什么是智能传感器（转载）...

什么是智能传感器？

技术分类:仪表与过程传感器 作者：Peter Cleaveland 发表时间：2006-05-19

　　自动化领域所取得的一项最大进展就是智能传感器的发展与广泛使用。但究竟什么是“智能”传感器？下面，来自6个传感器厂家的专家对这一术语进行了定义。
　　据Honeywell工业测量与控制部产品经理Tom Griffiths的定义：“一个良好的‘智能传感器’是由微处理器驱动的传感器与仪表套装，并且具有通信与板载诊断等功能，为监控系统和/或操作员提供相关信息，以提高工作效率及减少维护成本。”

图1：智能传感器，像这种带有AS 接口通
信的感应式位置传感器，可减少系统中的
传感器数量。内部诊断功能使传感器能提
供故障的预指示。（图片由Pepperl+Fuchs
公司提供）

图2：根据IEEE 1451，传感器被分为两部分：带传感元件、适当的信
号调理电路以及A/D转换器的智能传感器接口模块（STIM），和传感器
电子数据表（TEDS）——一块标明传感器类型、组成与型号、校准参
数及比例系数等内容的存储器芯片。STIM与具有联网能力的应用处理
器（NCAP）相连，而NCAP 为通信网络提供接口。（图片由美国国家
标准与技术协会Kang Lee 提供）

　　无故障通信
　　“智能传感器的优势，”GE Fanuc自动化公司控制器产品经理Bill Black说，“是能从过程中收集大量的信息以减少宕机时间及提高质量。”MTS传感器公司Temposonics（磁致伸缩位移传感器）产品经理David Edeal对此补充说：“分布式智能的基本前提是，在适当位置和时间拥有有关系统、子系统或组件的状态的全部知识，以进行‘最优的’过程控制决策。”
　　Cognex公司Checker机器视觉部产品营销经理John Keating继续补充说，“对于一种真正的‘智能’（机器视觉）传感器，它应该不需要使用者懂得机器视觉。”
　　智能传感器必须具备通信功能。“最起码，除了满足最基本应用的反馈信号，‘智能’传感器必须能传输其它信息。”Edeal表示。这可以是叠加在标准4-20 mA过程输出、总线系统或无线安排上的HART（可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议）信号。该领域正在增长的因素是IEEE 1451——一系列旨在为不同厂家生产的传感器提供即插即用能力的智能传感器接口标准。
　　诊断与程序
　　智能传感器可对其运行的各个方面进行自监控，包括“摄像头的污浊，超容忍限或不能开关等，”GE Fanuc自动化公司的Black说。Pepperl+Fuchs公司智能系统经理Helge Hornis补充说，“（除此之外），还有线圈监控功能，目标超出范围或太近。”它也可以对工况的变化进行补偿。“‘智能’传感器，”Omron电子有限公司战略创意总监Dan Armentrout表示，“必须首先能监视自身及周围的环境，然后再决定是否对变化进行自动补偿或对相关人员发出警告。”
　　很多智能传感器都能重装到控制现场，通过提供“可设置参数，使用户能替换一些‘标准’传感器，”Hornis说道，“例如，典型的传感器一般都设置为常开（NO）或常关（NC），而智能传感器则能设置为以上任何一种状态。”
　　智能传感器拥有很多优势。随着嵌入式计算功能的成本继续减少，“智能”器件将被更多地应用。独立的内部诊断功能可避免代价高昂的宕机，从而迅速收回投资。

对嵌入式智能传感器的理论研究

来源：中国工控网 发表时间：2006-07-06

       一、引言
   
       传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱之一，随着科学技术的发展，对传感器性能的要求越来越高，数量越来越大，因此研究集成高性能的传感器对促进相关技术的发展是很有实际意义的。
   


       目前世界上一些智能传感器（Smart Sensor）一般都是用单片机＋控制规则进行控制的，智能性不高，很少加入人工智能的思想，并不是真正意义上的智能传感器（Intelligence Sensor），本文利用嵌入式微处理机的功能和人工智能技术，给出了嵌入式智能传感器的定义及特点，并论证了它的可行性，给出了嵌入式智能传感器的一般结构框图及智能控制模块的功能，对未来传感器的发展有较重要的指导意义。
   
       二、嵌入式智能传感器的定义及特点
   
       1. 嵌入式智能传感器的定义
   
       利用嵌入式微处理器、智能理论（人工智能技术、神经网技术、模糊技术）、传感器技术等集成而得到的新型传感器为嵌入式智能传感器。
   
       2. 嵌入式智能传感器的性能特点
   
       嵌入式智能化传感器是一种带嵌入式微处理器的传感器，是嵌入式微处理器，智能理论和传感器相结合而成的，它兼有检测、判断、网络、通信和信息处理等功能，与传统的传感器相比有很多特点：
   
       具有思维、判断和信息处理功能，能对测量值进行修正、误差补偿，可提高测量精度；具有知识，可多传感器参数进行测量综合处理；根据需要可进行自诊断和自校准，提高数据的可靠性；对测量数据进行存取使用方便；有数据通信接口，能与微型计算机直接通信，实现远程控制；可在网上传送数据实现全球监测控制；可实现无线传输；主要由嵌入式微处理器和软件组成，成本低。
   
       三、嵌入式智能传感器的可行性研究
   
    1. 嵌入式微处理器的性能
   
       目前嵌入式微处理器和嵌入式软件都达了一定的技术水平：
   
       (1) 硬件方面
   
       目前嵌入式微处理器具有的功能特点如下：
   
       体积小、低功耗、低成本、高性能；可以实现网上控制；支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集；FLASH存储器容量大，成本低，可以存贮大量的智能程序，执行速度更快；寻址方式灵活简单，执行效率高；指令长度固定，因此嵌入式智能传感器在硬件方已具备了条件。
   
