智能傳感器與傳感系統(tǒng)

的發(fā)展及應(yīng)用

河北科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子信息工程系數(shù)字化測量技術(shù)省級(jí)精品課10755-83376489

智能傳感器與傳感系統(tǒng)

的發(fā)展及應(yīng)用

河北科技大學(xué)信息智能傳感器與傳感器系統(tǒng)

的發(fā)展及應(yīng)用0引言1智能傳感器的定義及功能2智能傳感器與傳感系統(tǒng)的特點(diǎn)3智能傳感器與傳感系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用4結(jié)語

20755-83376489智能傳感器與傳感器系統(tǒng)

的發(fā)展及應(yīng)用0引言20755-80引言

傳感器是構(gòu)建現(xiàn)代信息系統(tǒng)的重要組成部分。

現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱：

1.傳感器技術(shù)（信息采集）——“感官”

2.通信技術(shù)（信息傳輸）——“神經(jīng)”

3.計(jì)算機(jī)技術(shù)（信息處理）——“大腦”30755-833764890引言

傳感器是構(gòu)建現(xiàn)代信息系統(tǒng)的重要組成部分。

目前，傳感器正從傳統(tǒng)的分立式，朝著單片集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。

據(jù)光電行業(yè)開發(fā)協(xié)會(huì)（OIDA）作出的最新預(yù)測，在2003年～2006年期間，智能傳感器的國際市場銷售量將以每年20％的高速度增長。

智能傳感器可廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、交通、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事科研、航空航天、現(xiàn)代辦公設(shè)備和家用電器等領(lǐng)域。

40755-83376489目前，傳感器正從傳統(tǒng)的分立式，朝著單片集成化、智能化、1智能傳感器的定義及功能1.1智能傳感器的定義

目前，關(guān)于智能傳感器的中、英文稱謂尚未完全統(tǒng)一。英國人將智能傳感器稱為“IntelligentSensor”；美國人則習(xí)慣于把智能傳感器稱作“SmartSensor”，直譯就是“靈巧的、聰明的傳感器”。

所謂智能傳感器，就是帶微處理器、兼有信息檢測和信息處理功能的傳感器。

50755-833764891智能傳感器的定義及功能50755-83376489

智能傳感器的最大特點(diǎn)就是將傳感器檢測信息的功能與微處理器的信息處理功能有機(jī)地融合在一起。從一定意義上講，它具有類似于人工智能的作用。

需要指出，這里講的“帶微處理器”包含兩種情況：（1）將傳感器與微處理器集成在一個(gè)芯片上構(gòu)成所謂的“單片智能傳感器”（2）傳感器能夠配微處理器。顯然，后者的定義范圍更寬，但二者均屬于智能傳感器的范疇。

60755-83376489智能傳感器的最大特點(diǎn)就是將傳感器檢測信息的功能與微處

世界上第一個(gè)智能傳感器是美國霍尼韋爾（Honeywell）公司在1983年開發(fā)的ST3000系列智能壓力傳感器。它具有的多參數(shù)傳感(差壓、靜壓和溫度)與智能化的信號(hào)調(diào)理功能。最近，該公司還相繼開發(fā)出ST3000－900/2000等系列的新產(chǎn)品，使之功能進(jìn)一步完善。目前，ST3000系列智能壓力傳感器在全世界的銷量已突破50萬只，深受廣大用戶的青睞。

70755-83376489世界上第一個(gè)智能傳感器是美國霍尼韋爾（Honeywe

1.2智能傳感器的功能

（1）具有自校準(zhǔn)和自診斷功能。智能傳感器不僅能自動(dòng)檢測各種被測參數(shù)，還能進(jìn)行自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)調(diào)平衡、自動(dòng)校準(zhǔn)，某些智能傳感器還能自標(biāo)定功能。

80755-833764891.2智能傳感器的功能80755-83376489

（2）具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、邏輯判斷和信息處理功能，能對被測量進(jìn)行信號(hào)調(diào)理或信號(hào)處理（包括對信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理、線性化，或?qū)囟?、靜壓力等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償?shù)龋?/p>

90755-83376489（2）具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、邏輯判斷和信息處理功能，能對被

（3）具有組態(tài)功能，使用靈活。在智能傳感器系統(tǒng)中可設(shè)置多種模塊化的硬件和軟件，用戶可通過微處理器發(fā)出指令，改變智能傳感器的硬件模塊和軟件模塊的組合狀態(tài)，完成不同的測量功能。

100755-83376489（3）具有組態(tài)功能，使用靈活。在智能傳感器系統(tǒng)中可

（4）具有雙向通信功能，能直接與微處理器（μP）或單片機(jī)（μC）通信。

110755-83376489（4）具有雙向通信功能，能直接與微處理器（μP）或單片機(jī)（2智能傳感器與傳感系統(tǒng)的特點(diǎn)2.1

高精度智能傳感器采用自調(diào)零、自補(bǔ)償、自校準(zhǔn)等多項(xiàng)新技術(shù)，能達(dá)到高精度指標(biāo)。美國BB（BURR－BROWN）公司：XTR系列精密電流變送器，轉(zhuǎn)換精度±0.05％，非線性誤差±0.003％。

120755-833764892智能傳感器與傳感系統(tǒng)的特點(diǎn)120755-8337648

美國霍尼韋爾（Honeywell）公司：PPT、PPTR系列智能精密壓力傳感器，測量精度為±0.05％，比傳統(tǒng)壓力傳感器的精度大約提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。其外形如圖1所示。

130755-83376489美國霍尼韋爾（Honeywell）公司：PPT、P（a）PPT系列（b）PPTR系列圖1外形圖140755-83376489（a）PPT系列（b）PPTR系列140755-8337

PPT、PPTR系列智能壓力傳感器的內(nèi)部電路框圖如圖2所示。圖2PPT、PPTR系列智能壓力傳感器的內(nèi)部電路框圖

150755-83376489PPT、PPTR系列智能壓力傳感器的內(nèi)部電路框

2.2寬量程智能傳感器的測量范圍很寬，并具有很強(qiáng)的過載能力。例如，美國ADI公司：ADXRS300型單片偏航角速度陀螺儀集成電路測量轉(zhuǎn)動(dòng)物體的偏航角速度的范圍是±300°/s。只需并聯(lián)一只設(shè)定電阻，即可將測量范圍擴(kuò)展到1200°/s。

160755-833764892.2寬量程160755-83376489

2.3多參數(shù)、多功能（1）多路智能溫度控制器Pentium4處理器是Intel公司推出的高性能微處理器。最高主頻目前已達(dá)3.6GHz，它采用了0.13μm制程，集成度高達(dá)5500萬～7700萬只晶體管，在芯片中還有內(nèi)置數(shù)字溫度傳感器。其芯片結(jié)構(gòu)如圖3所示。

170755-833764892.3多參數(shù)、多功能170755-83376489圖3Pentium4處理器芯片的結(jié)構(gòu)

180755-83376489180755-83376489隨著Pentium4處理器運(yùn)行速度的大幅度提高，其功耗也顯著增加，必須采取更完善的散熱保護(hù)措施。

2002年，美國ADI公司專門開發(fā)出適配Pentium4處理器的ADT7460型智能化遠(yuǎn)程散熱風(fēng)扇控制器集成電路，并已用于奔騰4計(jì)算機(jī)產(chǎn)品中。

190755-83376489隨著Pentium4處理器運(yùn)行速度的大幅度提高，其功耗也顯

奔騰4計(jì)算機(jī)的散熱控制電路如圖4所示。該計(jì)算機(jī)中共使用了3臺(tái)散熱風(fēng)扇。其中，風(fēng)扇1專門給CPU散熱，風(fēng)扇2和風(fēng)扇3分別安裝在主機(jī)箱的前面和后面給機(jī)箱散熱。圖4計(jì)算機(jī)的散熱控制電路

200755-83376489奔騰4計(jì)算機(jī)的散熱控制電路如圖4所示。該計(jì)算微處理器最高可承受的工作溫度規(guī)定為tH，臺(tái)式計(jì)算機(jī)一般為75℃，高檔筆記本電腦的專用CPU可達(dá)100℃。

圖5

檢測CPU的溫度210755-83376489210755-83376489配套軟件日臻完善溫度傳感器＋專用計(jì)算機(jī)測試軟件。220755-83376489配套軟件日臻完善220755-83376489230755-83376489230755-83376489240755-83376489240755-83376489

