集成传感器

关于集成化与数字化传感器的应用集成传感器概述 集成传感器(integrated sensor)是在半导体集成技术、分子合成技术、微电子技术及计算机技术等基础上发展起来的。集成传感器的种类很多，可大致归为以下两种类型‘传感器本身的集成化和传感器与后续电路的集成化。 1.传感器本身的集成化 传感器本身的集成化可分为两种情况: 一种是具有同样功能的传感器的集成化。如电荷藕合器件(CCD)就是在一块半导体芯片上集成了许多光电传感器的集成化器件，又如将多个相同的光敏二极管“集成”在同一芯片上成为摄像仪中的光敏器件。这种集成化的特点是把对一个点的测量扩展成对一条线、一个平面或对空间的测量。 另一种是不同功能传感器的集成化，使一个传感器具有多种功能。如把温度变送器和湿度传感器集成在一起，可同时枪测温度和湿度。2.传感器与后续电路的集成化 此类集成化也可分为两种情况· ·一种是传感器和输出电路的集成化。如光电传感器和其放大电路集成在一起，可减少干扰.提高灵敏度;在硅片上制造薄膜传感器及放大器而构成的加速度传感器等。 另一种是将传感器和后续数据处理电路集成在一起.如微机化的传感器，既具备传感器的功能，又具有记忆及运算的功能、信息处理及非线性滤波的功能、多重翰人系统的构成一与同一数据的周期重复处理功能，以及系统的调节与控制的功能等。因此，这种传感器是一种多功能化的传感器. 总的来说，集成传感器具有如下特点: (”成本低.由于集成电路工艺已十分完善，利用这种技术可降低产品的成本。 (2)小型化.以硅技术为基础，将多个相同或不同的器件集成在一起，使许多引线变为芯片的内部连线，可使体积大大缩小. (3)性能改善。集成传感器可以把温度补偿、信号放大及处理电路做在同一块芯片上，这样就使环境沮度变化和电源波动等外界因素对输出信号的影响减至最小。 (4》可靠性提高.由于集成化的结果，使外引线变为内引线，器件的焊点大大减少，可靠性得以提高。 (5)接11灵活性增加。可在传感器芯片上设计阻抗变换电路、电平变换电路等，以适应不同的要求，便于与外电路连接。来源：中国仪器仪表网

波高采集系统有32个传感器通道，可以连接不通型号的传感器。主要应用于水工河工物理模型波浪、港池、水槽等试验，能同时对多种试验仪器进行数据采集分析。那么波高采集系统的集成式智能传感器工作原理有哪些呢?　　集成式智能传感器是指将多个功能相同或不同的敏感器件制作在同一个芯片上构成传感器阵列,主要有三个方面的含义:一是将多个功能完全相同的敏感单元集成制造在同一个芯片上,用来测量被测量的空间分布信息,例如压力传感器阵列或我们熟知的CCD器件。　　二是指对不同类型的传感器进行集成,例如集成有压力、温度、湿度、流量、加速度、化学等敏感单元的传感器,能同时测到环境中的物理特性或化学参量,用来对环境进行监测。　　集成化的第三层含义是指对多个结构相同、功能相近的敏感单元进行集成,例如将不同气敏传感元集成在一起组成“电子鼻”,利用各种敏感元对不同气体的交叉敏感效应,采用神经网络模式识别等先进数据处理技术,可以对混合气体的各种组分同时监测,得到混合气体的组成信息,同时提高气敏传感器的测量精度;这层含义上的集成还有一种情况是将不同量程的传感元集成在一起,可以根据待测量的大小在各个传感元之间切换,在保证测量精度的同时,扩大传感器的测量范围。

