智能传感器课件

智能传感器智能传感器智能传感器是一门涉及多学科的综合技术，目前还没有公认的规范化的定义。将微处理机技术引入传感器，使传感器除了实现基本功能之外，还具有所谓智能本领，这类传感器就是智能传感器（IntelligentSensor,SmartSensor）。传感元件变换电路微处理机运算、控制接口显示存储高级系统智能传感器的基本功能具有自校零、自标定、自校正和自动补偿的能力；具有自动采集数据和处理数据的能力；具有自适应的能力；具有一定程度的存储、识别和信息处理能力；具有双向通信、标准化符号输入输出能力；具有特定算法进行判断、决策处理的能力。一个真正意义上的智能传感器必须具备感知、学习、推理、通信以及管理功能智能传感器的实现途径1、传感器和信号处理装置的功能集成化是实现传感器智能化的主要技术途径利用集成或混合集成的方式，将敏感元件、信号处理器和微处理器集成在一起，利用软件实现对测量过程的控制、逻辑判断、数据处理以及信息的传输等功能。例如，可以将多个具有不同特性的气敏元件集成在一个芯片上，通过软件设计得到不同的输出模式，这样就可以利用一个传感器探测和辨别气体种类以及浓度。智能传感器的实现途径2、基于新的检测原理和结构，实现信号处理的智能化将先进的微机械精细加工工艺与纳米技术引入传感器的设计制造中，开发出新型的传感器结构，使其能够真实的反映被测对象完整的信息。例如，多振动智能传感器。传统振动传感器通过频谱分析来对不同振动模式进行分析，利用微机械精细加工工艺可以在一个硅片上制成几十个振动板，分别对不同的振动模式进行探测。智能传感器的实现途径3、研制人工智能材料是当今实现智能传感器以及实现人工智能的最新手段和最新学科。

人工智能材料（ArtificialIntelligentMaterials）是目前高新技术领域中研究的热点方向。它是继天然材料、人造材料、精细材料后的第四代功能材料。石英矿石纳米材料醋酸纤维细菌嗜紫红脂人工智能材料基本特征：能感知环境条件的变化——普通传感器的功能；具有进行自我判断的能力——处理器功能；能够发出指令和自动采取行动——执行器功能。人工智能材料除了一般功能材料具备的物理属性（电、光、热、力等等）外，还能按照反馈的信息具有调节和转换等软件功能。这类材料具有自适应、自诊断、自修复、自完善、自调节和自学习的特性。有了人工智能材料，智能传感器的设计和制造也就水到渠成了。智能传感器的结构框图智能传感器根据敏感元件的不同具有不同的名称和用途。虽然各种智能传感器的硬件组合方式以及软件分析过程不同，但是总体结构大致相同。以智能压力传感器为例：微处理机主机模板模拟量输入模板标准总线模板接口模板对传感器输出的测量模拟量进行放大、处理、A/D转换将处理得到的结果显示、存储、接入下级系统数据传输μP主机模板μP主机模板是智能传感器的核心部分，主要由CPU、存储器、串行通讯接口、地址译码器、时钟发生器、地址总线、数据总线、控制总线构成。μP的选择原则：根据任务选择（参数测量、数据处理、系统控制）根据所需字长选择（考虑算法要求、精度控制）根据需要的速度选择（整个系统的响应时间安排）指纹识别指纹是表皮中的绒线和绒线之间的谷来组成的。每个人指纹的绒线和谷形成的图案都不一样，指纹识别就是利用了此种图案的唯一性和差异性。指纹是每个人所特有的生物信息，拥有一生都不会变化的特性。指纹识别就是利用这些指纹信息进行个人的认证及个人间的区分。而且避免了密码，卡中发生的遗失，盗用等风险，而且优秀的保安性和方便性等原因，次世代保安技术领域中广泛被应用。指纹传感器是从指纹中读取绒线后转换为2维图像数据的设备。指纹识别可分为如下两个过程。1、指纹录入也就是从指纹传感器中获得的图像信息通过高水平的图像处理和指纹识别算法过程后对每个指纹萃取相应特征后储存到数据库。2、指纹认证也就是再输入的指纹中萃取特征后对比是否跟数据库的指纹一致。指纹传感器指纹传感器机器人系统机器人是目前最能够体现机械制造、系统控制、计算机等相关领域研究前沿的系统，也可以说是人类对自然进行模拟和改造的极致。早在几千年前人类就渴望制造一种像人一样的机器，以便将人类从繁重的劳动中解脱出来。如古希腊长篇叙事诗《伊利亚特》中的冶炼之神海倍斯特司，就用黄金铸造出一个美丽聪颖的侍女；希腊神话《阿鲁哥探险船》中的青铜巨人泰洛斯；犹太传说中的泥土巨人等等。在中国，两千年前就开始出现了自动木人和一些简单的机械偶人。1920年捷克斯洛伐克作家雷尔.卡佩克发表了科幻剧<<罗萨姆的万能机器人>>。在剧本中，卡佩克把捷克语“Robota（农奴）”写成了“Robot”，该剧预告了机器人的发展对人类社会的悲剧性影响，被当成了机器人的起源。