（2）多功能式濕度／溫度／露點(diǎn)智能傳感器系統(tǒng)瑞士Sensirion公司：SHT11/15型高精度、自校準(zhǔn)、多功能式智能傳感器。能同時(shí)測量相對濕度、溫度和露點(diǎn)等參數(shù)；兼有數(shù)字濕度計(jì)、溫度計(jì)和露點(diǎn)計(jì)這3種儀表的功能；可廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療儀器、通風(fēng)及空調(diào)設(shè)備等領(lǐng)域。

250755-83376489（2）多功能式濕度／溫度／露點(diǎn)智能傳感器系統(tǒng)250755-SHT11/15型智能傳感器系統(tǒng)，外形尺寸僅為7.62mm（長）×5.08mm（寬）×2.5mm（高），質(zhì)量只有0.1g，其體積與一個(gè)大火柴頭相近，見圖6。

圖6SHT11/15型智能傳感器的外形

260755-83376489SHT11/15型智能傳感器系統(tǒng)，外形尺寸僅為7.62mm（（1）瑞士Sensirion公司：將半導(dǎo)體芯片（CMOS）與傳感器技術(shù)融合的CMOSens?技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)亦稱“Sensmitter”，它表示傳感器（sensor）與變送器（transmitter）的有機(jī)結(jié)合。

270755-83376489（1）瑞士Sensirion公司：270755-833764

SHT11/15的引腳排列如圖7所示。（a）俯視圖；（b）側(cè)視圖圖7SHT11/15的引腳排列圖

280755-83376489SHT11/15的引腳排列如圖7所示。280755-

SHT11/15型濕度／溫度傳感器系統(tǒng)的內(nèi)部框圖如圖8所示。

圖8

SHT11/15型濕度／溫度傳感器的內(nèi)部電路框圖

290755-83376489SHT11/15型濕度／溫度傳感器系統(tǒng)的內(nèi)部框

相對濕度：（空氣中所含壓強(qiáng)與該溫度下飽和水蒸氣的壓強(qiáng)之比，通常用百分?jǐn)?shù)表示）測量范圍：0％～99.99％RH；測量精度：±2％RH分辨力：0.01％RH

300755-83376489相對濕度：（空氣中所含壓強(qiáng)與該溫度下飽和水蒸氣的壓強(qiáng)溫度：測量范圍：－40℃～＋123.8℃測量精度：±1℃分辨力：0.01℃

露點(diǎn)：（在水氣冷卻過程中最初發(fā)生結(jié)露的溫度）測量精度：＜±1℃分辨力為：±0.01℃310755-83376489溫度：310755-83376489

由SHT15構(gòu)成的相對濕度／溫度測試系統(tǒng)的電路框圖如圖9所示。該系統(tǒng)能測量并顯示出相對濕度、溫度和露點(diǎn)。SHT15作為從機(jī)，89C51單片機(jī)作為主機(jī)，二者通過串行總線進(jìn)行通信。圖9相對濕度／溫度測試系統(tǒng)的電路框圖

320755-83376489由SHT15構(gòu)成的相對濕度／溫度測試系統(tǒng)的電路框圖如（3）多功能式混濁度/電導(dǎo)/溫度智能傳感器系統(tǒng)

混濁度（亦稱不透明度）：表示水或其他液體的不透明程度。

330755-83376489（3）多功能式混濁度/電導(dǎo)/溫度智能傳感器系統(tǒng)330755-

當(dāng)單色光通過含有懸浮粒子的液體時(shí)，由于懸浮粒子引起光的散射，使單色光的強(qiáng)度被衰減，其衰減量就代表液體的混濁度。混濁度是個(gè)比值，其單位用NTU來表示。

340755-83376489當(dāng)單色光通過含有懸浮粒子的液體時(shí)，由于懸浮粒子引起

美國霍尼韋爾（Honeywell）公司：APMS－10G型帶微處理器和單線接口的智能化混濁度傳感器系統(tǒng)能同時(shí)測量液體的混濁度、電導(dǎo)和溫度，構(gòu)成多參數(shù)在線檢測系統(tǒng)可廣泛用于水質(zhì)凈化，清洗設(shè)備及化工、食品、醫(yī)療衛(wèi)生等部門。

350755-83376489美國霍尼韋爾（Honeywell）公司：APMS－

APMS－10GRCF的外形及插座上的引腳排列如圖10所示。（a）外形；（b）插座引腳圖10APMS－10GRCF的外形及插座上的引腳排列圖360755-83376489APMS－10GRCF的外形及插座上的引腳排列APMS－10G的內(nèi)部框圖如圖11所示。圖11APMS－10G的內(nèi)部框圖

370755-83376489APMS－10G的內(nèi)部框圖如圖11所示。370755-833混濁度測量原理（圖12）380755-83376489混濁度測量原理（圖12）380755-83376489APMS－10G通過9腳RS－232插座連計(jì)算機(jī)，接線方式如圖13所示。圖13APMS－10G與計(jì)算機(jī)的接線

390755-83376489APMS－10G通過9腳RS－232插座連計(jì)算機(jī)，接線方式如2.4自校準(zhǔn)與自標(biāo)定Motorola公司煙霧檢測報(bào)警IC主要有三種類型：離子型：MC14467－1、MC14468光電型：MC145010、MC145011比較器型：M833764892.4自校準(zhǔn)與自標(biāo)定400755-83376489MC145010配上紅外光電室，即可通過傳感微小煙霧顆粒的散熱光束來檢測煙霧。其基本工作原理是：“紅外發(fā)射二極管→紅外光→在煙霧顆粒的作用下形成散射光束→紅外接收二極管→MC145010→BZ發(fā)出報(bào)警聲”。

410755-83376489MC145010配上紅外光電室，即可通過傳感微小煙霧（1）自校準(zhǔn)將MC145010置于校準(zhǔn)模式。在該模式下，某些引腳的功能將被重新設(shè)定。為進(jìn)入校準(zhǔn)模式，需要給TEST端加負(fù)電壓，使該端的輸出電流為100μA并保持一個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間。

420755-83376489（1）自校準(zhǔn)420755-83376489（2）自標(biāo)定利用自檢模式可以模擬煙霧條件，對傳感器進(jìn)行自標(biāo)定。

430755-83376489（2）自標(biāo)定430755-83376489具體方法是顯著提高光信號(hào)放大器的增益，將煙霧室中的背景反射光看成是由煙霧產(chǎn)生的散射光，從而獲得模擬的煙霧條件。經(jīng)過一個(gè)時(shí)鐘周期后，光信號(hào)放大器的增益恢復(fù)正常值，模擬的煙霧條件就被撤銷。

440755-83376489具體方法是顯著提高光信號(hào)放大器的增益，將煙霧室中2.5生物傳感器生物識(shí)別技術(shù)是人體生物特征進(jìn)行身份鑒別的技術(shù)。要求這些特征具有“人各有異”、“終身不變”和“隨身攜帶”這三大特點(diǎn)。

450755-833764892.5生物傳感器450755-83376489生物識(shí)別系統(tǒng)的組成如圖14所示。圖14生物識(shí)別系統(tǒng)的組成

460755-83376489生物識(shí)別系統(tǒng)的組成如圖14所示。460755-8337648●指紋具有惟一性（隨身攜帶、無法復(fù)制、人人不同、指指相異）。●根據(jù)指紋學(xué)理論，將兩個(gè)指紋分別匹配上12個(gè)特征時(shí)的相同幾率僅為1/1050。因此，至今找不出兩個(gè)指紋完全相同的人，●即使相貌酷似的孿生兄弟姐妹，或同一個(gè)人的十指之間，指紋也存在明顯差異。●指紋的這一特點(diǎn)，為身份鑒定提供了客觀依據(jù)。

470755-83376489●指紋具有惟一性（隨身攜帶、無法復(fù)制、人人不指紋圖像的獲取取像設(shè)備主要有以下4種類型：▲光學(xué)取像設(shè)備（例如微型三棱鏡矩陣）▲壓電式指紋傳感器▲半導(dǎo)體指紋傳感器▲超聲波指紋掃描儀。

480755-83376489指紋圖像的獲取480755-83376489指紋的基本紋路圖案：基本紋路圖案有環(huán)形、弓形和螺旋形，如圖15所示。其他指紋圖案都是基于這三種基本圖案衍生而成的。（a）環(huán)型；（b）弓型；（c）螺旋型圖153種基本紋路圖案