在航海系统中，采用计程仪连续测量运动中船舶的速度并计算出船舶的累计航程。本文所设计的计程仪系统采用双传感器组合结构，并结合微处理机技术(选用了MCS-51系列单片机及与之配套的专用接口芯片)，组成了计程仪专用计算机系统。仪器结构简单，体积小，精度高，操作调整方便。它能方便地进行数字通讯；根据实际需要，也能发送速度的模拟信息，接口灵活，适应了船舶控制与操作自动化的需求。 1 计程仪硬件设计该计程仪系统由主仪器、电磁传感器、压差式传感器、船底阀、导压杆、可由用户扩充的分显示器和一套开关分配器等部分组成(图1)。本系统的突出特点是采用了双传感器组合结构：分别利用电磁传感器和压差式传感器(利用贝努利方程原理)来测量船舶与水之间的相对运动速度，并由其计算与记录船舶的航程。1.1 技术性能 (1)测速范围：-10节～+40节(量程更改可由程序设定)；(2)航速精度(测速场精度)：±0.20节；(3)航速发送形式：R S-485；(4)单次航程范围：0～9999.99海里；(5)累计航程范围：0～999999海里；(6)工作时间累计范围：0～99999小时；(7)航程解算精度：±0.1％(负速度不计航程)。1.2 主仪器工作原理 主仪器是一个以MCS-51单片微计算机为核心的专用微机系统，如图2所示。它包括：直流电源装置，键盘输入与显示装置，及由CPU、EPROM、EEPROM及专用接口电路组成的单片机装置。主仪器是计程仪的核心部分，其面板上装有各种操作按钮，用以控制整个仪器的运行，完成测速校正操作。 主仪器采用中断方式实现双传感器的数据采集控制，其中定时器周期性地产生中断信号申请中断，中断服务程序接收电磁传感器和压差传感器输出的电信号，然后A/D转换装置和I/F转换器将它转换成数字量后送至微机系统；按一定的计算公式进行数椐处理，并按调整后的曲线进行修正，以得到船舶的速度，再根据时间间隔的大小进行数值积分来求得航程。计算机将求得的航速信息以适当的形式通过各相应的接口电路送到各用户和分显示器，完成航速航程的显示。计算机系统中的EEPROM可以永久性地保存诸如累计航程、累计工作时间、速度调整参数等结果。1.3 主要芯片及其系统功能简介 本系统中主要采用了AT89C55、ICL7109和AD652等芯片，简介如下：1.3.1 AT89C55 AT89C55芯片是由ATMEL公司推出的51系列8位单片机。片内主要有20KFlash存储器、256字节片内RAM，4个8位的双向可寻址I/O口，1个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行接口、3个16位的定时器/计数器、多个优先级的嵌套中断结构，以及一个片内振荡器和时钟电路。本系统中利用了AT89C55丰富的20K闪存资源永久保存测量中累计航程、累计工作时间等关键结果，并利用了其定时器计数器及中断嵌套结构实现双传感器的数据采集。 在本系统中，T0、T1均工作在计数方式，T0产生1s计数中断，T1完成压差传感器转换的频率计数。INT0被用于按键中断处理，TXD串行发送计程仪的速度信息，波特率为4800。X1、X2外接8MHz的石英晶体。P1口各位分别完成发送显示码、测速/航行判断等功能，P2口部分参与地址译码，同时P0口分时输出数据/地址低8位。1.3.2 ICL7109 ICL7109是一种高精度、低噪声、低漂移、价格低廉的双积分式12位模/数变换器。该芯片由模拟电路和数字电路两部分组成，其中模拟电路由模拟信号输入、振荡电路、积分、比较电路和基准电压源组成。数字电路由时钟振荡器、异步通信握手逻辑、转换控制逻辑、计数器、锁存器、三态门组成。 ICL7109工作电压为双电源±5V，GND为公共端，外接6MHz的晶振，基准电压为外部分压输入的2.8V；接口方式为直接输出方式，数据输出为12位二进制数和一位极性，12位A/D转换通过控制高低字节使能端实现，分时读出低8位和高4位。 1.3.3 AD652 AD652是一种高速、高精度、同步I/F转换器；用外接时钟脉冲决定满量程频率，并允许电压或电流输入。本系统中AD652的功能是将压差传感器的4～20mA的电信号转换成频率信号输出给CPU，CPU再根据AD652的工作时钟解算出当前速度值。AD652工作电压为双电源±15V，工作时钟由单片机的晶振输出经54LS393分频获得，AD652输出脉冲由AT89C55的T1计数，计数时间间隔为1s。1.3.4 8155 8155除有三个I/O端口(A口、B口、C口)外，还带有一个256字节的静态随机存贮器和一个14位定时/计数器。具有一块芯片多种功能的特点。另外，8155和单片机的连接十分简单，甚至不需要8D锁存器。本系统利用8155构成键盘显示电路。2计程仪软件设计 在软件设计中，采用了数值逼近及多种滤波算法，并在充分利用CPU功能的前提下，尽量减少硬件数量。除合理选择硬件外，软件上采取抗干扰陷阱与冗余处理，提高了系统的稳定性和可靠性。 计程仪的工作程序用汇编语言编写，采用模块化结构的程序设计方法，便于使用维护与扩展。计程仪软件主要分为自检模块、管理模块、航速航程解算模块和测速校正等模块，各模块主要以中断方式调用。计程仪的基本工作程序框图如图3所示。当电源开关闭合后，仪器的专用计算机系统开始自检，主仪器及分显示器上将显示自检的结果；自检完毕后便开始对计算机系统进行初始化设置；初始化设置完毕后，定时器并未开始计时，而必须等到启动中断后才开始计时工作。此时计算机系统处于一种等待状态，等待定时或按钮所产生的中断发生。中断部分完成航速航程计算和发送。3结束语 本航星计程仪系统采用了双传感器结构实现船舶航速的连续测量并按一定的软件算法计算航程；具有硬件电路简单、可靠性高、工作稳定和性价比较高等特点，适应现代化舰船的需求。由于使用了AT89C55单片机等，使得该系统具有一定的可再开发性。目前该计程仪已批量生产，并安装于多种船舶上。 本贴来源于：www.ic36.com