智能家居系统中无线传感器网络的设计 智能家居系统中无线传感器网络的设计 随着时代的发展，人们将更多的注意力放在了生活环境的安全性、舒适性和便利性上，从而 出现了智能家居的概念。智能家居控制系统使人们可以对家居内的任意电器进行数字化控制，利用计算机技术、网络通讯技术将与家居生活有关的各种设备有机地结合在一起，进行集中管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。本文以ZigBee技术对智能家居内部进行无线网络组网，通 过ZigBee无线传感器网络节点的设计，实现节点对各种传感器信息的采集、传输和控制功能。1Zigbee技术ZigBee技术是一种强调极低耗电、极低成本的短距离无线网络技术，遵循IEEE802．15.4标准。它专注于低速率传输控制，网络容量大，时延短，提供数据完整性检查， 加密算法采用AES-128，网络扩充性强，有效覆盖范围为10～75m，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭环境，通信频率采用2．4GHz 免执照频段。ZigBee是一组基于IEEE802．15．4无线标准研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。IEEE802.15.4仅定义了MAC层和物理层协议，而ZigBee联盟则对其网络层和应用层进行了标准化。ZigBee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其他节点获得。2系统结构设计无线传感器网络系统主要由传感器、CC2430无线模块构成，结构图。 无线传感器网络采用树状结构，网络中有一个协调器，负责整个网络中数据的处理、转发以及网络的管理。终端节点(传感器节点)上电复位后，会搜索协调器节点，当能够搜索到协调器时，直接申请加入网络。当终端节点搜索不到协调器时，这时就会通过路由器节点找到协调器来加入网络。加入网络后保持待机状态，当有数据需要发送时，按照组网时的路径来收发数据信息。协调器通过串口与PC机相连，利用超级终端实现发送命令或者显示数据。3硬件电路设计本文设计的无线传感器网络系统的硬件结构主要由协调器模块，路由器模块，传感器模块，串口转换模块，供电模块以及PC机等组成。其中协调器、路由器、传感器3个模块作为主要的无线通信模块，由主控芯片CC2430作为数据处理以及无线收发器。其系统硬件电路结构示意图。3．1主控芯片选用CC2430芯片作为无线收发器和数据处理及控制器。CC2430在单个芯片上整合了ZigBee射频前端、内存和微控制器。它采用增强型8051MCU、32／64／128kB 闪存、8kBSRAM等高性能模块，还包含模拟数字转换器、几个定时器、AES-128协同处理器、看门狗定时器。32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路以及21个可编程I／O引脚。3．2无线模块设计1)协调器模块协调器节点由电压转换模块、按键模块、LCD模块、LED指示灯、时钟、处理器CC2430、天线等部分组成。CC2430的工作电压为3～3．3V，所以要用电压转换模块把电压从5V降低到3．3V左右；LED指示灯用来显示协调器节点网络状态信息(如是否组网成功)；LCD模块是用户和传感器网络的交互界面，用来显示功最长能菜单，用户通过按键来选择功能菜单。其电路图。 2)传感器模块与路由器模块传感器模块亦即是终端节点模块，由传感器、处理器CC2430、天线、LED指示灯、时钟等部分组成。LED指示灯由P1．0、P1．1口控制。传感器模块就是在协调器模块的基础上去掉了LCD，而加入了传感器。传感器选用了DHT11温湿度传感器，与P0．0口相连，来负责数据采集。路由器模块与传感器模块的硬件电路相同，只是在编程实现功能上有所不同。4无线网络系统软件设计在ZigBee网络中，只有那些可以成为ZigBee协调器的设备才能建立新网络。协调器首先执行信道扫描，如果发现了一个合适的
1.绪论 1.1研究背景 随着人们对居住条件、生活质量、信息获取的需求越来越迫切，社会信息化脚步的进一步加快，家居信息化成为建设社会信息化过程的一个很重要环节。家庭是社会的细胞，唯有家庭实现了信息化，才可能真正实现社会的信息化。对智能家居系统的研究及开发是实现家庭信息化得必经之路。但目前国的研究尚未建立一个完整的理论体系，对智能家居的理解也存在着种种差异;当前国的智能家居产品大都功能贫乏，系统设计不规、扩展性差，对当前的发展形式较难适应，同时智能家居技术在我国处于起步阶段，许多技术标准都未标准化，还有很多工作需要做。因此加强智能家居应用方面的研究，通过选取合适的技术，设计合理的方案，组建一种符合我国国情的、具有自主知识产权的智能家居系统己成为当前智能家居研究领域中极富挑战的课题。 1.1.1智能家居控制系统的应用需求 随着人们生活水平的提高，智能化需求日益旺盛。智能控制器作为智能产品的核心器件应该享有更为旷阔的发展空间，未来成长较好。中国智能控制产品规模与全球智能控制产品规模的增长率走势相接近，但是整体增长速度超过全球增长速度。全球智能控制产品市场规模，逐年稳步增长。 国智能家居产品多集中在别墅和复式住宅等高端家庭，高端智能化产品在智能家居销售份额中占很大的比重，中低端产品市场普及率较低。并且各地区间发展不平衡，主要集中于东部沿海发达城市，而中西部城市智能家居市场相对空白。另外，的智能家居市场的需求量较其他城市需求量大，主要原因就是的经济发展更好一些。 智能家居发展初期始于安防控制，家庭用户主要采用环境监测、煤气探测、
