毫无疑问,上面这些特征是智能传感器应具备的。从这些特征来看,其中有相妆一部分以前是属于一个仪器所应具有的功能,从这点看来,"仪器"和"传感器"的界限已不是十分明显。作者认为。"智能传感器"是一个动态的概念,就象"计算机"概念一样。现在"计算机"这个名词的含义早已没与六十年代计算机刚铡出现时所包括的内容,无论在功能上还是从特性上早已改变了当初的意义。现在计算(calculate)仅仅是其简单的一个部分,它可以实现信息交换、文字排版、辅助设计、控制等一系列的功能,这种内涵的扩展是基于两个方面:硬件上的进步和软件设计上的发展。现在如果说具有计算功能的机器都认为是计算机,很显然是不合理的。
上面所提到的定义和特性是现阶段智能传感器的基本特点。实际上,所谓的智能传感器并非是简单的单片机嵌入传感器中将模拟信号转换为数字信号,其实际所包括的内容要广泛得多。从智能传感器的概念产生和发展历史来看,其经历一个内涵不断丰富的过种。即是传统意义上的智能传感器也并不具备这种功能。正如上面所提到的,在80年代,将信号处理电路(滤波、放大、调零)与传感器设计在一起,输出0-5V电压或4-20mA电流,这样的传感器即为娄时意义上的"智能传感器";在80年代未期到90年代中后期,随着单片机技术的发展,将单片微处理嵌入传感器中实现温度补偿、修正、校准,同时A/D变换器直接将原来的模拟信号转换数字信号,这样一来钭"智能传感器" 所包含的含义推进一步。这种类型的传感器在设计方法上已开始有所转变,不再象以前是简单的硬件构成,需要通过软件对信呈进行简单处理,相应输出的信号是数字信号;自"现场部线"概念提出以后,基于现场总线的测量控制系统得到了广泛的应用,相应对传感器的设计又提出了新的要求。从发展的角度看,未来单个传感器独立使用的场合将越来越少,更多的是多传感器系统的应用以实现多参数的测量和多对象的控制。测量和控制信息的交换在底层主要是通过现场部线来完成。数据交换主要是通过Intranet等网络来实现。为了满足这种多传感器之间的信息交换,传感器设计上软件占主要的地位,通过软件将传感器将内总各个敏感单元或与外部的智能传感器单元联系在一起。软件对象不再是以前的单个的对象,而是整个系统,其输出的数字信号是符合某种协议格式的。从而可要实现传感器与传感器之间、传感器与执行器之间、传感器与系统之间的数据交换和共享。因此智能网络化是传感器未来发展方向。
2 智能网络化传感器及其系统的结构
从原理结构来上看来,智能传感器结构可以用图1所示框图来表示。
从上面的框图可以发现,一般意义上的传感器(即敏感单元)在智能传感器中仅仅占很少的一部分,信号处理电路占主要部分。与普通传感器相比,智能传感器将传感器使用过程中所涉及到所有问题都包括了。例如图1所示的灵敏度、零点漂移、标定等,即使是单物理测量传感器,也必须有标准的接口获取所需要的信息(如温度、湿度等)以实现对被测物理量的标定和校准。在很多场合,加上输出显示单元,这种单智能传感器系统已经涵盖了传统的仪表概念。
基于分布智能传感器的测量控制系统是由一定的网络将各个控制节点、传感器节点及中央控制单元共同构成。其中传感器节点是用来实现参数测量并将数据传送给网络中的其他节点;控制节点是根据需要从网络中获取需要的数据并根据这些数据制订相应的的控制方法和执行控制输出。在整个系统中,每个传感器节点和控制节点数目可多可少,根据要求而定。网络的选择可以是传感器总线、现场总线,也可以是企业内部的Ethernet,也可以直接是Internet。一个智能传感器节点是由三部分构成:传统意义上的传感器、网络接口和处理单元。根据不同的要求,这三个部分可以是采用不同芯片共同组成合成式的,也可以是单片式的。首先传感器将被测量物理量转换为电信号,通过A/D转化为数字信号,经过微处理器的数据处理(滤波、校准)后将结果传送给网络,与网络的数据交换不网络接口模块完成。
控制节点由微处理器、网络接口及人机接口是输入输出设备组成。用来收集传感器节点所发送来的信息,并反馈给用户和输出到执行器,以实现一定的输出。
将所有的传感器连接在一个公共的网络上。为保证所有的传感器节点和控制节点能够实现即插即用,必须保证网络中所有的节点能够满足共同的协议。无论是硬件还是软件都必须满足一定的要求,只要符合协议标准的节
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