王骞

[摘 要]智能传感器技术是具有信息处理功能的传感器，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。目前智能传感器是国际上传感器研究的热点和前沿，大力开展智能传感器研究是我们应采取的跨越式的发展思路，是占领未来信息技术制高点的战略的关键措施。本文探讨了智能传感器技术及其应用。

[关键词]智能传感器技术；功能；应用

中图分类号：TP212.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0198-01

传感器技术现代信息产业的三大支柱之一，另外两个支柱通信技术和计算机技术。在现代信息社会，传感器技术已渗透各个方方面面，从茫茫的太空宇宙开发，辽阔海洋中探测，到工业生产，环境保护、资源调查、医疗诊断、生物工程、文物保护，人们的生活等等，可以毫不夸张地说，我们的世界已迈入传感器无处不在的崭新时代。智能传感器技术是一门正在蓬勃发展的现代传感器技术，是涉及微机械和微电子技术、计算机技术、网络与通信技术、信号处理技术、电路与系统、传感技术、神经网络技术、信息融合技术、小波变换理论、遗传理论、模糊理论等多种学科的综合技术。

一、智能传感器技术概述

智能传感器技术是具有信息处理功能的传感器，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。智能电网与众多智慧体系一样，不是单独的个体，而是众多装备与技术共同作用的产物。建立智能电网所需大部分成本的花费在终端电力分布系统以及智能电网在电力设施上的终端信息系统，网络安全软硬件建设，很大一部分将投资在传感器网络上面，直接带动了传感器的市场。同时，为适应智能电网的建设需求，传感器也在向智能化、系统化、网络化、数字化方向发展。

智能传感器是由传统传感器和微处理器相结合而构成的。它充分利用微处理器的计算和存储能力，对传感器的数据进行处理。并能对它的内部行为进行调节，使采集的数据最佳。微处理器是智能传感器的核心。它不但可以对传感器的测量数据进行计算、存储、数据处理。还可以通过反馈回路对传感器进行调节。由于微处理器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，从而降低了传感器制造的难度。提高了传感器的性能，减少了传感器的成本。

智能传感器中智能功能如：数字信号输出、信息存储与记忆、逻辑判断、决策、自检、自校、自补偿都是以微处理器为基础的。基于微处理器的传感器从简单的数字化与信息处理已发展到了目前具有网络通信功能、神经网络、模糊理论、遗传理论、小波变换理论、多传感器信息融合等新理论新技术逐步完善的现代智能传感器。其微处理器硬件也经历了从单CPU结构到多CPU甚至DSP、ASIC与MCU相混合的结构。由系统IC向SOC转变已成为历史发展的必然趋势。SOC用硬件实现了以往软件实现的功能。与一般MCU相比，它具有可靠性高、价格低、速度快、体积小、功能复用、保密性好等一系列优点。随着SOC平台和EDA技术发展以及IP新经济模式的推动，在SOC应用设计上越来越多的从传统的硅片设计转到利用大规模可编程的FPGA芯片设计。基于FPGA的SOC设计其开发周期短、开发工具及语言标准化、设计和器件无关等特点，使得它与使用单片机一样容易。

在工业生产中，利用传统的传感器无法对某些产品质量指标进行快速直接测量并在线控制。而利用智能传感器可直接测量与产品质量指标有函数关系的生产过程中的某些量，利用神经网络或专家系统技术建立的数学模型进行计算，可推断出产品的质量。虚拟化、网络化和信息融合技术是智能传感器发展完善的三个主要方向。虚拟化是利用通用的硬件平台充分利用软件实现智能传感器的特定硬件功能，虚拟化传感器可缩短产品开发周期，降低成本，提高可靠性。网络化智能传感器是将利用各种总线的多个传感器组成系统并配备带有网络接口的微处理器。通过系统和网络处理器可实现传感器之间、传感器与执行器之间、传感器与系统之间数据交换和共享。多传感器信息融合是智能处理的多传感器信息经元素级、特征级和决策级组合，形成更为精确的被测对象特性和参数。

目前智能传感器是国际上传感器研究的热点和前沿，大力开展智能传感器研究是我们应采取的跨越式的发展思路，是占领未来信息技术制高点的战略的关键措施。

二、智能传感器的应用

（1）在航天航空领域的应用。用于制造航天飞机和飞机的材料是有使用寿命的，因此NASA经常要检查运载火箭、乘员舱、燃料箱和其它结构件的健康状况。它的工作原理是：传感器产生的电磁波在结构部件中传播，电磁波被其它的传感器接收，最后将数据传输到计算机中进行处理，提供了一种结构健康监测的实现方法。

（2）在气体分析方而的应用。在环境监测领域，智能传感器己经有了不少典型的应用案例。在2010年召开的的DARPA微系统技术研讨会的会议海报上介绍了一种微气体分析仪，通过微型、快速、超低功耗、芯片级尺度微气体分析仪，能够检测270种分析物和干扰物，用于边境预警用传感器网络的构建。仪器也非常节能，每次分析能耗2.6J。

（3）在通信方而的应用。智能传感器的一个技术突破就是通信功能采用标准化接口。IEEE1451系列变送器接口标准使变送器到网络的连接和设备间的相互更加地便利，有研究者将IEEE 1451与其他标准结合，取得了很好的效果。刘龙等将IEEE 1451.2标准与射频技术结合，以A-DUC812单片机为核心，应用射频芯片Nrf24e1、振动传感器ADXL210与温度传感器DS18B20设计无线智能传感器节点；蔡永娟等把IEEE 1451和SWE两个标准的长处进行结合，总结出一个新型的传感器标准化架构。

（4）在汽车领域的应用。到目前为止，最成功的智能传感器足为规模化生产的汽车工业开发的智能传感器，在汽车女全行驶系统、车身系统、智能交通系统等领域的应用己经比较广泛。例如：轮胎压力监测系统用来监测汽车轮胎压力和温度的一种监测系统。一个TPMS有4至5个RTPM模块；中央监视器接收到RTPM模块发射的信号，并将各个轮胎的温度和压力数据显示在屏幕上，以供驾驶者参考。如果轮胎的温度或压力出现异常，中央监视器可根据异常情况，发出不同的报警信号，提醒驾驶者采取一定的措施。

随着物联网的不断发展，传感器已经成为世界上各国争夺的新的制高点。我国未来传感器产业或将遵循以下三个方向：

第一，以工业控制、汽车、通讯、环保为重点服务领域，以传感器、弹性元件、光学元件、专用电路为重点对象，发展具有自主知识产权的原创性技术和产品。

第二，以增加品种、提高质量和经济效益为主要目标，加速产业化，使国产传感器的品种占有率达到70%～80%，高档产品达60%以上。

第三，以MEMS工艺为基础，以集成化、智能化和网络化技术为依托，加强制造工艺和新型传感器和仪表元器件的开发，使主导产品达到和接近国外同类产品的先进水平。

综上所述，智能技术作为21世纪最具影响力和发展前景高新技术，正引起国内外电子信息界的高度重视。光电行业开发协会（OIDA）预测，智能传感器的国际市场销售量将以每年20%的高速度增长，在工业自动化时代，智能传感器将扮演更加重要角色。

参考文献：

[1] 张鸣；李赟；智能传感器功能综述[J]；无线互联科技；2014，（04）.

[2] 姜书汉.智能传感器的主要功能和应用发展[J].物联网技术，2011，（05）.