490755-83376489指紋的基本紋路圖案：基本紋路圖案有環(huán)形、弓形和螺旋指紋識(shí)別過程：指紋采樣→指紋圖像預(yù)處理→二值化處理→細(xì)化，紋路提取→細(xì)節(jié)特征提取→指紋匹配（即指紋庫的查對）。如圖16所示。圖16指紋識(shí)別過程

500755-83376489指紋識(shí)別過程：500755-83376489半導(dǎo)體指紋傳感器半導(dǎo)體指紋傳感器亦稱單片集成指紋傳感器或CMOS固態(tài)指紋傳感器，它是在20世紀(jì)90年代末問世的。指紋傳感器，可廣泛用于便攜式指紋識(shí)別儀，網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫及工作站的保護(hù)裝置，自動(dòng)柜員機(jī)（ATM）、智能卡、手機(jī)、計(jì)算機(jī)、門禁系統(tǒng)等身份識(shí)別器，還可構(gòu)成賓館、家庭的門鎖識(shí)別系統(tǒng)。

510755-83376489半導(dǎo)體指紋傳感器510755-83376489（1）溫差感應(yīng)式指紋傳感器它是基于溫度感應(yīng)的原理而制成的，每個(gè)像素都相當(dāng)于一個(gè)微型化的電荷傳感器，用來感應(yīng)手指與芯片映像區(qū)域之間某點(diǎn)的溫度差，產(chǎn)生一個(gè)代表圖像信息的電信號(hào)。典型產(chǎn)品：美國Atmel公司的FCD4B14?？稍?.1s內(nèi)獲取指紋圖像（時(shí)間一長，手指和芯片就處于相同的溫度了）

。520755-83376489（1）溫差感應(yīng)式指紋傳感器520755-83376489FCD4B14的外形、引腳和安裝圖分別如圖17、圖18、圖19所示。

（a）DIP－20陶瓷封裝；（b）COB封裝圖17FCD4B14的外形圖

530755-83376489FCD4B14的外形、引腳和安裝圖分別如圖17、圖18、圖1（a）表面傾斜式；（b）將傳感器裝在靠邊緣處圖18FCD4B14的安裝圖

540755-83376489（a）表面傾斜式；（b）將傳感器裝在靠邊緣處540755-8FCD4B14型指紋傳感器的內(nèi)部電路框圖如圖18所示。圖19FCD4B14的內(nèi)部電路框圖

550755-83376489FCD4B14型指紋傳感器的內(nèi)部電路框圖如圖18所示。550傳感器共有8行280列，包含8×280＝2240個(gè)像素，另有一個(gè)虛列。

基本工作原理：行、列掃描→指紋的模擬圖像→經(jīng)過兩個(gè)ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像→通過8位鎖存器輸出到微處理器或計(jì)算機(jī)中。560755-83376489傳感器共有8行280列，包含8×280＝2240個(gè)像素（2）電容感應(yīng)式指紋傳感器由電容陣列構(gòu)成內(nèi)部包含9萬只微型化電容器

基本工作原理：當(dāng)用戶將手指放在正面時(shí)，皮膚就組成了電容陣列的一個(gè)極板，電容陣列的背面是絕緣極板。由于不同區(qū)域指紋的脊和谷之間的距離也不相等，使每個(gè)單元的電容量隨之而變，由此可獲得指紋圖像。

570755-83376489（2）電容感應(yīng)式指紋傳感器570755-83376489典型產(chǎn)品：美國Veridicom公司FPS100FPS100的外形以及由它構(gòu)成的指紋識(shí)別系統(tǒng)輸入設(shè)備如圖20所示，輸入設(shè)備與計(jì)算機(jī)相連。（a）FPS100的外形；（b）指紋識(shí)別系統(tǒng)的輸入設(shè)備圖20FPS100的外形以及指紋識(shí)別系統(tǒng)的輸入設(shè)備

580755-83376489典型產(chǎn)品：美國Veridicom公司FPS1005807美國Veridicom公司：

●圖像搜索技術(shù)（ImageSeekTM）

●高速圖像傳輸技術(shù)

●手指自動(dòng)檢測技術(shù)。

590755-83376489美國Veridicom公司：590755-83376489FPS100的內(nèi)部框圖如圖21所示。圖21FPS100的內(nèi)部框圖

600755-83376489FPS100的內(nèi)部框圖如圖21所示。600755-833762.6超小型化、微功耗智能傳感器正朝著短、小、輕、薄的方向發(fā)展，以滿足航空、航天及國防尖端技術(shù)領(lǐng)域的急需，并且為開發(fā)便攜式、袖珍式檢測系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件。

610755-833764892.6超小型化、微功耗610755-83376489

ADXRS300型單片偏航角速度陀螺儀集成電路基于“音叉陀螺儀”（tuningforkgyro）的原理，采用表面顯微機(jī)械加工工藝和Bi－CMOS半導(dǎo)體工藝而制成的。

620755-83376489ADXRS300型單片偏航角速度陀螺儀集成電路6207

基本工作原理：在科里奧利力的作用下，角速度傳感器的轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變，而旋轉(zhuǎn)方向可以是順時(shí)針，也可以是逆時(shí)針，由轉(zhuǎn)動(dòng)物體而定。ADXRS300通過電容對偏航角速度進(jìn)行采樣，再依次經(jīng)過能產(chǎn)生180°相移的π型解調(diào)器、低通濾波器和輸出放大器對信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，最終獲得與Z軸方向的角速度成正比的電壓信號(hào)。

630755-83376489基本工作原理：在科里奧利力的其工作原理示意圖如圖22所示。圖22角速度傳感器工作原理示意圖

640755-83376489其工作原理示意圖如圖22所示。640755-83376489ADXRS300的內(nèi)部電路框圖如圖23所示。圖23ADXRS300的內(nèi)部電路框圖

650755-83376489ADXRS300的內(nèi)部電路框圖如圖23所示。650755-8

由陀螺制成的角速度計(jì)主要用于慣性導(dǎo)航，通信天線的定向。由美國Systron公司生產(chǎn)的QRS11－00010－20型角速度計(jì)的指標(biāo)為:最大量程土100/s，分辨力為0.050/s(均方根值);通數(shù)帶為0Hz一60Hz。見圖23。圖23660755-83376489由陀螺制成的角速度計(jì)主要用于慣性導(dǎo)航，通信天線的定3智能傳感器與傳感系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用●智能微塵傳感器●生物芯片●總線技術(shù)●高可靠性●安全性670755-833764893智能傳感器與傳感系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用670755-83373.1

智能微塵傳感器

智能微塵（SmartMicroDust）是一種具有電腦功能的超微型傳感器。從肉眼看來，它和一顆沙粒沒有多大區(qū)別。但內(nèi)部卻包含了從信息收集、信息處理到信息發(fā)送所必需的全部部件。

680755-833764893.1智能微塵傳感器680755-83376489

目前，直徑約為5mm的智能微塵已經(jīng)問世，智能微塵的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖24所示。未來的智能微塵甚至可以懸浮在空中幾個(gè)小時(shí)，搜集、處理并無線發(fā)射信息。a）肉眼所看到的智能微塵b）智能微塵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖24智能微塵的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

690755-83376489目前，直徑約為5mm的智能微塵已經(jīng)問世，智能微塵的外智能微塵還可以“永久”使用，因?yàn)樗粌H自帶微型薄膜電池，還有一個(gè)微型的太陽能電池為它充電。最近，美國英特爾公司制定了基于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)的新型計(jì)算機(jī)的發(fā)展規(guī)劃，也將致力于研究智能微塵傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作。700755-83376489智能微塵還可以“永久”使用，因?yàn)樗粌H自帶微型薄膜電池，

3.2

生物芯片西門子公司最近研制出一種能辨別氣體及其味道的微型芯片傳感器，可檢測空氣中臭氧含量，監(jiān)測火災(zāi)以及氣體泄漏。見圖25。710755-833764893.2生物芯片710755-83376489

生物傳感器系統(tǒng)亦稱生物芯片，它是繼大規(guī)模集成電路之后的又一次具有深遠(yuǎn)意義的科技革命。生物芯片不僅能模擬人的嗅覺（如電子鼻）、視覺（如電子眼）、聽覺、味覺、觸覺等，還能實(shí)現(xiàn)某些動(dòng)物的特異功能（例如海豚的聲納導(dǎo)航測距，蝙蝠的超聲波定位，犬類極靈敏的嗅覺，信鴿的方向識(shí)別，昆蟲的復(fù)眼）。生物芯片的效率是傳統(tǒng)檢測手段的成百、上千倍。

