeTri faze: Tradicionalni diskretni senzori temperature, analogni integrirani temperaturni senzori i inteligentni senzori temperature u cjelini.
U 21. vek senzori inteligentne temperature kreću se prema visokoj preciznoj, višenamjenskoj, standardizaciji sabirnice, visoku pouzdanost i sigurnost, razvoj virtualnih senzora i mrežnih senzora, razvoja monolitnih mernih sistema i drugih pravaca za brzi razvoj.
Trenutni senzor pametnog temperature sadrži temperaturni senzor, A / D pretvarač, signalni procesor, memorijski i sučelje, neki proizvodi imaju i multiplekser, centralni kontroler, slučajni memorijsku memoriju i memoriju samo za čitanje.
Inteligentni senzori temperature karakteriše mogućnost izlaza podataka o temperaturi i povezane glasnoće kontrole temperature, prilagođenim raznim mikro-kontrolerima, a zasnovan je na hardveru putem softvera za postizanje ispitivanja, stupanj inteligencije ovisi o razini razvoja softvera.
(1) Poboljšati tačnost i rezoluciju mjerenja
Najraniji inteligentni senzori temperature započeli su sredinom -1990 S, koristeći 8- bit A / D pretvarač, njegova tačnost mjerenja temperature je niska, rezolucija može dostići samo 1 stepen.
Trenutno su u stranim zemljama pokrenule raznolikost visoko preciznosti, inteligentne temperaturne temperature visoke rezolucije, koristeći 9 ~ {3}} bitni A / D pretvarač, rezolucija može doći 0. 5 ~ {6} }} 625 stepen. Autor SAD-ud Dallas Semiconductor Corporation-ova novo razlučivosti senzor za inteligentni temperaturni senzor visoke rezolucije koji može izlaz {{1 {0}} binarnim podacima, rezoluciju kao i visoke kao 0. 03 stepen , tačnost mjerenja temperature od ± 0,2 stepena.
Da bi se poboljšala stopa pretvorbe višekanalnog inteligentnog senzora temperature, postoje i čipovi koji koriste brzi uzastopni aproksimacijski A / D pretvarač. AD7817 Tip 5- kanalan Inteligentni senzor temperature, na primjer, lokalni je senzor, svaki je daljinski pretvornik senzora samo 27 ms, 9 ms, respektivno.
U pogledu mjerenja temperature visoko preciznosti, neki učenjaci dizajnirali su digitalni senzor temperature visoke performanse koji se sastoji od kvarcnog rezonatora za podešavanje vilice, digitalnog sučelja i algoritma kontrole resetiranja senzora na osnovu polja-programabilnog polje i zatezanja i Osjetljivost senzora može dostići broj 10 -6 stepena, odnosno temperaturnu mjerenje razlučivost od 0 01 stepena, vreme odziva od 1 s, a tačnost mjerenja je 0,01 stepen.
(2) Poboljšane funkcije ispitivanja
Nova funkcija ispitivanja senzora inteligentne temperature neprestano se poboljšava. Inteligentni senzori temperature imaju različite načine rada za odabir, uključujući jedan režim konverzije, kontinuirani režim pretvorbe, režim pripravnosti, a neki su dodali i režim proširenja niskog temperature.
Za neke inteligentne temperaturne senzore, domaćin (vanjski mikroprocesor ili mikrokontroler) takođe se može podesiti kroz odgovarajuće registre svojih A / D brzine konverzije, rezolucije i maksimalnog vremena pretvorbe.
Pored toga, inteligentni senzori temperature razvijaju se od pojedinačnog kanala do višekanalnog smjera, što stvara dobre uvjete za razvoj višekanalnog sistema za mjerenje i kontrolu temperature.
(3) Standardizacija i standardizacija tehnologije sabirnice
Trenutno je i tehnologija inteligentne temperature senzora standardiziran i normalizirana, a autobus je uglavnom jedno-žičanski (-wire) autobus, i 2 C autobus, SMBUS autobus i SPI autobus.
(4) Pouzdanost i sigurnosni dizajn
Kako bi se izbjeglo lažno djelovanje kada je sistem kontrole temperature podvrgnut smetnji buke, u unutrašnjem dijelu inteligentnih temperaturnih senzora postavljen je programibilan brojač za red na kvaru, posvećen postavljanju broja promjene vrijednosti izmjerene temperature dopušteno je da prelazi gornja i donja granica. Priključak za prekid može se aktivirati samo kada se broj puta izmjerena temperatura neprekidno prelazi gornju granicu ili padne ispod donje granice dostiže postavljeni broj puta, što izbjegava utjecaj povremene smetnje buke na sustav regulacije temperature.
