什么是智能傳感器（轉載）

什么是智能傳感器？

技術分類:儀表與過程傳感器 作者：Peter Cleaveland 發表時間：2006-05-19

　　自動化領域所取得的一項最大進展就是智能傳感器的發展與廣泛使用。但究竟什么是“智能”傳感器？下面，來自6個傳感器廠家的專家對這一術語進行了定義。
　　據Honeywell工業測量與控制部產品經理Tom Griffiths的定義：“一個良好的‘智能傳感器’是由微處理器驅動的傳感器與儀表套裝，并且具有通信與板載診斷等功能，為監控系統和/或操作員提供相關信息，以提高工作效率及減少維護成本。”

圖1：智能傳感器，像這種帶有AS 接口通
信的感應式位置傳感器，可減少系統中的
傳感器數量。內部診斷功能使傳感器能提
供故障的預指示。（圖片由Pepperl+Fuchs
公司提供）

圖2：根據IEEE 1451，傳感器被分為兩部分：帶傳感元件、適當的信
號調理電路以及A/D轉換器的智能傳感器接口模塊（STIM），和傳感器
電子數據表（TEDS）——一塊標明傳感器類型、組成與型號、校準參
數及比例系數等內容的存儲器芯片。STIM與具有聯網能力的應用處理
器（NCAP）相連，而NCAP 為通信網絡提供接口。（圖片由美國國家
標準與技術協會Kang Lee 提供）

　　無故障通信
　　“智能傳感器的優勢，”GE Fanuc自動化公司控制器產品經理Bill Black說，“是能從過程中收集大量的信息以減少宕機時間及提高質量。”MTS傳感器公司Temposonics（磁致伸縮位移傳感器）產品經理David Edeal對此補充說：“分布式智能的基本前提是，在適當位置和時間擁有有關系統、子系統或組件的狀態的全部知識，以進行‘最優的’過程控制決策。”
　　Cognex公司Checker機器視覺部產品營銷經理John Keating繼續補充說，“對于一種真正的‘智能’（機器視覺）傳感器，它應該不需要使用者懂得機器視覺。”
　　智能傳感器必須具備通信功能。“最起碼，除了滿足最基本應用的反饋信號，‘智能’傳感器必須能傳輸其它信息。”Edeal表示。這可以是疊加在標準4-20 mA過程輸出、總線系統或無線安排上的HART（可尋址遠程傳感器高速通道的開放通信協議）信號。該領域正在增長的因素是IEEE 1451——一系列旨在為不同廠家生產的傳感器提供即插即用能力的智能傳感器接口標準。
　　診斷與程序
　　智能傳感器可對其運行的各個方面進行自監控，包括“攝像頭的污濁，超容忍限或不能開關等，”GE Fanuc自動化公司的Black說。Pepperl+Fuchs公司智能系統經理Helge Hornis補充說，“（除此之外），還有線圈監控功能，目標超出范圍或太近。”它也可以對工況的變化進行補償。“‘智能’傳感器，”Omron電子有限公司戰略創意總監Dan Armentrout表示，“必須首先能監視自身及周圍的環境，然后再決定是否對變化進行自動補償或對相關人員發出警告。”
　　很多智能傳感器都能重裝到控制現場，通過提供“可設置參數，使用戶能替換一些‘標準’傳感器，”Hornis說道，“例如，典型的傳感器一般都設置為常開（NO）或常關（NC），而智能傳感器則能設置為以上任何一種狀態。”
　　智能傳感器擁有很多優勢。隨著嵌入式計算功能的成本繼續減少，“智能”器件將被更多地應用。獨立的內部診斷功能可避免代價高昂的宕機，從而迅速收回投資。

對嵌入式智能傳感器的理論研究

來源：中國工控網 發表時間：2006-07-06

       一、引言
   
       傳感器技術是一項當今世界令人矚目的迅猛發展起來的高新技術之一，也是當代科學技術發展的一個重要標志，它與通信技術、計算機技術構成信息產業的三大支柱之一，隨著科學技術的發展，對傳感器性能的要求越來越高，數量越來越大，因此研究集成高性能的傳感器對促進相關技術的發展是很有實際意義的。
   