720755-83376489生物傳感器系統(tǒng)亦稱生物芯片，它是繼大規(guī)模集成電路之后德國英飛凌（Infineon）公司最近開發(fā)出具有活神經(jīng)細(xì)胞、能讀取細(xì)胞所發(fā)出電子信息的“神經(jīng)元芯片”，芯片上有16384個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器之間的距離僅為8μm。當(dāng)人體受到電擊時(shí)，利用它可獲取神經(jīng)組織的活動(dòng)數(shù)據(jù)，再將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成彩色圖片，見圖26（b）。

圖26730755-83376489德國英飛凌（Infineon）公司最近開發(fā)出具有活神3.3總線技術(shù)智能傳感器的總線技術(shù)現(xiàn)正逐步實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。目前所采用的總線主要有以下六種：

★１－Wire總線★I2C總線★SMBus★SPI總線★MicroWire總線★USB總線740755-833764893.3總線技術(shù)740755-83376489（1）USB接口

USB是“通用串行總線”（UniversalSerialBus）的英文縮寫。USB是由Compaq、IBM、Intel、微軟等公司于1994年共同提出的。USB接口具有連接單一化、軟件自動(dòng)“偵測”、能直接配PC機(jī)、能實(shí)現(xiàn)熱插拔的優(yōu)點(diǎn)。目前，USB1.0的傳輸速率為12Mpbs，而USB2.0的傳輸速率最高可達(dá)480Mpbs。這是其它總線所無法達(dá)到的。750755-83376489（1）USB接口750755-83376489（2）SPI總線接口

MAX1457屬于高精度（0.1％）硅壓阻式壓力信號(hào)調(diào)理器芯片。由n個(gè)壓力測量模塊與微機(jī)、數(shù)字電壓表可構(gòu)成基于SPI總線的高精度壓力測試系統(tǒng)。

760755-83376489（2）SPI總線接口760755-83376489電路如圖27所示。圖27基于SPI總線的高精度壓力測試系統(tǒng)的電路

770755-83376489電路如圖27所示。770755-83376489（3）基于HART協(xié)議的測試系統(tǒng)

問題的提出：目前智能傳感器都是數(shù)字式的，而在工業(yè)測試現(xiàn)場仍大量使用4～20mA模擬輸出的系統(tǒng)（包括傳感器、變送器及二次儀表等）。

780755-83376489（3）基于HART協(xié)議的測試系統(tǒng)780755-8337648為了解決這一技術(shù)難題，美國羅斯蒙特（Rosemount）公司提出了HART協(xié)議（HighwayAddressableRemoteTransducerProtocol，可尋址遠(yuǎn)程傳感器通信協(xié)議）作為過渡性標(biāo)準(zhǔn)。該通信協(xié)議具有與現(xiàn)場總線相類似的體系結(jié)構(gòu)以及總線式數(shù)字通信功能。

790755-83376489為了解決這一技術(shù)難題，美國羅斯蒙特（RosemountHART協(xié)議是在模擬信號(hào)上疊加了FSK（頻移鍵控）數(shù)字信號(hào)，因此可同時(shí)進(jìn)行模擬通信和數(shù)字通信。這就保證了4～20mA模擬系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)兼容，能在一條雙絞線上連接多臺(tái)現(xiàn)場設(shè)備，構(gòu)成多站網(wǎng)絡(luò)，使不同廠家的產(chǎn)品互相通用。

800755-83376489HART協(xié)議是在模擬信號(hào)上疊加了FSK（頻移鍵控）

HART協(xié)議采用“頻移鍵控”（FSK）技術(shù)。頻移鍵控是頻率調(diào)制的一種方法，典型例子是用二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻，用一個(gè)頻率表示數(shù)據(jù)“1”，另一頻率表示“0”。HART協(xié)議是在4mA～20mA的模擬信號(hào)上疊加不同的頻率信號(hào)，來代表所要傳輸或接收的數(shù)據(jù)。數(shù)字信號(hào)用1200Hz代表邏輯“1”、2200Hz代表邏輯“0”，信號(hào)傳輸速率為1200bit/s，數(shù)字頻率信號(hào)的電流幅值為±0.5mA。由于在一個(gè)周期內(nèi)數(shù)字頻率信號(hào)的平均值為零，因此不會(huì)對4mA～20mA的模擬信號(hào)產(chǎn)生影響，這是HART協(xié)議最重要的特點(diǎn)之一。

810755-83376489HART協(xié)議采用“頻移鍵控”（FSK）技術(shù)。頻移鍵圖28HART協(xié)議的信號(hào)波形

820755-83376489圖28HART協(xié)議的信號(hào)波形820755-83373.4虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器（1）虛擬傳感器虛擬傳感器是基于軟件開發(fā)而成的智能傳感器。它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實(shí)現(xiàn)測試功能的，利用軟件還可完成傳感器的校準(zhǔn)及標(biāo)定，使之達(dá)到最佳性能指標(biāo)。

830755-833764893.4虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器830755-83376489（2）網(wǎng)絡(luò)傳感器

智能傳感器的另一發(fā)展方向就是網(wǎng)絡(luò)傳感器。網(wǎng)絡(luò)傳感器是包含數(shù)字傳感器、網(wǎng)絡(luò)接口和處理單元的新一代智能傳感器。

840755-83376489（2）網(wǎng)絡(luò)傳感器840755-83376489

被測模擬量→數(shù)字傳感器→數(shù)字量→微處理器→測量結(jié)果→網(wǎng)絡(luò)?？蓪?shí)現(xiàn)各傳感器之間、傳感器與執(zhí)行器之間、傳感器與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換及資源共享，在更換傳感器時(shí)無須進(jìn)行標(biāo)定和校準(zhǔn)，可做到“即插即用”。

850755-83376489被測模擬量→數(shù)字傳感器→數(shù)字量→微處理器→測量結(jié)果→網(wǎng)

美國Honeywell公司開發(fā)的PPT系列、PPTR系列和PPTE系列智能精密壓力傳感器就屬于網(wǎng)絡(luò)傳感器。在構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)時(shí)，能確定每個(gè)傳感器的全局地址、組地址和設(shè)備識(shí)別號(hào)（ID）地址。用戶通過網(wǎng)絡(luò)就能獲取任何一只傳感器的數(shù)據(jù)并對該傳感器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

860755-83376489美國Honeywell公司開發(fā)的PPT系列、PPa)RS－232環(huán)形網(wǎng)絡(luò)具有6個(gè)PPT單元的RS－232環(huán)形網(wǎng)絡(luò)如圖29所示。RS－232環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的起點(diǎn)和終點(diǎn)都在主機(jī)的TXD、RXD和GND接口線上。其特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)接口可接多臺(tái)PC機(jī)的串行接口。圖29具有6個(gè)PPT單元的RS－232環(huán)形網(wǎng)絡(luò)

870755-83376489a)RS－232環(huán)形網(wǎng)絡(luò)870755-83376489b)RS－485多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)具有6個(gè)PPT單元的RS－485多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)如圖30所示。在該網(wǎng)絡(luò)中，各PPT單元的ID地址可以不按照順序排列。圖30具有6個(gè)PPT單元的RS－485多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)