       (2) 软件方面
      
       目前嵌入式软件都是与嵌入式微处理器相配套的，功能比较完善，虽然还没通用的嵌入式系统软件，但并不影响开发智能嵌入式电子设备；也可以用通用语言（如VC++等）进行开发。
   
       2. 智能理论（人工智能技术、神经网技术、模糊技术）
   
       人工智能技术、神经网技术、模糊技术在很多方面得到了成功的应用，常用的理论相对完备。所以实现嵌入式智能传感器从硬件，智能理论和软件方面是完全可行的。
      
       四、嵌入式智能传感器的一般结构
   
       一个完整的嵌入式智能传感器等同于嵌入式微处理器＋智能控制模块（人工智能技术、神经网技术、模糊技术）＋传感器系统，智能控制模块是一个智能程序，它具有相关领域的大量专家知识，它可以模拟人类专家解决问题的思维过程，且解决问题的能力不低于人类领域的专家。该系统能进行有效的推理，具有一定的获得知识的能力，但是总的功能在某些方面远超过人类专家的能力。具有灵活性，透明性，交互性，有一定的复杂性和难度。智能控模块通常由知识库、推理机、知识获取程序，综合数据库、四部分组成，并存放在嵌入式微处理器中。
   
       1. 智能控制模的功能分析
   
       (1) 知识库
   
       用于存放嵌入式智能传感器运行过程中所需要的专家知识，经验值及传感器的基本参数，知识库中的知识是推理机发出命令的依据。
   
       (2) 综合数据模块
   
       用于存放嵌入式智能传感器的原始数据及各种常用数据及各种参数。
(3) 推理机
   
       根据传感器及综合数据中的数据，利用知识库中的知识进行思维、判断、推理后作出判断，并对嵌入式
智能传感器的各种参数进行修改。
   
       2. 交互接口单元
   
       用于外界对嵌入式智能传感器系统进行交互，包括对数据修改，添加，除，进行一致性、完整性的维护等功能。
   
       3. 多传感器系统模块
   
       由各种类型的普通传感器组成，负责提供外界信息。
   
       4. 输出单元
   
       用于输出正确的传感器信息，供用户使用。
   
       5. 嵌入式微处理器
   
       负责对数据的采集、处理、存储、管理、传送等任务。

传感器及变送器技术发展

智能传感器和其标准测量方案能在更广泛的应用环境中支持即插即用功能，这大大提高了智能传感器和传感器产品的制造效率。
　　就工业测量范围来说，目前在技术上虽然没有出现里程碑式的突破，但各大传感器厂商在技术上的不断投入和研发，共同推动这项技术获得了长足的进步。如灵敏度的提高、响应时间的降低、迟滞性降低，以及长时间的稳定性和耐久性等。这些特性使得传感器的精确性和可靠性大为提高。同时，现代的传感器能提供多种类型的测量方式。就技术而言，传感器和变送器技术发展近期有几个趋势。
　　首先，智能传感器和其标准测量方案能在更广泛的应用环境中支持即插即用功能，这大大提高了智能传感器和传感器产品的制造效率。Sensor Platforms的传感器处理芯片的SSP1492的出现，可通过微型处理器来实现智能芯片的分析能力。
　　其次，无线技术开始风靡。无线协议似乎天生就能适应恶劣的工业环境，无线传感器网络是目前的大势所趋。目前无线传感器的技术在不断发展之中，其潜力巨大，其优势包括更小的元件、更快的数据交换速度、更长的有效距离和更长的电池支持时间。对于无电池支持的传感器，可从机械部件的振动、温度差异、电磁波获得能量，如光、无线电波和红外线以解决的无线方案的供电问题。
　　传感器的智能因素，也是传感器发展的一个重要方面，将在工业和过程控制市场中起到很大的促进作用。工业领域的传感器的发展将朝着低功率微传感器、嵌入式处理器和无线技术发展，可监控设备层的大量参数，使生产过程的维护更为有效。
　　新技术，永远是工业领域中取得先机的王牌。目前，不少全新的技术的学术研究也在进行中。一但新技术出现，必将影响到工业自动化和过程控制领域的传感器和变送器的发展。如，美国宾夕法尼亚州大学已经研究出钛纳米技术的传感器，能大大提高气体传感器、光电、光触媒 和光电化学特性。
　　作为传感器的一个部分，流量传感器和变送器市场基本已经步入成熟阶段。根据Frost & Sullivan的研究，2005年全球流量传感器和变送器市场为41.73亿美元，市场整体处于上升发展阶段。预计至2012年全球流量传感器和变送器市场将达到65.04亿美元，其复合增长率达到6.5%。全球市场对高精确度和非接触流量测量的要求进一步凸显。其中MEMS流量传感器处于早期发展阶段，而超声流量计开始处于快速发展阶段。差压流量仪表全球市场增长呈现下降趋势，超声、涡街和电磁传感器由于其各自的特点，开始向差压流量计市场渗透。
　　关于Frost & Sullivan
　　Frost & Sullivan, 一家全球性成长咨询公司，45年来一直致力于协助我们的伙伴实现扩张和成长。我们的专长覆盖35个广义行业领域，同时我们提供一套系统的咨询服务，包括市场研究，策略咨询和管理培训。我们的使命是与我们的客户建立长期合作伙伴关系，提供市场前瞻分析，通过创新的方法创造价值，推动增长。Frost & Sullivan的顾问、行业专家、培训师和客户支持网络遍布全球主要国家和地区。