       目前世界上一些智能傳感器（Smart Sensor）一般都是用單片機＋控制規則進行控制的，智能性不高，很少加入人工智能的思想，并不是真正意義上的智能傳感器（Intelligence Sensor），本文利用嵌入式微處理機的功能和人工智能技術，給出了嵌入式智能傳感器的定義及特點，并論證了它的可行性，給出了嵌入式智能傳感器的一般結構框圖及智能控制模塊的功能，對未來傳感器的發展有較重要的指導意義。
   
       二、嵌入式智能傳感器的定義及特點
   
       1. 嵌入式智能傳感器的定義
   
       利用嵌入式微處理器、智能理論（人工智能技術、神經網技術、模糊技術）、傳感器技術等集成而得到的新型傳感器為嵌入式智能傳感器。
   
       2. 嵌入式智能傳感器的性能特點
   
       嵌入式智能化傳感器是一種帶嵌入式微處理器的傳感器，是嵌入式微處理器，智能理論和傳感器相結合而成的，它兼有檢測、判斷、網絡、通信和信息處理等功能，與傳統的傳感器相比有很多特點：
   
       具有思維、判斷和信息處理功能，能對測量值進行修正、誤差補償，可提高測量精度；具有知識，可多傳感器參數進行測量綜合處理；根據需要可進行自診斷和自校準，提高數據的可靠性；對測量數據進行存取使用方便；有數據通信接口，能與微型計算機直接通信，實現遠程控制；可在網上傳送數據實現全球監測控制；可實現無線傳輸；主要由嵌入式微處理器和軟件組成，成本低。
   
       三、嵌入式智能傳感器的可行性研究
   
    1. 嵌入式微處理器的性能
   
       目前嵌入式微處理器和嵌入式軟件都達了一定的技術水平：
   
       (1) 硬件方面
   
       目前嵌入式微處理器具有的功能特點如下：
   
       體積小、低功耗、低成本、高性能；可以實現網上控制；支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集；FLASH存儲器容量大，成本低，可以存貯大量的智能程序，執行速度更快；尋址方式靈活簡單，執行效率高；指令長度固定，因此嵌入式智能傳感器在硬件方已具備了條件。
   
       (2) 軟件方面
      
       目前嵌入式軟件都是與嵌入式微處理器相配套的，功能比較完善，雖然還沒通用的嵌入式系統軟件，但并不影響開發智能嵌入式電子設備；也可以用通用語言（如VC++等）進行開發。
   
       2. 智能理論（人工智能技術、神經網技術、模糊技術）
   
       人工智能技術、神經網技術、模糊技術在很多方面得到了成功的應用，常用的理論相對完備。所以實現嵌入式智能傳感器從硬件，智能理論和軟件方面是完全可行的。
      
       四、嵌入式智能傳感器的一般結構
   
       一個完整的嵌入式智能傳感器等同于嵌入式微處理器＋智能控制模塊（人工智能技術、神經網技術、模糊技術）＋傳感器系統，智能控制模塊是一個智能程序，它具有相關領域的大量專家知識，它可以模擬人類專家解決問題的思維過程，且解決問題的能力不低于人類領域的專家。該系統能進行有效的推理，具有一定的獲得知識的能力，但是總的功能在某些方面遠超過人類專家的能力。具有靈活性，透明性，交互性，有一定的復雜性和難度。智能控模塊通常由知識庫、推理機、知識獲取程序，綜合數據庫、四部分組成，并存放在嵌入式微處理器中。
   