880755-83376489b)RS－485多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)880755-833764892005年7月27日，華旗資訊在人民大會(huì)堂召開了“自主創(chuàng)新，產(chǎn)業(yè)報(bào)國——愛國者V（勝利）系列數(shù)碼相機(jī)新品發(fā)布會(huì)”，首次向外界推出“全球第一臺(tái)具有內(nèi)容保真和版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印數(shù)碼相機(jī)”：愛國者V815plus、V80plus、V80、V60plus、V60和數(shù)字水印數(shù)碼相機(jī)。其中，具有800萬像素的V80型（國家863計(jì)劃），結(jié)束了數(shù)碼像片不能作為直接證據(jù)和沒有版權(quán)保護(hù)的應(yīng)用瓶頸，填補(bǔ)了數(shù)字圖像知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)領(lǐng)域的空白。其存儲(chǔ)模式為JPEG（最佳/優(yōu)質(zhì)/標(biāo)準(zhǔn)）。打破了日本在數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域的技術(shù)壟斷。890755-833764892005年7月27日，華旗資訊在人民大會(huì)堂召開了“自主數(shù)字水印相機(jī)有六大特點(diǎn)：●在拍攝照片的同時(shí)嵌入一個(gè)易損的水印，嵌入水印時(shí)，不能改變圖像的質(zhì)量和大小，圖像的特征值/摘要與嵌入水印的內(nèi)容融合、一一對應(yīng)；●水印的嵌入與數(shù)碼照片的生成同步進(jìn)行；●數(shù)碼照片中的任何惡意改動(dòng)，都能破壞水印信息的完整性；●能夠自動(dòng)定位數(shù)碼照片篡改的任何微小區(qū)域；●完整性的檢測/認(rèn)證能夠精確到圖像的最小單位（1像素）；●抵抗水印的重復(fù)添加。例如用V815拍一張照片（見下圖），然后用PhotoShop在其額頭點(diǎn)了一下。然后用隨機(jī)軟件瀏覽時(shí)，系統(tǒng)馬上提示照片真實(shí)性無法確定，并且指出針對原圖修改的位置。900755-83376489數(shù)字水印相機(jī)有六大特點(diǎn)：900755-83376489預(yù)計(jì)2007年10月24日我國發(fā)射的嫦娥1號(hào)探月衛(wèi)星，有效載荷有6套24件，包括CCD立體相機(jī)、激光高度計(jì)、成像光譜儀、伽馬/X射線譜儀、微波探測儀和太陽風(fēng)粒子探測器等。激光高度計(jì)由激光器、望遠(yuǎn)鏡和接收電路三部分組成，由中科院上海技術(shù)物理研究所研制。激光高度計(jì)首先向月面發(fā)射激光束，并立刻用望遠(yuǎn)鏡把反射回來的光束變成電信號(hào)；通過精確計(jì)算得出該探測點(diǎn)的月球海拔高度，再與CCD立體相機(jī)拍攝的平面圖像相疊加，獲得月面三維地形圖。包括人類探月活動(dòng)從未涉及的月球兩極區(qū)域。910755-83376489預(yù)計(jì)2007年10月24日我國發(fā)射的嫦娥1號(hào)探月衛(wèi)星，有920755-83376489920755-83376489x射線譜儀月球元素圖930755-83376489x射線譜儀月球元素圖930755-83376489拍攝月球三維影像的立體相機(jī)CCD940755-83376489拍攝月球三維影像的立體相機(jī)CCD940755-8337648嫦娥一號(hào)衛(wèi)星的模型950755-83376489嫦娥一號(hào)衛(wèi)星的模型950755-833764892007年10月24日嫦娥一號(hào)探月衛(wèi)星發(fā)射成功960755-833764892007年10月24日嫦娥一號(hào)探月衛(wèi)星發(fā)射成功96075測試廠房內(nèi)景970755-83376489測試廠房內(nèi)景970755-83376489980755-83376489980755-83376489990755-83376489990755-833764891000755-833764891000755-83376489我國2005年10月12日發(fā)射成功的神舟六號(hào)飛船，上面有6萬多個(gè)元器件。1010755-83376489我國2005年10月12日發(fā)射成功的神舟六號(hào)飛船，上收藏于北京天文館的半克月巖1020755-83376489收藏于北京天文館的半克月巖1020755-83376489神州六號(hào)飛船的儀表板，“神六”由643個(gè)部件組成，各種電子元器件有10萬多個(gè)。焊點(diǎn)12萬個(gè)，飛船上的電纜總長度有80公里1030755-83376489神州六號(hào)飛船，“神六”由643個(gè)部件組成，各種電子元器件有1圖像實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)：由兩個(gè)攝像頭、圖像壓縮處理器、圖像綜合控制器等設(shè)備組成。一個(gè)攝像頭鏡頭朝向火箭尾部，用于觀測助推器分離和一二級(jí)分離；另一個(gè)攝像頭鏡頭朝上，用于觀測整流罩分離和船箭分離。船箭分離

船箭分離

船箭分離瞬間

1040755-83376489圖像實(shí)時(shí)測量系統(tǒng)：由兩個(gè)攝像頭、圖像壓縮處理器神州六號(hào)飛船上的通用加固計(jì)算機(jī)，操作系統(tǒng)是win2000。所有元器件都經(jīng)過沖擊、高低溫等方法篩選，整機(jī)還要進(jìn)行高溫、低溫等試驗(yàn)?？臻g計(jì)算機(jī)采用了雙CPU或三CPU，不會(huì)出現(xiàn)死機(jī)情況。計(jì)算機(jī)里面有三個(gè)CPU，可同步工作，三個(gè)里面容許壞一個(gè)。一萬次的飛行中，只允許兩次失敗，神六共使用了22臺(tái)計(jì)算機(jī)，造價(jià)最高的超過100萬元人民幣，最低的計(jì)算機(jī)也在十多萬元。

1050755-83376489神州六號(hào)飛船上的通用加固計(jì)算機(jī)，操作系統(tǒng)是win2“神七”飛天在即“神七”飛天在即1060755-83376489“神七”飛天在即“神七”飛天在即1060755-833764神舟七號(hào)成功返回地面1070755-83376489神舟七號(hào)成功返回地面1070755-833764894結(jié)語 智能傳感器是信息時(shí)代的驕子，它正成為推動(dòng)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。智能傳感器在電子信息工程領(lǐng)域具有特殊重要的意義，需要我們繼續(xù)深入地研究、開發(fā)和推廣應(yīng)用。

1080755-833764894結(jié)語1080755-83376489主要參考文獻(xiàn)

1.Honeywell公司、Humirel公司、Mierosemi公司、Agilent公司、Atmel公司、Veridicom公司、ADI公司、NSC公司、Telcom公司、Philips公司、MAXIM公司、DALLAS公司、ST公司、Motorola公司、Sensirion公司、HOLTEK公司、Rosemount公司、Infineon公司、MurataManufactuaringCo.，Lta公司產(chǎn)品資料，2000～20032.沙占友，《集成化智能傳感器原理與應(yīng)用》，電子工業(yè)出版社，2004.13.沙占友，《智能傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用》，電子工業(yè)出版社，2004.64.沙占友，《數(shù)字化測量技術(shù)與應(yīng)用》，機(jī)械工業(yè)出版社，2004.41090755-83376489主要參考文獻(xiàn)1090755-83376489謝謝大家!1100755-83376489謝謝大家!1100755-83376489

智能傳感器與傳感系統(tǒng)

的發(fā)展及應(yīng)用

河北科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院電子信息工程系數(shù)字化測量技術(shù)省級(jí)精品課1110755-83376489

智能傳感器與傳感系統(tǒng)

的發(fā)展及應(yīng)用

河北科技大學(xué)信息智能傳感器與傳感器系統(tǒng)

的發(fā)展及應(yīng)用0引言1智能傳感器的定義及功能2智能傳感器與傳感系統(tǒng)的特點(diǎn)3智能傳感器與傳感系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用4結(jié)語

1120755-83376489智能傳感器與傳感器系統(tǒng)

的發(fā)展及應(yīng)用0引言20755-80引言

傳感器是構(gòu)建現(xiàn)代信息系統(tǒng)的重要組成部分。

現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱：

1.傳感器技術(shù)（信息采集）——“感官”

2.通信技術(shù)（信息傳輸）——“神經(jīng)”

3.計(jì)算機(jī)技術(shù)（信息處理）——“大腦”1130755-833764890引言

傳感器是構(gòu)建現(xiàn)代信息系統(tǒng)的重要組成部分。

目前，傳感器正從傳統(tǒng)的分立式，朝著單片集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。

據(jù)光電行業(yè)開發(fā)協(xié)會(huì)（OIDA）作出的最新預(yù)測，在2003年～2006年期間，智能傳感器的國際市場銷售量將以每年20％的高速度增長。

智能傳感器可廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、交通、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事科研、航空航天、現(xiàn)代辦公設(shè)備和家用電器等領(lǐng)域。

1140755-83376489目前，傳感器正從傳統(tǒng)的分立式，朝著單片集成化、智能化、1智能傳感器的定義及功能1.1智能傳感器的定義

目前，關(guān)于智能傳感器的中、英文稱謂尚未完全統(tǒng)一。英國人將智能傳感器稱為“IntelligentSensor”；美國人則習(xí)慣于把智能傳感器稱作“SmartSensor”，直譯就是“靈巧的、聰明的傳感器”。