温湿度调节、防火报警等功能保障财产安全。目前，由于城市的安全环境越来越好，人们更注重的则是家居的舒适和便利，而安防的侧重点将会越来越少。为此环境控制和娱乐服务控制日渐成为更多智能家居市场更大的需求点。 1.1.2智能家居控制系统的研究及应用现状 随着近年来科学技术的迅速发展和普及，我们的工作、生活观念也发生了巨大的改变，现代家庭生活追求的新方向—智能化生活已经悄然走进我们的生活，“智能家居”已成为家庭信息化和智能化必不可少的需求。智能家居是指在小区部宽带网络己经普及的基础上利用小区部的网络环境搭建的以家庭为单位的控制系统。首先，在一个家居中建立一个通讯网络，为家庭信息提供必要的通路，在家庭网络的操作系统的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有家庭网络上的家电和设备的控制和监测。其次，通过一定的媒介，构成与外界的通讯通道，以实现与家庭以外的世界沟通信息，满足远程控制/监测和交换信息的需求。最后，智能家居的最终实现目的都是为满足人们对安全、舒适、方便和符合绿色环境保护的需求。智能家居从功能上来说，主要分为家庭安防功能、家庭数据采集功能、家电及家庭电子设备控制、家庭信息管理平台和家庭能源控制功能等五大功能。 现在，世界各国都在跻身于网络信息服务技术的家庭应用，硅谷目前的投资和研发热点就是这方面的应用。圣保罗风险资本公司、Flatiron合伙公司和松下电子公司已经拨款1.4亿美元，投资于支持智能家居的信息家电公司。诺基亚、摩托罗拉和至少另外五家制造商正在开发网络。而惠普、IBM、太阳微系统和索尼等公司正准备推出大量新发明的小玩意儿。从巴掌大小的扫描仪到赋予这些装置动力的芯片和软件等不一而足。 当前，我国对智能家居的研究刚起步。1994年，国家科委立项资助重大科技项目“2002年小康型城乡住宅科技产业工程项目”其目标是以科技为先导。以示住宅小区建设为载体，推进我国住宅产业现代化，构建新一代住宅产业，在该项目中，把智能型住宅技术列为重中之重，开展技术、产品与工程的应用研究。2000年9月，长虹、海尔、春兰、TCL、小天鹅、上广电、厦新、电子三所、清
智能传感器及其发展方向 1、智能传感器类型 所谓智能传感器就是由传感器和微处理器(或微计算机) 及相关的电路组成的传感器。传感器将被测量转换成相应的电信号, 然后送到信号调理电路中进行滤波、放大、模一数转换后, 送到微计算机中。计算机是智能传感器的核心, 它不仅可以对传感器测量的数据进行计算、存储、处理, 还可以通过反馈回路对传感器进行调节。由于计算机充分发挥了各种软件的功能, 可以完成硬件难以完成的任务, 从而降低了传感器的制造难度, 提高了传感器 的性能, 降低了成本。智能传感器大体上可以分三种类型, 即具有判断能力的传感器; 具有学习能力的传感器;具有创造能力的传感器。 2、智能传感器的功能 （1）、自补偿功能。可以通过软件对传感器的非线性、温漂、时漂、响应时间等进行自动补偿。 （2）、自校准功能。操作者输入零值或某一标准量值后, 自校准软件可以自动地对传感器进行在线校准。 （3）、自诊断功能。接通电源后, 可以对传感器自检各部分是否正常。在内部出现操作问题时, 能够立即通知系统通过输出信号表明传感器发生故障, 并可诊断发生故障的部件。 （4）、数值处理功能。根据内部的程序自动处理数据, 例如进行统计处理, 剔除异常数值等。 （5）、双向通信功能。智能传感器的微处理器与传感器之间构成闭环, 微处理器不但接收、处理传感器的数据, 还可以将信息反馈至传感器, 对测量过程进行调节和控制, 它可以采用一种可懂且可接受的方式与系统接口。 （6）、信息存储和记忆功能。
（7）、数字量输出功能。智能传感器输出数字信号, 可以很方便地与计算机或接口总线相连。此外, 新兴的智能传感器技术还包括遥控设定、可编程序以及防止非法侵袭等特征, 在性能上更加完整和先进。 3、智能传感器的种类 智能传感器按照其结构可以分为三种。 （1）、模块式智能传感器。这是一种初级的智能传感器。它由许多互相独立的模块组成。将微计算机、信号调理电路模块、输出电路模块、显示电路模块和传感器装配在同一壳体内, 便组成了模块式智能传感器。它的集成度低、体积大, 但是它是一种比较实用的智能传感器。 （2）、混合式智能传感器。它是将传感器和微处理器、信号处理电路制作在不同的芯片上,由此便构成了混合式智能传感器。它作为智能传感器的主要种类而广泛应用。 （3）、集成式智能传感器。这种传感器是将一个或多个敏感器件与微处理器、信号处理电路集成在同一硅片上。它的结构一般都是三维器件, 即立体结构。这种结构是在平面集成电路的基础上一层一层向立体方向制作多层电路。它的制作方法基本上就是采用集成电路的制作工艺, 例如光刻、二氧化硅薄膜的生成、淀积多晶硅、激光退火, 多晶硅转为单晶硅、PN结的形成等。最终是在硅衬底上形成具有多层集成电路的立体器件, 即敏感器件。同时制作微电脑电路芯片, 还可以将太阳能电池电源制作在其上面, 这样便形成了集成式智能 传感器。它具有人的大脑与五官相结合的功能。其智能化的程度是随着集成化密度的增加而不断提高的。今后, 随着传感器技术的发展, 还将研制出更高级的集成式智能传感器, 它完全可以做到检测、逻辑和记忆等功能集成在一块半导体芯片上, 同时, 冷却部分也可以制作在立体电路中, 利用帕耳贴效应冷却电路。 4、智能传感器的应用 近年来, 智能传感器已经广泛应用在航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中, 特别是随着高科技的发展, 智能传感器倍受青睬, 例如它在智能机器人的领域中有着 广阔的应用前景。智能传感器如同人的五官, 可以使机器人具有各种感知功能。已经实用化
