常用传感器工作原理智能式传感器分解

?MEMS（Micro Electro-Mechanical System）通常称微机电系统，在欧洲和日本 又常称微系统（Micro System）和微机械 （Micro Machine），是当今高科技发展的 热点之一。1994年原联邦德国教研部 （BMBF）给出了微系统的定义，即：若将 传感器、信号处理器和执行器以微型化的结 构形式集成一个完整的系统，而该系统具有 “敏感”、“决定”和“反应”的能力。
两部分组成。
?wenku.baidu.com2） 固体图像传感器
? 固体图像传感器主要有三种类型：第一种是电荷耦合器件 (CCD)；第二 种是MOS图像传感器，又称为自扫描光电二极管阵列 (SSPA) ；第三种 是电荷注入器件(CID)
? 图 为这种三维结构智能化传感器的一种形式。
? 图为一由多个智能图像传感器组成的图像识别系统。这个系 统由光学透镜系统、多个智能图像传感器和一个主计算机组 成。
?微机电系统通常具有以下典型的特性：
?（1）微型化零件；
?（2）由于受制造工艺和方法的限制，结构零 件大部分为两维的、扁平零件；
?（3）系统所用材料基本上为半导体材料，但 也越来越多地使用塑料材料；
?（4）机械和电子被集成为相应独立的子系统， 如传感器、执行器和处理器等。
?与一般传感器比较，微传感器具有以下特点： ?（1）空间占有率小。 ?（2）灵敏度高，响应速度快。 ?（3）便于集成化和多功能化。 ?（4）可靠性提高。 ?（5）消耗电力小，节省资源和能量。 ?（6）价格低廉。
? 集成化敏感单元包括弹性敏感元件及变换器；信号调理电路 包括多路开关、仪用放大器、基准、A/D转换器等；微处理 器单元包括数字存储(EPROM、ROM、RAM)、I/O接口、微 处理器、D/A转换器等。
3 智能传感器的应用
?（1） ST-3000系列智能压力传感器
? 图示为ST-3000系列智能压力传感器图，它是由检测和变送
（2） 敏感元件设计
利用集成电路工艺，根据圆形平膜片上各点应力分 布,在半导体圆形基片上扩散出四个电阻，同时生成 两个温敏二极管。
?（3） 传感器工 艺设计
? （4）软件设计
? 主要构成的智能 压力传感器软件 有控制程序、数 据处理程序及辅 助程序。
微型传感器
微型传感器
MEMS 技术与微型传感器
WSN应用案例
?智能传感器就是一个最小的微机系统，其中 作为控制核心的微处理器通常采用单片机， 其基本结构框图如图示。
1 智能传感器的特点
?（1）精度高 ?（2）可靠性与高稳定性强 ?（3）高信噪比与高分辨率 ?（4）自适应性强 ?（5）性能价格比高
2 智能传感器的实现
?（1）集成化实现
? 这种智能传感器系统是采用微机械加工技术和大规模集成电 路工艺技术，利用半导体材料硅作为基本材料来制作敏感元 件，将信号调理电路、微处理器单元等集成在一块芯片上构 成的。故又可称为集成智能传感器。其外形如图所示。
?（2）非集成化实现
? 非集成化智能传感器是将传统传感器(采用非集成化工艺制 作的传感器，仅具有获取信号的功能)、信号调理电路、带 数字总线接口的微处理器组合为一整体而构成的一个智能传
感器系统。其框图如图所示。
?（3）混合实现
? 混合实现是指根据需要与可能，将系统各个集成化环节，如 敏感单元、信号调理电路、微处理器单元、数字总线接口等， 以不同的组合方式集成在两块或三块芯片上，并装在一个外 壳里为混合实现的几种方式。
智能式传感器
?1 智能传感器的特点 ?2 智能传感器的实现 ?3 智能传感器的应用 ?4 智能传感器的设计思想
?智能传感器作为一种新型传感器发展起来。 它是基于人工智能、信息处理技术实现的具 有分析、判断，量程自动转换，漂移、非线 性和频率响应等自动补偿，对环境影响量的 自适应，自学习以及超限报警、故障诊断等 功能的传感器。
(2002年)
WSN应用于监视大鸭岛海鸟的栖息情况。使用了包括光、 湿度、气压计、红外传感器、摄像头在内的近10种传感器类 型数百个节点，系统通过自组织无线网络，将数据传输到300 英尺外的基站计算机内，再由此经卫星传输至加州的服务器。
WSN应用案例
2005年，澳洲的科学家利用无线传感器网络来探测北澳大 利亚蟾蜍的分布情况。由于蟾蜍的叫声响亮而独特，因此利用 声音作为检测特征非常有效。科研人员将采集到的信号在节点 上就地处理，然后将处理后的少量结果数据发回给控制中心。 通过处理，就可以大致了解蟾蜍的分布、栖息情况。
无线传感器网络
WSN是一种无基础设施的网络，它由一组传感器节点协 同感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并对 这些数据进行处理，获得详尽准确的信息，处理后的信息通 过无线方式发送，并以自动组网、多跳的网络方式传送给观 察者。
无线传感器典型的网络拓扑结构及整体构架
WSN简介
传感器节点
微型的嵌入式系统；处理能力、存储能力、通信能力较 弱；电池供电；监测终端、路由器双重功能。
4 智能传感器的设计思路
? 下面以智能压力传感器的设计为例介绍一下智能传感器的设 计思路：
? （1）智能压力传感器的结构设计 ? 智能压力传感器由半导体力敏元件（制作力敏元件时,同时制
作两只温敏二极管）、放大器、转换开关、双积分A／D转 换器、单片机、接口电路、IEEE-488标准接口、存储器和部 分外围电路组成
WSN简介
汇聚节点
又称网关节点，处理能力、存储能力和通信能力相对较 强；连接传感器网络与Internet、GPRS等外部网络；将节点
传递过来的数据转发到外部网络，同时能发布用户的监测任 务至各个节点。
WSN简介
终端用户
用户通过终端的管理和分析软件来观测网络的运行状况， 并能对网络中的各个节点进行管理和监控。
无线传感器典型的网络拓扑结构及整体构架
WSN运作演示
WSN的特点
?传感器节点的特点
节点能量有限
通信能力有限
计算和存储能力有限
WSN的特点
?传感器网络的特点
大规模网络
自组织网络
多跳路由
动态性网络
应用相关性
数据为中心
WSN所涉及的问题
WSN所涉及的问题
WSN应用案例
英特尔研究实验室 加州大学伯克利分校