所謂智能傳感器，就是帶微處理器、兼有信息檢測和信息處理功能的傳感器。

1150755-833764891智能傳感器的定義及功能50755-83376489

智能傳感器的最大特點(diǎn)就是將傳感器檢測信息的功能與微處理器的信息處理功能有機(jī)地融合在一起。從一定意義上講，它具有類似于人工智能的作用。

需要指出，這里講的“帶微處理器”包含兩種情況：（1）將傳感器與微處理器集成在一個(gè)芯片上構(gòu)成所謂的“單片智能傳感器”（2）傳感器能夠配微處理器。顯然，后者的定義范圍更寬，但二者均屬于智能傳感器的范疇。

1160755-83376489智能傳感器的最大特點(diǎn)就是將傳感器檢測信息的功能與微處

世界上第一個(gè)智能傳感器是美國霍尼韋爾（Honeywell）公司在1983年開發(fā)的ST3000系列智能壓力傳感器。它具有的多參數(shù)傳感(差壓、靜壓和溫度)與智能化的信號(hào)調(diào)理功能。最近，該公司還相繼開發(fā)出ST3000－900/2000等系列的新產(chǎn)品，使之功能進(jìn)一步完善。目前，ST3000系列智能壓力傳感器在全世界的銷量已突破50萬只，深受廣大用戶的青睞。

1170755-83376489世界上第一個(gè)智能傳感器是美國霍尼韋爾（Honeywe

1.2智能傳感器的功能

（1）具有自校準(zhǔn)和自診斷功能。智能傳感器不僅能自動(dòng)檢測各種被測參數(shù)，還能進(jìn)行自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)調(diào)平衡、自動(dòng)校準(zhǔn)，某些智能傳感器還能自標(biāo)定功能。

1180755-833764891.2智能傳感器的功能80755-83376489

（2）具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、邏輯判斷和信息處理功能，能對被測量進(jìn)行信號(hào)調(diào)理或信號(hào)處理（包括對信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理、線性化，或?qū)囟取㈧o壓力等參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償?shù)龋?/p>

1190755-83376489（2）具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、邏輯判斷和信息處理功能，能對被

（3）具有組態(tài)功能，使用靈活。在智能傳感器系統(tǒng)中可設(shè)置多種模塊化的硬件和軟件，用戶可通過微處理器發(fā)出指令，改變智能傳感器的硬件模塊和軟件模塊的組合狀態(tài)，完成不同的測量功能。

1200755-83376489（3）具有組態(tài)功能，使用靈活。在智能傳感器系統(tǒng)中可

（4）具有雙向通信功能，能直接與微處理器（μP）或單片機(jī)（μC）通信。

1210755-83376489（4）具有雙向通信功能，能直接與微處理器（μP）或單片機(jī)（2智能傳感器與傳感系統(tǒng)的特點(diǎn)2.1

高精度智能傳感器采用自調(diào)零、自補(bǔ)償、自校準(zhǔn)等多項(xiàng)新技術(shù)，能達(dá)到高精度指標(biāo)。美國BB（BURR－BROWN）公司：XTR系列精密電流變送器，轉(zhuǎn)換精度±0.05％，非線性誤差±0.003％。

1220755-833764892智能傳感器與傳感系統(tǒng)的特點(diǎn)120755-8337648

美國霍尼韋爾（Honeywell）公司：PPT、PPTR系列智能精密壓力傳感器，測量精度為±0.05％，比傳統(tǒng)壓力傳感器的精度大約提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。其外形如圖1所示。

1230755-83376489美國霍尼韋爾（Honeywell）公司：PPT、P（a）PPT系列（b）PPTR系列圖1外形圖1240755-83376489（a）PPT系列（b）PPTR系列140755-8337

PPT、PPTR系列智能壓力傳感器的內(nèi)部電路框圖如圖2所示。圖2PPT、PPTR系列智能壓力傳感器的內(nèi)部電路框圖

1250755-83376489PPT、PPTR系列智能壓力傳感器的內(nèi)部電路框

2.2寬量程智能傳感器的測量范圍很寬，并具有很強(qiáng)的過載能力。例如，美國ADI公司：ADXRS300型單片偏航角速度陀螺儀集成電路測量轉(zhuǎn)動(dòng)物體的偏航角速度的范圍是±300°/s。只需并聯(lián)一只設(shè)定電阻，即可將測量范圍擴(kuò)展到1200°/s。

1260755-833764892.2寬量程160755-83376489

2.3多參數(shù)、多功能（1）多路智能溫度控制器Pentium4處理器是Intel公司推出的高性能微處理器。最高主頻目前已達(dá)3.6GHz，它采用了0.13μm制程，集成度高達(dá)5500萬～7700萬只晶體管，在芯片中還有內(nèi)置數(shù)字溫度傳感器。其芯片結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1270755-833764892.3多參數(shù)、多功能170755-83376489圖3Pentium4處理器芯片的結(jié)構(gòu)

1280755-83376489180755-83376489隨著Pentium4處理器運(yùn)行速度的大幅度提高，其功耗也顯著增加，必須采取更完善的散熱保護(hù)措施。

2002年，美國ADI公司專門開發(fā)出適配Pentium4處理器的ADT7460型智能化遠(yuǎn)程散熱風(fēng)扇控制器集成電路，并已用于奔騰4計(jì)算機(jī)產(chǎn)品中。

1290755-83376489隨著Pentium4處理器運(yùn)行速度的大幅度提高，其功耗也顯

奔騰4計(jì)算機(jī)的散熱控制電路如圖4所示。該計(jì)算機(jī)中共使用了3臺(tái)散熱風(fēng)扇。其中，風(fēng)扇1專門給CPU散熱，風(fēng)扇2和風(fēng)扇3分別安裝在主機(jī)箱的前面和后面給機(jī)箱散熱。圖4計(jì)算機(jī)的散熱控制電路

1300755-83376489奔騰4計(jì)算機(jī)的散熱控制電路如圖4所示。該計(jì)算微處理器最高可承受的工作溫度規(guī)定為tH，臺(tái)式計(jì)算機(jī)一般為75℃，高檔筆記本電腦的專用CPU可達(dá)100℃。

圖5

檢測CPU的溫度1310755-83376489210755-83376489配套軟件日臻完善溫度傳感器＋專用計(jì)算機(jī)測試軟件。1320755-83376489配套軟件日臻完善220755-833764891330755-83376489230755-833764891340755-83376489240755-83376489

（2）多功能式濕度／溫度／露點(diǎn)智能傳感器系統(tǒng)瑞士Sensirion公司：SHT11/15型高精度、自校準(zhǔn)、多功能式智能傳感器。能同時(shí)測量相對濕度、溫度和露點(diǎn)等參數(shù)；兼有數(shù)字濕度計(jì)、溫度計(jì)和露點(diǎn)計(jì)這3種儀表的功能；可廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療儀器、通風(fēng)及空調(diào)設(shè)備等領(lǐng)域。

1350755-83376489（2）多功能式濕度／溫度／露點(diǎn)智能傳感器系統(tǒng)250755-SHT11/15型智能傳感器系統(tǒng)，外形尺寸僅為7.62mm（長）×5.08mm（寬）×2.5mm（高），質(zhì)量只有0.1g，其體積與一個(gè)大火柴頭相近，見圖6。

圖6SHT11/15型智能傳感器的外形

1360755-83376489SHT11/15型智能傳感器系統(tǒng)，外形尺寸僅為7.62mm（（1）瑞士Sensirion公司：將半導(dǎo)體芯片（CMOS）與傳感器技術(shù)融合的CMOSens?技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)亦稱“Sensmitter”，它表示傳感器（sensor）與變送器（transmitter）的有機(jī)結(jié)合。

1370755-83376489（1）瑞士Sensirion公司：270755-833764

SHT11/15的引腳排列如圖7所示。（a）俯視圖；（b）側(cè)視圖圖7SHT11/15的引腳排列圖

1380755-83376489SHT11/15的引腳排列如圖7所示。280755-

SHT11/15型濕度／溫度傳感器系統(tǒng)的內(nèi)部框圖如圖8所示。

圖8

SHT11/15型濕度／溫度傳感器的內(nèi)部電路框圖

1390755-83376489SHT11/15型濕度／溫度傳感器系統(tǒng)的內(nèi)部框

相對濕度：（空氣中所含壓強(qiáng)與該溫度下飽和水蒸氣的壓強(qiáng)之比，通常用百分?jǐn)?shù)表示）測量范圍：0％～99.99％RH；測量精度：±2％RH分辨力：0.01％RH