传感器的发展方向－网络化智能传感器 硅微电子技术的成熟使得在单个芯片中实现复杂结构的微电子机械系统成为现实,也给传感器的微型化提供了基础。同时采用了IC技术将信号处理和控制电路集成了到单个的芯片中,大大提高了传感器的性能并扩展了传感器的功能,即实现所谓的智能化。同过去的IC技术给经济技术带来的的影响一样,这种集成技术的应用的同样经济和技术发展带来新的机遇。对于传感器来说,不仅是简单的改变了加工制造的方法,同时对传统的基一传感器测量的控制系统的的设计也带来了深刻的影响。并且对传感器本身的设计的方法也带来了变革,使得传感器的设计的测量控制系统的设计及构成变得简单容易。与传统的系统相比,更加可靠、便宜,并且扩展性更好。很显然,这些特的实现主要得益于在传感器内部嵌入微处理芯片。与传统的传感器输出模拟原始信号不同,这种传感器可以在内总实现对原始数据的加工处理。并可以通过标准的接口与外界实现数据交换,从而实现了传感器的智能化。更为重要的是这种智能哗传感器可以根据实际的需要通过软件控制改变设计,给系统的扩带来了很大的发展余地,减少了研发费用。 从使用角度来说,传感器的准确性、稳定性和可靠性是主要的。过去的研究工作主要集中在硬件方面,研究内容主要有探测机理、材料、制造工艺,以及传感器的补偿方法。通过外部电路来研究实现传感器的校准、温度补偿,改善传感器的漂移、线性的性待方面。因此总体来说传统的传感器设计要求经验丰富的工程师能够根据实际的需要来完成。这给测量系统中所使用的传感器数量带来一定的限制。因为这种传感器任何一个功能的扩展在硬件上需要相应的空间。多功能的传感器系统受到空间的限制,且性能上同样受到后续处理电路（滤波、调零、补偿等）制约。总体来说,这种硬件上的限制,使得单个的系统中传感器使用数量有限,无法实现一些相关量的测量。为了保证系统的性能,需要增加更多的处理电路。比如说温度补偿,需要在传感器的研制过程中经过大量的实验来保证,且其中的电路是专用的,无法将其直接移植应用到其他的传感器中去。增加了传感器开发人员的工作,使得传感器价格昂贵。同样的道理,这种专用的传感器的使用,将使测量系统的功能很难扩展。其维护和修理同样需要专门技术人员来无成,代价较高,无疑也增加了系统的维护成本。 基于半导体技术的传感器将改变了这种现状,其所提供的价格便宜、使用方便的传感器,特别是传感器本身的智能化更加方便系统和集杨。并使得在计算机辅助设计的帮助下完成系统的开发,实现更加复杂的功能。与传统的设计相比,不同的应用系统无须采用不同的传感器。可以在单一的传感器基础上通过软件
智能光电传感器的设计 大庆石油学院电子科学学院 苑永强 王立刚 [摘 要]智能传感器越来越得到重视,高精度、高智能化将是传感器发展的必然趋势。因此,我们设计了一种可靠性 高、稳定性好,而且具备数据处理能力,并能够自检、自校、自补偿等功能的智能光电传感器。[关键词]O PT 101 自补偿 D S 18B 20 1、引言 随着激光技术在医疗卫生、精细加工、科学研究等领域的广泛应用,对微弱的光信号进行高精度、高可靠性检测变得更加重要。为了能够实现要求,我们将结合现代智能传感器的发展,设计了一种智能光电传感器。从结构上来讲,智能传感器是由经典传感器和微处理器单元构成,下面给出了典型的智能传感器系统框图,其中有信号预处理和模数转换接口,微处理器以及D A 转换及驱动电路的输出接口。本设计系统将结合智能传感器的设计思想,设计了一种能实现零点校正、增益可调、增益自补偿等功能的光电传感器,同时本系统采用数字温度传感器D S 18B 20对温度进行测量,实现温度自补偿功能,通过软件设 计最终能够实现系统自检、自校正、线性补偿等功能。 2、电路设计 2.1前置光电探测器设计 光电二极管由于响应快、灵敏度高、性能稳定、测量线性好、噪声低而被广泛用于光电检测电路中,尤其在激光测量中,通常可以测量微瓦以下的光信号。在进行精密仪器测量时,如果考虑到测量时的线性度,必须保证负载电阻零,光电二极管一般运用于零偏压法,常用低噪声运算放大器构成电流电压转换器的办法来满足这一要求。如下图所示,由于负反馈放大器的等效输入 阻抗为R in =R f (1+A ),其中A 为运算放大器的开环增益,R f 为放大器的反馈电阻。一般而言运算放大器的开环增益 A >>1×106,则输入阻抗R in ≈0,一方面可提高光电二极管测 量的线性,另一方面光电二极管工作区域接近短路状态 ,电路可获得最小噪声系数[3]。 本文选用O PT 101芯片作为为光电二极管的前置放大电 路,片内光电二极管和互跨阻抗放大器在一个片上的集成和结 合能够消除了分立设计中通常出现的问题,如漏电流误差、噪声交叉干扰和由于杂散电容硬件的增益峰化,0.09×0.09inch 的光电二极管在光导方式下工作可得到极佳的线性度和很底的暗电流且输出的是电压信号。O PT 101的工作电源范围较宽(+217——+36V ),同时在R f =1M 时,带宽可达14KH Z ,足够满足大部分精密测量场合的应用。 从图中可知,电源引脚附近应接上稳压电容,输出的电压在无光时(暗电压)是7.5m v (直电流),并随着光亮度的增加而增加。光电二极管电流与照射在其上的光强成正比。在650NM 波长红光时,其响应度近似为0.45A W 。测量精度可以达到10-8A ,可满足高精度的测量要求。 2.2增益可调硬件电路设计 为了能够实现光电更精确的测量,本文将利用M U X (电子模拟开关),PGA (程控增益放大器),ADC (模数转换器), DA C (数模转换器)构成经典的程控数据采集系统。 M U X 可程控选择多种信号或内部标定的信号;PGA 对M U X 选择的信号进行程控放大,可将信号调整到适于ADC 采 集的范围,同时也可实现通道的自动调零。ADC 实现模数转换,DA C 用于提供各通道自标定信号和调零信号以及模拟信号输出,单片机是控制的核心,处理ADC 的输入信号和DA C 的输 — 87—