到了近代，不同功能的机器人也相继出现并且活跃在不同的领域，从天上到地下，从工业拓广到农业、林、牧、渔。机器人的种类之多，应用之广，影响之深，是我们始料未及的。从机器人的用途来分，可以分为两大类：军用机器人和民用机器人。机器人系统机器人系统机器人系统的发展，引导和促进了各类仿生传感器的发展，对人的各种感觉进行模拟。多传感器数据融合多传感器数据融合是人类常见的基本功能，我们可以自然地运用这一能力把来自人体各个传感器的信息组合起来，并使用先验知识去估计、理解周围环境和正在发生的事情。在比较复杂的机器人系统中，每一个仿生功能都由一个智能传感器完成，然后将初步处理的数据输送到中央处理器，中央处理器如何对不同的输入数据进行分析，得到有用的信息就是数据融合系统需要完成的任务。数据融合的功能模型传感器1传感器2传感器3数据校准数据对准状态估计目标识别行动估计数据融合功能分两步完成，第一步是低层处理，主要是对传感器输出数据（像素）的状态、特征、属性等进行分析；第二步是高层处理（行为估计），通过对各种特征进行分析后，输出一个抽象的结果。数据融合的关键问题1、数据转换。不同传感器输出的数据形式、对环境的描述和说明不同，要处理所有这些数据，必须首先将这些数据转换成相同的形式、相同的描述和说明后才能进行相关处理。2、数据相关技术。在分析过程中，很多数据需要多次采集，如何克服传感器测量的不确定性和干扰等影响，保持数据的一致性；如何降低相关计算的复杂性，开发相关处理、融合处理和系统模拟的算法个模型。3、数据损失。在融合处理过程中，一旦发生信息损失，整个系统的识别、评价功能也将出错；如果各传感器没有公共个性，数据难以融合。数据融合的关键问题4、态势数据库。在数据融合系统中，需要两种数据库：实时数据库（把当前各传感器测量的数据及时提供给融合推理，并提供融合推理所需要的各种其它数据）、非实时数据库（存贮传感器的历史数据、有关辅助信息和历史信息）。5、融合推理。决定传感器数据的取舍、对同一传感器相继测报的数据进行分析、对不同传感器的相关测报进行验证分析、对新发现的测报数据进行综合、生成综合态势并实时修改综合态势、态势决策。内容总结智能传感器。智能传感器是一门涉及多学科的综合技术，目前还没有公认的规范化的定义。2、基于新的检测原理和结构，实现信号处理的智能化。3、研制人工智能材料是当今实现智能传感器以及实现人工智能的最新手段和最新学科。人工智能材料（ArtificialIntelligentMaterials）是目前高新技术领域中研究的热点方向。能感知环境条件的变化——普通传感器的功能。具有进行自我判断的能力——处理器功能。能够发出指令和自动采取行