       1. 智能控制模的功能分析
   
       (1) 知識庫
   
       用于存放嵌入式智能傳感器運行過程中所需要的專家知識，經驗值及傳感器的基本參數，知識庫中的知識是推理機發出命令的依據。
   
       (2) 綜合數據模塊
   
       用于存放嵌入式智能傳感器的原始數據及各種常用數據及各種參數。
(3) 推理機
   
       根據傳感器及綜合數據中的數據，利用知識庫中的知識進行思維、判斷、推理后作出判斷，并對嵌入式
智能傳感器的各種參數進行修改。
   
       2. 交互接口單元
   
       用于外界對嵌入式智能傳感器系統進行交互，包括對數據修改，添加，除，進行一致性、完整性的維護等功能。
   
       3. 多傳感器系統模塊
   
       由各種類型的普通傳感器組成，負責提供外界信息。
   
       4. 輸出單元
   
       用于輸出正確的傳感器信息，供用戶使用。
   
       5. 嵌入式微處理器
   
       負責對數據的采集、處理、存儲、管理、傳送等任務。

傳感器及變送器技術發展

智能傳感器和其標準測量方案能在更廣泛的應用環境中支持即插即用功能，這大大提高了智能傳感器和傳感器產品的制造效率。
　　就工業測量范圍來說，目前在技術上雖然沒有出現里程碑式的突破，但各大傳感器廠商在技術上的不斷投入和研發，共同推動這項技術獲得了長足的進步。如靈敏度的提高、響應時間的降低、遲滯性降低，以及長時間的穩定性和耐久性等。這些特性使得傳感器的精確性和可靠性大為提高。同時，現代的傳感器能提供多種類型的測量方式。就技術而言，傳感器和變送器技術發展近期有幾個趨勢。
　　首先，智能傳感器和其標準測量方案能在更廣泛的應用環境中支持即插即用功能，這大大提高了智能傳感器和傳感器產品的制造效率。Sensor Platforms的傳感器處理芯片的SSP1492的出現，可通過微型處理器來實現智能芯片的分析能力。
　　其次，無線技術開始風靡。無線協議似乎天生就能適應惡劣的工業環境，無線傳感器網絡是目前的大勢所趨。目前無線傳感器的技術在不斷發展之中，其潛力巨大，其優勢包括更小的元件、更快的數據交換速度、更長的有效距離和更長的電池支持時間。對于無電池支持的傳感器，可從機械部件的振動、溫度差異、電磁波獲得能量，如光、無線電波和紅外線以解決的無線方案的供電問題。
　　傳感器的智能因素，也是傳感器發展的一個重要方面，將在工業和過程控制市場中起到很大的促進作用。工業領域的傳感器的發展將朝著低功率微傳感器、嵌入式處理器和無線技術發展，可監控設備層的大量參數，使生產過程的維護更為有效。
　　新技術，永遠是工業領域中取得先機的王牌。目前，不少全新的技術的學術研究也在進行中。一但新技術出現，必將影響到工業自動化和過程控制領域的傳感器和變送器的發展。如，美國賓夕法尼亞州大學已經研究出鈦納米技術的傳感器，能大大提高氣體傳感器、光電、光觸媒 和光電化學特性。
　　作為傳感器的一個部分，流量傳感器和變送器市場基本已經步入成熟階段。根據Frost & Sullivan的研究，2005年全球流量傳感器和變送器市場為41.73億美元，市場整體處于上升發展階段。預計至2012年全球流量傳感器和變送器市場將達到65.04億美元，其復合增長率達到6.5%。全球市場對高精確度和非接觸流量測量的要求進一步凸顯。其中MEMS流量傳感器處于早期發展階段，而超聲流量計開始處于快速發展階段。差壓流量儀表全球市場增長呈現下降趨勢，超聲、渦街和電磁傳感器由于其各自的特點，開始向差壓流量計市場滲透。
　　關于Frost & Sullivan
　　Frost & Sullivan, 一家全球性成長咨詢公司，45年來一直致力于協助我們的伙伴實現擴張和成長。我們的專長覆蓋35個廣義行業領域，同時我們提供一套系統的咨詢服務，包括市場研究，策略咨詢和管理培訓。我們的使命是與我們的客戶建立長期合作伙伴關系，提供市場前瞻分析，通過創新的方法創造價值，推動增長。Frost & Sullivan的顧問、行業專家、培訓師和客戶支持網絡遍布全球主要國家和地區。