智能传感器的发展与应用现状------Development And Application of Smart Senor 摘要： 随着微电子机械系统和集成电路技术的迅速发展带来的电子产品微型化趋势，传感器不在只限于传送与感知，它正向着集成化、网络化、智能化的方向前进。 关键词： 智能传感器集成化网络化智能化 一、引言Foreword 你是否听说或使用过中高档数码相机或摄像机上的光学防抖系统？你是否了解著名ABS（防抱死制动系统）？你是否见识过生产线上工业机器人的高效精准？当你了解他们的时候，你会惊艳于其中的主角---智能传感器。 光学防抖动系统的核心是其中的双轴或三轴向微加速度计或微陀螺仪，通过这种集成于芯片中的微型传感器检测机身抖动并由芯片内部的信号处理、数据分析单元，换算成镜头的各轴向位移量，进而输出控制量，驱动镜头中可变角度透镜的移动，使光学系统的折射光路保持稳定。工业机器人同样应用了三轴向的微加速度传感器，而ABS中应用了大量智能压力传感器芯片。 二、简介Introduction 智能传感器（smart sensor）是美国宇航局（NASA）在开发宇宙飞船的时候产生的。 宇宙飞船需要对速度、加速度、位置、姿态等传感器，由此需要大量的各种传感器，而其产生的数据庞大，处理他们要用到大型计算机。为了避免使用大型计算机，在保证数据不丢失的情况下，一种将传感器检测与计算机分析一体化的新型传感器应运而生。 电气电子工程师学会（IEEE）在1998年通过了对智能传感器的定义，即“除了产生一个被测量的正确表示之外，还同时具有简化换能器的综合信息以用于网络环境的功能的传感器”。也就是说，智能传感器是一种带有微处理器的，具有信息检测、信息处理、信息分析及逻辑判断功能的传感器。需要注意的是，在概念上要区别于intelligence sensor（知识型传感器），虽然其也具备一定的智能性，但仅停留在一些相应补偿、调整工作状态，特别是没有集成处理器件，其知识等级太低，一般不归入智能器件的范畴。 从当下的发展现状来看，智能传感器正向这集成化、网络化、智能化方向迅速发展，并成为未来物联网的核心技术。
?１１０? 《单片机与嵌入式系统应用》合订本（７～１２）基于ＩＥＥＥ１４５１．１的网络化智能传感器设计 合肥工业大学童利标徐科军 中科院合肥智能机械研究所梅涛 摘要ＩＥＥＥ１４５１是一种从传感器或执行器到微处理器及网络之间的硬件和软件接口标准。 本文根据１４５１．１标准，研制面向Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的网络化智能机器人手爪传感器系统，并给出硬件设计框图和软件流程。 关键词网络化智能传感器ＩＥＥＥ１４５１．１机器人手爪 引言 传感器与网络相连，是信息技术发展的一种必然趋势。然而控制总线网络多种多样，千差万别，内部结构、通信接口、通信协议各不相同，以此来连接各种变送器（包括传感器和执行器），则要求这些传感器或执行器必须符合这些标准总线的有关规定。由于技术上、成本上的原因。传感器的制造商无法使自己的产品同时满足各种各样的现场总线要求，而这些现场总线本身有各自的优点，针对不同的应用对象．有自身的优势；但它们之间的不兼容性、不可互操作性和各自为战的弊端，给广大用户带来了很大的不便。一个通用的、普遍接受的传感器接口标准将使制造商、系统集成者和最终用户受益，这就是ＩＥＥＥ１４５１标准产生最直接的原因ｕ“］。在各方努力下，ＩＥＥＥ和ＮｌＳＴ在１９９７年和１９９９年颁布了ＩＥＥＥ１４５１．２和ＩＥＥＥ１４５１．１标准，同时成立了２个新的工作组对标准进行进一步的扩展，即ＩＥＥＥＰ１４５１．３和ＩＥＥＥＰ１４５１．４。 ＩＥＥＥ１４５１．２标准定义了一个连 接传感器到微处理器的数字接口 （ｓＴＩＭ），并通过网络适配器（ＮｃＡＰ） 把传感器和执行器连接到网络；ＩＥＥＥ １４５１．１标准定义了网络独立的信息 模型．使传感器接口与ＮＣＡＰ相连， 它使用了面向对象的模型定义提供给 智能传感器及其组件。根据ＩＥＥＥ １４５１．２标准，要研制一个网络化智能 传感器系统需要２个微处理器，分别 承担ｓＴＩＭ模块和ＮｃＡＰ模块的内 核作用，这给系统的研制带来了很大 的难度和复杂性。据ＩＥＥＥ和ＮＩＳＴ 最新资料，１４５１．ｘ标准之间可以一起 使用，也可以单独使用。我们采用ＮｅｔＢｏｘ网络模块作为开发平台嗍，设计了基于ＩＥＥＥ１４５１．１网络化智能机器人手爪传感器系统，实现了对机器人手爪状态的网络监控，为整个机器人的网络控制打下了基础。 １硬件设计 １．１系统总体框图 基于１ＥＥＥ１４５１．１标准的网络化智能机器人手爪传感器系统如图１所示。它由传感器、数据采集电路和ＮｅｔＢｏｘ网络模块组成。 １．２传感器简介 机器人手爪是机器人执行精巧和复杂任务的重要部件¨“。为了机器人能在存在不确定性因素的环境中进行灵巧操作，其手爪必须具有很强的感知能力。即在机器人手爪上配置多种传感器。手爪通过传感器获得外部环境的信息，以实现快速、准确、柔顺地 图１系统总体框图 万方数据