1400755-83376489相對濕度：（空氣中所含壓強(qiáng)與該溫度下飽和水蒸氣的壓強(qiáng)溫度：測量范圍：－40℃～＋123.8℃測量精度：±1℃分辨力：0.01℃

露點(diǎn)：（在水氣冷卻過程中最初發(fā)生結(jié)露的溫度）測量精度：＜±1℃分辨力為：±0.01℃1410755-83376489溫度：310755-83376489

由SHT15構(gòu)成的相對濕度／溫度測試系統(tǒng)的電路框圖如圖9所示。該系統(tǒng)能測量并顯示出相對濕度、溫度和露點(diǎn)。SHT15作為從機(jī)，89C51單片機(jī)作為主機(jī)，二者通過串行總線進(jìn)行通信。圖9相對濕度／溫度測試系統(tǒng)的電路框圖

1420755-83376489由SHT15構(gòu)成的相對濕度／溫度測試系統(tǒng)的電路框圖如（3）多功能式混濁度/電導(dǎo)/溫度智能傳感器系統(tǒng)

混濁度（亦稱不透明度）：表示水或其他液體的不透明程度。

1430755-83376489（3）多功能式混濁度/電導(dǎo)/溫度智能傳感器系統(tǒng)330755-

當(dāng)單色光通過含有懸浮粒子的液體時(shí)，由于懸浮粒子引起光的散射，使單色光的強(qiáng)度被衰減，其衰減量就代表液體的混濁度?；鞚岫仁莻€(gè)比值，其單位用NTU來表示。

1440755-83376489當(dāng)單色光通過含有懸浮粒子的液體時(shí)，由于懸浮粒子引起

美國霍尼韋爾（Honeywell）公司：APMS－10G型帶微處理器和單線接口的智能化混濁度傳感器系統(tǒng)能同時(shí)測量液體的混濁度、電導(dǎo)和溫度，構(gòu)成多參數(shù)在線檢測系統(tǒng)可廣泛用于水質(zhì)凈化，清洗設(shè)備及化工、食品、醫(yī)療衛(wèi)生等部門。

1450755-83376489美國霍尼韋爾（Honeywell）公司：APMS－

APMS－10GRCF的外形及插座上的引腳排列如圖10所示。（a）外形；（b）插座引腳圖10APMS－10GRCF的外形及插座上的引腳排列圖1460755-83376489APMS－10GRCF的外形及插座上的引腳排列APMS－10G的內(nèi)部框圖如圖11所示。圖11APMS－10G的內(nèi)部框圖

1470755-83376489APMS－10G的內(nèi)部框圖如圖11所示。370755-833混濁度測量原理（圖12）1480755-83376489混濁度測量原理（圖12）380755-83376489APMS－10G通過9腳RS－232插座連計(jì)算機(jī)，接線方式如圖13所示。圖13APMS－10G與計(jì)算機(jī)的接線

1490755-83376489APMS－10G通過9腳RS－232插座連計(jì)算機(jī)，接線方式如2.4自校準(zhǔn)與自標(biāo)定Motorola公司煙霧檢測報(bào)警IC主要有三種類型：離子型：MC14467－1、MC14468光電型：MC145010、MC145011比較器型：MC145781500755-833764892.4自校準(zhǔn)與自標(biāo)定400755-83376489MC145010配上紅外光電室，即可通過傳感微小煙霧顆粒的散熱光束來檢測煙霧。其基本工作原理是：“紅外發(fā)射二極管→紅外光→在煙霧顆粒的作用下形成散射光束→紅外接收二極管→MC145010→BZ發(fā)出報(bào)警聲”。

1510755-83376489MC145010配上紅外光電室，即可通過傳感微小煙霧（1）自校準(zhǔn)將MC145010置于校準(zhǔn)模式。在該模式下，某些引腳的功能將被重新設(shè)定。為進(jìn)入校準(zhǔn)模式，需要給TEST端加負(fù)電壓，使該端的輸出電流為100μA并保持一個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間。

1520755-83376489（1）自校準(zhǔn)420755-83376489（2）自標(biāo)定利用自檢模式可以模擬煙霧條件，對傳感器進(jìn)行自標(biāo)定。

1530755-83376489（2）自標(biāo)定430755-83376489具體方法是顯著提高光信號(hào)放大器的增益，將煙霧室中的背景反射光看成是由煙霧產(chǎn)生的散射光，從而獲得模擬的煙霧條件。經(jīng)過一個(gè)時(shí)鐘周期后，光信號(hào)放大器的增益恢復(fù)正常值，模擬的煙霧條件就被撤銷。

1540755-83376489具體方法是顯著提高光信號(hào)放大器的增益，將煙霧室中2.5生物傳感器生物識(shí)別技術(shù)是人體生物特征進(jìn)行身份鑒別的技術(shù)。要求這些特征具有“人各有異”、“終身不變”和“隨身攜帶”這三大特點(diǎn)。

1550755-833764892.5生物傳感器450755-83376489生物識(shí)別系統(tǒng)的組成如圖14所示。圖14生物識(shí)別系統(tǒng)的組成

1560755-83376489生物識(shí)別系統(tǒng)的組成如圖14所示。460755-8337648●指紋具有惟一性（隨身攜帶、無法復(fù)制、人人不同、指指相異）?！窀鶕?jù)指紋學(xué)理論，將兩個(gè)指紋分別匹配上12個(gè)特征時(shí)的相同幾率僅為1/1050。因此，至今找不出兩個(gè)指紋完全相同的人，●即使相貌酷似的孿生兄弟姐妹，或同一個(gè)人的十指之間，指紋也存在明顯差異?！裰讣y的這一特點(diǎn)，為身份鑒定提供了客觀依據(jù)。

1570755-83376489●指紋具有惟一性（隨身攜帶、無法復(fù)制、人人不指紋圖像的獲取取像設(shè)備主要有以下4種類型：▲光學(xué)取像設(shè)備（例如微型三棱鏡矩陣）▲壓電式指紋傳感器▲半導(dǎo)體指紋傳感器▲超聲波指紋掃描儀。

1580755-83376489指紋圖像的獲取480755-83376489指紋的基本紋路圖案：基本紋路圖案有環(huán)形、弓形和螺旋形，如圖15所示。其他指紋圖案都是基于這三種基本圖案衍生而成的。（a）環(huán)型；（b）弓型；（c）螺旋型圖153種基本紋路圖案

1590755-83376489指紋的基本紋路圖案：基本紋路圖案有環(huán)形、弓形和螺旋指紋識(shí)別過程：指紋采樣→指紋圖像預(yù)處理→二值化處理→細(xì)化，紋路提取→細(xì)節(jié)特征提取→指紋匹配（即指紋庫的查對）。如圖16所示。圖16指紋識(shí)別過程

1600755-83376489指紋識(shí)別過程：500755-83376489半導(dǎo)體指紋傳感器半導(dǎo)體指紋傳感器亦稱單片集成指紋傳感器或CMOS固態(tài)指紋傳感器，它是在20世紀(jì)90年代末問世的。指紋傳感器，可廣泛用于便攜式指紋識(shí)別儀，網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫及工作站的保護(hù)裝置，自動(dòng)柜員機(jī)（ATM）、智能卡、手機(jī)、計(jì)算機(jī)、門禁系統(tǒng)等身份識(shí)別器，還可構(gòu)成賓館、家庭的門鎖識(shí)別系統(tǒng)。

1610755-83376489半導(dǎo)體指紋傳感器510755-83376489（1）溫差感應(yīng)式指紋傳感器它是基于溫度感應(yīng)的原理而制成的，每個(gè)像素都相當(dāng)于一個(gè)微型化的電荷傳感器，用來感應(yīng)手指與芯片映像區(qū)域之間某點(diǎn)的溫度差，產(chǎn)生一個(gè)代表圖像信息的電信號(hào)。典型產(chǎn)品：美國Atmel公司的FCD4B14。可在0.1s內(nèi)獲取指紋圖像（時(shí)間一長，手指和芯片就處于相同的溫度了）

。1620755-83376489（1）溫差感應(yīng)式指紋傳感器520755-83376489FCD4B14的外形、引腳和安裝圖分別如圖17、圖18、圖19所示。