Da bi se spriječilo oštećenje čipa zbog ljudskog elektrostatičkog pražnjenja, neki inteligentni senzori temperature također su povećali elektrostatički zaštitni krug, obično može izdržati 1 ~ 4 kV elektrostatičkog napona pražnjenja.
Na primjer, TCN75 Inteligentni senzor senzora temperature senzora temperature, izlazi prekida / upoređivanja i adresni ulazi mogu izdržati 1 kV elektrostatičkog napona pražnjenja. LM83 Inteligentni senzor temperature može izdržati 4 kV elektrostatičkog pražnjenja napona.
2.2 Pametni senzori pritiska
Inteligentni senzori pod pritiskom su kombinacija mikroprocesora i senzora pritiska, tako da im se njihove puteve za implementaciju mogu podijeliti na: neintegrirani inteligentni senzori tlaka, integrirani inteligentni senzori pritiska i hibridni inteligentni senzori pritiska.
Neintegrirani pametni senzori pritiska su sustavi senzora pametnog tlaka koji kombiniraju tradicionalni senzori pritiska, krugove signala i mikroprocesore sa digitalnim sučeljima sabirnica u jedan sustav.
Ovaj neintegrirani senzor pritiska zapravo je konvencionalni sistem senzora tlaka s dodanom mikroprocesorskom vezom. Stoga je to jedan od najbržih načina i sredstava za realizaciju sistema pametnog tlaka.
Integrirani inteligentni senzor pritiska je monolitna integracija elemenata osjetljivih na pritisak sa obradom signala, kalibracijom, kompenzacijom, mikrokontrolerom itd. Uglavnom prihvaća tehnologiju mikroelektromehaničkih sustava (MEMS) i cjelokupne integrirane procesne tehnologije i koristi silikon kao osnovni materijal Da biste napravili osjetljive elemente, cikluse signala i mikroprocesorskim jedinicama i integrira ih na jedan čip.
Uz brzi razvoj tehnologije mikroelektronike i primjene mikro-nanotehnologije, rezultirajući pametni senzor pritiska ima karakteristike minijatizacije, strukturne integracije, visoke preciznosti, višenamjenske, matrice, jednostavne za korištenje, jednostavno za upotrebu na.
Hibridni inteligentni senzor pritiska je prema potrebama i mogućnostima sistema različitih integriranih veza, poput osjetljivih jedinica, ciklusa signala, mikroprocesorskih jedinica, digitalnih sučelja za autobuse, u različitim kombinacijama, u različitim kombinacijama, a ugrađeno u školjku i upakovane u školjku .
Hibridna integracija za postizanje inteligencije je inteligentan put koji je dobro prilagođen trenutnom tehnološkom razvoju. U inteligentnom sistemu senzora tlaka mikroprocesor može realizirati softversku kontrolu senzora u skladu s danim programom, promjenom senzora iz jedne funkcije u višestruko funkciju. Inteligentni senzori pritiska uglavnom imaju sljedeće osnovne funkcije.
(1) Funkcije obrade podataka.Inteligentni senzori pritiska ne samo mjere izmjerene parametre, već i prema poznatim izmjerenim parametrima, mogu se automatski nuti, automatski uravnotežiti, automatski nadoknaditi i tako dalje.
(2) Automatska dijagnostička funkcija.Ovo je inteligentna senzora pritiska, inteligentnim senzorima pritiska putem softvera za dijagnostiku greške i softveru za samotezanje, automatsko senzore i sistemski status za redovno i pravovremeno otkrivanje grešaka, kako bi se pomoglo u dijagnozi uzroka neuspjeha, lokacije i dati operativne savjete.
(3) Funkcija konfiguracije softvera.Inteligentni senzori pritiska Zbog upotrebe mikroprocesora, tako da ne postoje samo potrebne hardverske komponente, poput otkrivanja, pojačanja, a / D, D / A, komunikacijskih sučelja itd., Ali i softverski resursi za kontrolu i obradu softvera podaci. U inteligentnom senzoru pritiska nalazi se više modularni hardver i softver tako da korisnik može poslati naredbe putem mikroprocesora kako bi se postigla 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.mems tehnologija ima jedinstvenu prednost minijaturizirajućih inercijalnih senzora i smanjenje troškova.
Današnji inercijalni mjerni moduli (IMUS) mogu integrirati triaksijski akcelerometar, triaksijski žiroskop i triaksijski magnetometar veličine 10 mm x 10 mm x 4 mm po cijeni manje od dolara. Ovaj inercijalni mjerni modul može se primijeniti na pametne telefone i nosive uređaje za realizaciju sportskih i zdravstvenih funkcija, uključujući praćenje hoda, prebrojavanje koraka, za otkrivanje pasa, navigaciju za spavanje, kao i funkcije za zabavu kao što su prepoznavanje geste i prepoznavanje geste.