浅谈智能传感器在汽车电子中的应用 摘要：世界各国都在车用传感器硬件的基础上，努力用软件来解决汽车电气干扰大、环境差、温度高、温度梯度大、污染等问题造成的对汽车参数测量的影响。智能传感器精度高、量程覆盖范围大、输出信号大、信噪比高、抗干扰性能好，有的还带有自检功能，在汽车中应用也越来越广泛。 关键词：智能传感器汽车电子传感器 0 引言 在信息社会的今天，人们对信息的提取、处理、传输以及综合等要求愈加迫切，传感器作为信息提取的功能器件，在国防、科技、工业、农业以及生活各个领域占有重要地位和作用，传感器技术的开发和应用水平已经成为代表一个国家工业发展的标志之一。汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。应用于汽车上的传感器有很多种，目前主要有：温度传感器、压力传感器、流量传感器、位移传感器以及速度、加速度传感器等等。 1 智能化传感器概述 智能传感器是装有微处理器的、能够执行信息处理和信息存储、还能进行逻辑思考和结论判断的传感器系统。智能传感器是传感器集成化与微处理器结合的新一代电子器件，具有自动补偿、自动校准、自动诊断、数据处理、通信等功能。智能传感器能对信息进行处理、分析和调节，能对所测量数值及其误差进行补偿，能借助软
件对非线性信号进行线性化处理，还能利用软件实现非线性补偿或其它更复杂的环境补偿。 对于汽车电子器件而言，大多元件处于非常恶劣的运行环境中，而且各不相同。诸如工作状态时的高温、停车等待时的低温、电磁干扰以及高速运动是的风噪和高强度的冲击等。所以要求电子元器件和电路要有高稳定、对环境的自适应、自补偿调整的能力。 智能传感器与普通传感器相比测量的数据更加准确，这是由于它对测量的数据量可进行修正，这样就减少了环境因素，例如温度、湿度、风噪等的影响。它的最大优点在于能够充分感知驾驶员和乘客的状况、交通设施以及周边环境的信息，能够判断驾驶员和乘客是否处于最佳状态、车辆和人是否会发生危险，并及时采取相应措施。它的不同之处就在于是利用软件来解决问题的，而这些问题又是普通的传感器中硬件难以解决的问题。 2 智能传感器在汽车电子中的应用 2.1 汽车制动系统 对于汽车必须具有平稳、安全驾驶的考虑，汽车制动系统尤为关键。汽车防抱死制动系统(anti lock break system；abs)，控制防止汽车制动时车轮的抱死，保证车轮与地面之间达到最佳滑动率(5％-20％)。这样汽车无论在何种路面上制动时，自动调节作用在车轮上的制动力矩，轮胎与地面之间都能达到纵向的峰值附着系数和较大的侧向附着系数，从而可以保证车辆制动时不会发生车轮抱死抱滑、失去转向能力等不安全的情况，减小制动距离，提高了汽
电子传感器网络技术在智能建筑中的应用 发表时间：2018-09-18T11:56:08.333Z 来源：《基层建设》2018年第24期作者：邓易偲 [导读] 摘要：电子传感器网络技术涉及到智能建筑的安防应急、定位以及消防等自动监控与预警，在智能建筑工程的弱电以及自动化系统中具有独一无二的低位，智能建筑中电子传感器的设计和应用，决定了建筑的智能化程度。 身份证号码：36242319860110xxxx 摘要：电子传感器网络技术涉及到智能建筑的安防应急、定位以及消防等自动监控与预警，在智能建筑工程的弱电以及自动化系统中具有独一无二的低位，智能建筑中电子传感器的设计和应用，决定了建筑的智能化程度。在本文中，主要探讨电子传感器网络在智能建筑中的应用范围、传感器种类及其常见的传感路由、监测方法，以供智能建筑在传感器网络的安装布线技术作为参考。 关键词：智能建筑；传感器网络；安防应急 引言：随着我国建筑行业的不断发展，建筑的智能化程度越来越高，物联网、云计算、传感器网络等先进技术正在逐步融入到智能建筑中，智能建筑与传统的建筑存在着越来越大的差异，其主要区别点在与物联网中的电子传感器的应用普及[1]。“万物相连万物生”的观念正随着智能行业的发展慢慢的深入人心。如何优化和改善智能建筑中的电子传感器的安装技术已经成为建筑界和电子信息领域相关的行业的热点问题和各项相关研究的重要课题[2]。 一、电子传感器网络在智能建筑中的应用范围 智能建筑中的电子传感器网络中的传感芯片的应用范围包括监测建筑中的各项环境条件，如烟雾、温度、湿度、震动、压力等。 智能建筑的电子传感器网络的应用技术多种多样，综合了通信技术、计算机技术、安防应急信息技术、网络拓扑技术等电子软硬件技术，基于此类技术作为支撑进行各种智能应用开发[3]，实现自动化传感路由、监测方法，让智能建筑内部的各个部分的安全防范、路由以及消防等自动监控与预警，具体的应用范围如下： 1、实时的进行安全监控、根据传感器的差异监测各种问题和发出预警或自动控制 随着高层建筑和大面积建筑的高速发展，建筑的内部结构越来越复杂，而随着建筑结构的日趋复杂，智能建筑内部的各种安全隐患等问题故障发生也越来越多，而智能建筑的电子传感器网络应用技术中采用的传感器实时采集-智能判断-自动控制/实时预警的三层模式能够很好的处理这项问题[4]，减轻对于建筑安全管理的作业人员的工作负担。其工作模式为是通过对建筑中的传感器网络进行实时监控和及时反馈智能化处理后的信息到建筑监控中心，并且能够实时的向用户推送数据，进行不间断的对建筑物中的各种数字化信息进行不间断监测与自动控制，通过自动化系统进行自行启动安防应急自动化机制，从而保障智能建筑中的自动控制、安防应急等问题。 2、在智能建筑中的应用 智能建筑的应用主要包括三个方向：火/水灾报警、安全防范、应急联动。通过电子传感器网络的应用，智能建筑的智能水平更提升上了一个里程碑式的发展。 在火/水灾报警方面，主要是通过电子传感器网络的应用，首先将光纤光栅传感网络应用于建筑工程的建筑材料中，光纤光栅传感网络具强大的感知能力，能够实时的感知建筑的内部环境中的各项物理量、化学量参数的细微变化并且具现化到智能系统中体现出来。 