（a）DIP－20陶瓷封裝；（b）COB封裝圖17FCD4B14的外形圖

1630755-83376489FCD4B14的外形、引腳和安裝圖分別如圖17、圖18、圖1（a）表面傾斜式；（b）將傳感器裝在靠邊緣處圖18FCD4B14的安裝圖

1640755-83376489（a）表面傾斜式；（b）將傳感器裝在靠邊緣處540755-8FCD4B14型指紋傳感器的內(nèi)部電路框圖如圖18所示。圖19FCD4B14的內(nèi)部電路框圖

1650755-83376489FCD4B14型指紋傳感器的內(nèi)部電路框圖如圖18所示。550傳感器共有8行280列，包含8×280＝2240個(gè)像素，另有一個(gè)虛列。

基本工作原理：行、列掃描→指紋的模擬圖像→經(jīng)過兩個(gè)ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像→通過8位鎖存器輸出到微處理器或計(jì)算機(jī)中。1660755-83376489傳感器共有8行280列，包含8×280＝2240個(gè)像素（2）電容感應(yīng)式指紋傳感器由電容陣列構(gòu)成內(nèi)部包含9萬只微型化電容器

基本工作原理：當(dāng)用戶將手指放在正面時(shí)，皮膚就組成了電容陣列的一個(gè)極板，電容陣列的背面是絕緣極板。由于不同區(qū)域指紋的脊和谷之間的距離也不相等，使每個(gè)單元的電容量隨之而變，由此可獲得指紋圖像。

1670755-83376489（2）電容感應(yīng)式指紋傳感器570755-83376489典型產(chǎn)品：美國Veridicom公司FPS100FPS100的外形以及由它構(gòu)成的指紋識(shí)別系統(tǒng)輸入設(shè)備如圖20所示，輸入設(shè)備與計(jì)算機(jī)相連。（a）FPS100的外形；（b）指紋識(shí)別系統(tǒng)的輸入設(shè)備圖20FPS100的外形以及指紋識(shí)別系統(tǒng)的輸入設(shè)備

1680755-83376489典型產(chǎn)品：美國Veridicom公司FPS1005807美國Veridicom公司：

●圖像搜索技術(shù)（ImageSeekTM）

●高速圖像傳輸技術(shù)

●手指自動(dòng)檢測技術(shù)。

1690755-83376489美國Veridicom公司：590755-83376489FPS100的內(nèi)部框圖如圖21所示。圖21FPS100的內(nèi)部框圖

1700755-83376489FPS100的內(nèi)部框圖如圖21所示。600755-833762.6超小型化、微功耗智能傳感器正朝著短、小、輕、薄的方向發(fā)展，以滿足航空、航天及國防尖端技術(shù)領(lǐng)域的急需，并且為開發(fā)便攜式、袖珍式檢測系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件。

1710755-833764892.6超小型化、微功耗610755-83376489

ADXRS300型單片偏航角速度陀螺儀集成電路基于“音叉陀螺儀”（tuningforkgyro）的原理，采用表面顯微機(jī)械加工工藝和Bi－CMOS半導(dǎo)體工藝而制成的。

1720755-83376489ADXRS300型單片偏航角速度陀螺儀集成電路6207

基本工作原理：在科里奧利力的作用下，角速度傳感器的轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變，而旋轉(zhuǎn)方向可以是順時(shí)針，也可以是逆時(shí)針，由轉(zhuǎn)動(dòng)物體而定。ADXRS300通過電容對偏航角速度進(jìn)行采樣，再依次經(jīng)過能產(chǎn)生180°相移的π型解調(diào)器、低通濾波器和輸出放大器對信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，最終獲得與Z軸方向的角速度成正比的電壓信號(hào)。

1730755-83376489基本工作原理：在科里奧利力的其工作原理示意圖如圖22所示。圖22角速度傳感器工作原理示意圖

1740755-83376489其工作原理示意圖如圖22所示。640755-83376489ADXRS300的內(nèi)部電路框圖如圖23所示。圖23ADXRS300的內(nèi)部電路框圖

1750755-83376489ADXRS300的內(nèi)部電路框圖如圖23所示。650755-8

由陀螺制成的角速度計(jì)主要用于慣性導(dǎo)航，通信天線的定向。由美國Systron公司生產(chǎn)的QRS11－00010－20型角速度計(jì)的指標(biāo)為:最大量程土100/s，分辨力為0.050/s(均方根值);通數(shù)帶為0Hz一60Hz。見圖23。圖231760755-83376489由陀螺制成的角速度計(jì)主要用于慣性導(dǎo)航，通信天線的定3智能傳感器與傳感系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用●智能微塵傳感器●生物芯片●總線技術(shù)●高可靠性●安全性1770755-833764893智能傳感器與傳感系統(tǒng)的發(fā)展及應(yīng)用670755-83373.1

智能微塵傳感器

智能微塵（SmartMicroDust）是一種具有電腦功能的超微型傳感器。從肉眼看來，它和一顆沙粒沒有多大區(qū)別。但內(nèi)部卻包含了從信息收集、信息處理到信息發(fā)送所必需的全部部件。

1780755-833764893.1智能微塵傳感器680755-83376489

目前，直徑約為5mm的智能微塵已經(jīng)問世，智能微塵的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖24所示。未來的智能微塵甚至可以懸浮在空中幾個(gè)小時(shí)，搜集、處理并無線發(fā)射信息。a）肉眼所看到的智能微塵b）智能微塵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖24智能微塵的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1790755-83376489目前，直徑約為5mm的智能微塵已經(jīng)問世，智能微塵的外智能微塵還可以“永久”使用，因?yàn)樗粌H自帶微型薄膜電池，還有一個(gè)微型的太陽能電池為它充電。最近，美國英特爾公司制定了基于微型傳感器網(wǎng)絡(luò)的新型計(jì)算機(jī)的發(fā)展規(guī)劃，也將致力于研究智能微塵傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作。1800755-83376489智能微塵還可以“永久”使用，因?yàn)樗粌H自帶微型薄膜電池，

3.2

生物芯片西門子公司最近研制出一種能辨別氣體及其味道的微型芯片傳感器，可檢測空氣中臭氧含量，監(jiān)測火災(zāi)以及氣體泄漏。見圖25。1810755-833764893.2生物芯片710755-83376489

生物傳感器系統(tǒng)亦稱生物芯片，它是繼大規(guī)模集成電路之后的又一次具有深遠(yuǎn)意義的科技革命。生物芯片不僅能模擬人的嗅覺（如電子鼻）、視覺（如電子眼）、聽覺、味覺、觸覺等，還能實(shí)現(xiàn)某些動(dòng)物的特異功能（例如海豚的聲納導(dǎo)航測距，蝙蝠的超聲波定位，犬類極靈敏的嗅覺，信鴿的方向識(shí)別，昆蟲的復(fù)眼）。生物芯片的效率是傳統(tǒng)檢測手段的成百、上千倍。

1820755-83376489生物傳感器系統(tǒng)亦稱生物芯片，它是繼大規(guī)模集成電路之后德國英飛凌（Infineon）公司最近開發(fā)出具有活神經(jīng)細(xì)胞、能讀取細(xì)胞所發(fā)出電子信息的“神經(jīng)元芯片”，芯片上有16384個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器之間的距離僅為8μm。當(dāng)人體受到電擊時(shí)，利用它可獲取神經(jīng)組織的活動(dòng)數(shù)據(jù)，再將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成彩色圖片，見圖26（b）。

圖261830755-83376489德國英飛凌（Infineon）公司最近開發(fā)出具有活神3.3總線技術(shù)智能傳感器的總線技術(shù)現(xiàn)正逐步實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。目前所采用的總線主要有以下六種：

★１－Wire總線★I2C總線★SMBus★SPI總線★MicroWire總線★USB總線1840755-833764893.3總線技術(shù)740755-83376489（1）USB接口

USB是“通用串行總線”（UniversalSerialBus）的英文縮寫。USB是由Compaq、IBM、Intel、微軟等公司于1994年共同提出的。USB接口具有連接單一化、軟件自動(dòng)“偵測”、能直接配PC機(jī)、能實(shí)現(xiàn)熱插拔的優(yōu)點(diǎn)。目前，USB1.0的傳輸速率為12Mpbs，而USB2.0的傳輸速率最高可達(dá)480Mpbs。這是其它總線所無法達(dá)到的。1850755-83376489（1）USB接口750755-83376489（2）