在安全防范方面，电子传感器网络还能够通过压力传感器、光学传感器以及声控传感器网络进行安全防范预警，提升建筑中的安全水平、强化治安。 在应急联动方面，电子传感器网络能够通过应急自动化系统实时应急预案，通过自动控制功能以及传感器网络感知到数据进行应急联动，应急系统以传感网络为基础进行有机互动。 二、智能建筑在传感器网络的安装布线技术 1、电子传感器网络的布线施工技术 目前的智能建筑系统是采用具有高频率的高水平处理能力的微处理器通过通信网络对整个建筑物的空调、温控、电控、水控、闭路电视、通信线路等设备进行实时测量、监视和全面监控，实现最优化的管理，随时建筑的状态信息及物理量和化学量的变化的基本信息。 电子传感器网络布线的拓扑结构有总线型拓扑、环形拓扑、树形拓扑、星形拓扑、混合型拓扑以及网状拓扑等拓扑结构。其中星形结构、网状拓扑、总线型拓扑是三个最基本的拓扑结构。在传感器网络的布线中，使用最多的是星形结构和网状拓扑。 电子传感器网络参照综合布线标准（TIA/EIA 570-A）设计。TIA/EIA 570-A标准主要提出有关布线的新等级，主要应用支持烟雾、温度、湿度、震动、压力等等传感器通信服务，该标准主要规划于单个的建筑及多个的建筑群等。 电子传感器网络布线的优点是为能够集中管理智能建筑的各种功能应用，支持视频、语音、数据通信及物理量和化学量的监控感知信号传输，扩展性良好和易于统一管理，智能建筑的管理及降低运行费用，提供给使用者更舒适的居住环境、办公环境和生活环境。 2、电子传感器网络结构与通信协议 传感器网络通常采用的测量元件有各种型号的温度传感器、流量传感器、湿度传感器、电磁传感器、光学传感器、液位传感器、压力传感器等网络，包括各类温、湿、压力、流量、电量传感器。 传感器网络一般在智能建筑的系统中主要采用WiFi、Zigbee、蓝牙等无线通信协议。无线网络的射频信号可以轻易地通过墙壁，不容易被障碍物挡住。无线信号的覆盖范围可达100m，且耗电量低。室内30m范围内的覆盖距离是无线网络的射频极限，具体的覆盖范围随着不同介质具有不同的信号衰减的距离，大于此范围则无线信号易被同频干扰。 在目前的无线传感器网络设计中，应用最广的技术是ZigBee无线通讯协议技术，ZigBee技术为IEEE802.15.4标准的通信技术，为中短距离与低功耗的无线网络通讯技术，它使用的频段是全球通用的2.4GHZ。 ZigBee无线技术有如下优点： ? 通讯数据的传输速率低：带宽的范围值的区间为10～250kbps； ? 功耗与成本低：由于工作的平均周期比较短，且在闲时可自动切换为休眠模式，所以所需要的功耗较低。此外，ZigBee的协议简单所以容易移植，扩展性好。 ? 网络容量大：ZigBee无线技术的网络结构包括星状拓扑、树状拓扑和网状拓扑其中任意一种拓扑结构。 ? 迟延短：ZigBee技术的迟延的区间范围为15～30ms，ZigBee可以应用在故在实时性高的领域。
1、引言 传感器技术、通信技术与计算机技术构成现代信息的三大基础，它们分别完成对被测量的信息提取、信息传输及信息处理，是当代科学技术发展的一个重要标志。随着科学技术的发展，数字化、智能化和网络化已成为时代发展趋势：计算机技术和通信技术结合进而产生了计算机网络技术；计算机技术和传感器技术结合产生了智能传感器技术；将三者融为一体（计算机网络技术与智能传感技术结合）便产生了网络化智能传感技术。网络化智能传感技术已成为人们关注的热点[1],本文仅就网络化智能传感技术的发展现状与发展趋势作简要论述。 2、网络化智能传感技术 网络化智能传感器是以嵌入式微处理器为核心，集成了传感单元、信号处理单元和网络接口单元，使传感器具备自检、自校、自诊断及网络通信功能，从而实现信息的采集、处理和传输真正统一协调的新型智能传感器，原理框图如图1所示。 网络化智能传感器与其它类型传感器相比，具有如下特点： ⑴具有智能传感功能。随着嵌入式技术、集成电路技术和微控制器的引入，使传感器成为硬件和软件的结合体，一方面传感器的功耗降低、体积减小、抗干扰性和可靠性提高，另一方面传感器具有了自识别和自校正功能，同时利用软件技术实现传感器的非线性补偿、零点漂移和温度补偿等； ⑵ 具有网络通信功能。网络接口技术的应用使传感器方便地接入工业控制 网络，为系统的扩充和维护提供了极大的方便。 3、基于现场总线的智能传感技术
现场总线技术是一种集计算机技术、通信技术、集成电路技术及智能传感技术于一身的新兴控制技术，按照国际电工委员会IEC61158的标准定义：“安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线称为现场总线”。一般认为“现场总线是一种全数字化、双向、多站的通信系统，是用于工业控制的计算机系统工业总线”。 现场总线技术是在仪表智能化和全数字控制系统的需求下产生的。现场总线是连结智能化现场设备和控制室之间全数字式、开放式和双向的通信网络。随着各种智能传感器、变送器和执行器的出现，一种新的工业控制系统体系?D数字化到现场、控制功能到现场、设备管理到现场的现场总线控制系统FCS（Fieldbus Control System）必将取代传统的集散控制系统DCS（Distributed Control System）。基于现场总线的智能传感器如图2所示。 3.1现场总线的本质含义 现场总线不仅是一种通信协议，也不仅是用数字信号传输的仪表代替模拟信号（4～20mA DC）传输的仪表，关键是用新一代的现场总线控制系统FCS代替传统的集散控制系统DCS，实现现场通信网络与控制系统的集成。其本质含义体现在以下六个方面[2]： ⑴全数字化通信 和半数字化的DCS不同，现场总线系统是一个纯数字系统。现场总线是用于过程自动化和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场数字通信网络，利用数字信号代替模拟信号，其传输抗干扰性强，测量精度高，大大提高了系统的性能。 ⑵现场设备互连 现场设备或现场仪表是指传感器、变送器和执行器等，这些设备通过一对传输线互连。传输线可以使用双绞线、同轴电缆和光纤等。 ⑶互操作性 互操作性的含义来自不同制造厂的现场设备，不仅可以互相通信，而且可以统一组态，构成所需的控制回路，共同实现控制策略。 ⑷分散功能块 FCS废弃了DCS的输入/输出单元和控制站，把DCS控制站的功能块分散地分配给现场仪表，实现了彻底的分散控制。
第11卷第2期2011年6月 南京工业职业技术学院学报Jour nal o fNan ji n g Institute o f I ndustry Techno logy V o.l 11,N o .2J un .,2011 收稿日期:2011 04 14 基金项目:江苏智能传感器网络工程技术研究开发中心开放基金项目(编 号:ZK10 04 02 作者简介:戴娟(1966 ,女,江苏丹阳人,南京工业职业技术学院副教授,高级工程师;倪瑛(1979 ,女,江苏丹徒人,南京工业职业技术学院 讲师。 智能传感器物联网综合实训平台的设计 戴娟,倪瑛
(南京工业职业技术学院电气与电子工程学院,江苏南京 210046 摘要:提出了智能传感器物联网综合实训平台的设计方案。此方案的硬件结构是以先进的ARM 9系列的S3C2440为控制核心,通过增加外围模块来实现的。此综合实训平台解决了高职院校物联网专业实验、实训对象缺乏的问题, 弥补了相关操作及仪器设备的空缺。 关键词:智能传感器;物联网;综合实训平台;ARM 9 中图分类号:G642.44 文献标识码:A 文章编号:1671 4644(201102 0064 03 引言 物联网[1]是通过信息传感设备,按约定的协议实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络,其主要特征是通过射频识别、传感器等方式获取物理世界的各种信息,结合互联网、移动通信网等网络进行信息的传送与交互,采用智能计算技术对信息进行分析处理,从而提高对物质世界的感知能力,实现智能化的决策和控制。在今年下半年,全国共22所高职院校将招收物联网专业的学生。高职院校的人才培养目标,一直是以就业为导向,培养高技能应用型人才。物联网本身是应用性很强的学科,仅仅传授基本概念和基础知识是不够的,要从实验和应用入手,切实培养出符合企业和社会需求的物联网实用人才。因此在高职院校物联网专业的课程体系中,每一学期都安排相应的综合实训课程或课程设计环节。综合实训的目的就是将学生学习的专业知识融合到实际的项目中,通过实训项目的实施,使学生进一步巩固专业知识,从而掌握专业的工作技能。在高职院校,正是通过综合实训来培养学生的综合素质,其中就包括工作技能的培养,因此综合实训的重要性不言而喻。传感网络作为物联网的重要组成也受到了越来越多的关注。传感网络是一种全新网络技术,它综合了传感器、通讯以及微机电等技术,可以预见,在不久的将来,传感网络将给我们的生活方式带来革命性的变化。 1 平台设计的基本原理
西安电子科技大学 智能传感技术大作业 ——CMOS传感器技术简介 姓名：柯伯威 班级：021151 学号：02115027 2014年1月4日
摘要:本文简要介绍了 CMOS 图像传感器的发展历程及工作原理, 对CCD 图像传感器与 CMOS 图像传感器的优缺点进行了比较, 指出了CMOS 图像传感器的技术优势, 并讨论了 CMOS 图像传感 器的发展趋势。 关键词：互补金属氧化物半导体 CCD 图像传感器 CMOS 图像传感器 传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一,从宇宙探索到海洋开发;从生产过程的控制到现代文明生活,几乎每一项现代科学技术都离不开传感器,因此,传感器技术发展速度十分惊人,半导体压阻式力传感器亦不例外。 图像传感器是将光信号转换为电信号的装置，在数字电视、可视通信市场中有着广泛的应用。60年代末期，美国贝尔实脸室发现电荷通过半导体势阱发生转移的现象，提出了固态成像这一新概念和一维CCD(Charge-Coupled Device 电荷耦合器件)模型器件。到90年代初，CCD技术已比较成热，得到非常广泛的应用。但是随着CCD应用范围的扩大，其缺点逐渐暴露出来。首先，CCD技术芯片技术工艺复杂，不能与标准工艺兼容。其次，CCD技术芯片需要的电压功耗大，因此CCD技术芯片价格昂贵且使用不便。目前，最引人注目，最有发展潜力的是采用标准的CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor 互补金属氧化物场效应管)技术来生产图像传感器，即CMOS图像传感器。CMOS图像传感器芯片采用了CMOS工艺，可将
南通大学 传感器与检测课程设计报告书 学院：电气工程学院 班级：自143 姓名：钟明蕊 学号：1412011064
目录 1设计目的及要求 (1) 2总体设计方案 (2) 2.1智能家居——温度检测 2.1.1测温器件DS18B20的简介 (2) 2.1.2显示器件介绍 (3) 2.1.3硬件设计电路 (4) 2.1.4软件设计电路 (5) 2.2智能家居——气体泄漏/火灾检测 2.2.1 MQ-2/MQ-7气体传感器 (7) 2.2.2 A/D转换电路 (8) 2.2.3硬件设计电路 (8) 2.2.4软件设计电路 (9) 2.3 智能家居——外人闯入 2.3.1干簧管简介 (10) 2.3.2干簧管电路 (11) 2.3.3硬件设计电路 (11) 2.3.4软件设计电路 (12) 3各模块与TC35之间的通讯 (12) 4 TC35 GSM模块 (14) 参考文献 (15)
智能家居监控系统设计 1、设计目的及要求 1.1设计背景： 智能家居以住宅为平台，将建筑、网络通信、信息家电、管理融为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的家居环境。智能家居是一个多功能的系统，包括家庭内部的安全防范、家居布线系统、家电控制、远程的视频监控系统等。家居智能化设计包括传感器的检测，信号的传递，结果处理等。但现在仍未普及，而且目前智能家居的国际标准未成热，因此智能家居监控系统仍然存在广阔的发展空间。 1.2设计目的： 利用所学的传感器与检测技术知识，实现家居温度、煤气泄漏、外人闯入、火灾（烟雾）的检测（以上检测项目必做。在此基础上增加检测项目并具有可行性，加分。除环境监测项目外，也可增加人体信号检测等。）。各检测节点可通过无线方式连接到主机，检测到危险信号后，主机可采用声光报警或远程报警。 1.3设计要求： （1）用Protel画出设计原理图； （2）采用Quaters II、Maxplus II、multisim（EWB）、pspice、Proteus中的一种或几种软件，完成系统电路图部分或全部仿真，在设计说明书 中体现仿真结果； （3）写设计说明书；
第三章 智能传感器模块硬件结构设计 3.1硬件系统结构 智能传感器模块（STIM）原理框图如图3-1所示，主要包括：变送器阵列模块、信号调理模块、多通道数据采集模块、TEDS模块及TII智能接口等部分。为了增强系统的集成度，设计采用了集成式的片上数据采集系统ADuC812。传感器的输出信号经调理模块放大调理，输入至 ADuC812片内的多通道ADC， ADC对相应通道模数转换后，存储于RAM中，然后通过TII智能接口将数据读入NCAP。为了方便TEDS内容的升级与更新，系统采用异步串行口来下载电子数据表格至ADuC812的片内Flash。此外，异步串行口还可用来下载和调试用户程序，方便系统开发。 图3-1智能传感器模块原理框图 STIM模块的传感器单元以温度传感器AD590为核心，从传感器出来的信号通过信号调理通道输入至ADuC812内部的多路ADC。系统硬件电路图如图3-2所示。
图3-2系统硬件电路图 3.2 片上系统ADuC812 3.2.1 ADuC812一般说明 ADuC812是全集成的高性能的12位数据采集系统，它在单个芯片内集成了高性能的自校准多通道ADC，两个12位ADC以及可编程的8位(与805l兼容)MCU。 片内8KB的闪速／电擦除(F1ash／EE)程序存储器，640字节的闪速／电擦除数据存储器以及256字节数据RAM，均由可编程内核控制。 另外MCU具有包括看门狗定时器、电源监视器和ADC DMA功能，为多处理器接口和I／O扩展提供了32条可编程的I／O线、I2C兼容的SPI和标准UART串行口I／O等。 MCU内核和模拟转换器二者均有正常、空闲和掉电工作模式，有适合于低功率应用的灵活电源管理方案。在工业温度范围内，有3V和5V两种规格电压工作器件可供选择。它有52条引脚，用扁平塑料四方形封装。ADuC812数据采集系统芯片功能框图见图3-3。
智能传感器的发展及前景 要：智能传感器技术是综合多种学科的复合型技术，是一门正在蓬勃发展的现代传感器技术。通过对其概念、结构、功能的阐述，指明了它实现途径及应用中的特殊作用，表明了传感器未来发展的方向。 关键字：智能传感器微型计算机信号处理集成化多功能化 1、引言 根据国家标准，传感器(sensor)的定义：“能够受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。”敏感元件(sensing element)指传感器中能直接接受被测量的部分； 转换元件(transduction element)指传感器中能将敏感元件感受的被测量转换成适于传输和测量的电信号部分，使输出为规定的标准信号的装置称为变送器。 经过科学技术的发展，传统的传感器技术已达到其技术极限，与当今应用的需求相比，存在很多不足之处：因结构尺寸大,而时间(频 率)响应特性差；输入—输出特性存在非线性,且随时间而漂移；参数 易受环境条件变化的影响而漂移；信噪比低,易受噪声干扰；存在交叉灵敏度,选择性、分辨率不高。 智能传感器系统是一门现代综合技术，是当今世界正在迅速发展的高新技术，是传感器发展的一种新形势。早期，有人简单、机械地强调智能传感器就是在工艺上将传感器与微处理器两者紧密结合，认为“传感器的敏感元件及其信号调理电路与微处理器集成在一块芯片上就是智能传感器”，之后人们认识到智能式传感器就是一种带行微处理机的，兼 有信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维与判断功能的传感器。虽然至今还没有 形成规范化的定义，但是它的众多优点使它在自动化领域得到了广泛的应 用，成为了数字时代的骄子。 二、智能传感器的定义 智能传感器(intelligent sensor)具有信息处理功能的传感器。智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。一般智能机器人的感觉系统由多个传感器集合而成，采集的信息需要计算机进行处理，而使用智能传感器就可将信息分散处理，从而降低成本。