第三章-物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)第3章物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)傳統(tǒng)傳感器基礎(chǔ)知識(shí)

幾種常用傳感器介紹

智能傳感器MEMS技術(shù)4123傳感器接口技術(shù)

53.1

傳統(tǒng)傳感器基礎(chǔ)知識(shí)

1傳感器技術(shù)：是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)技術(shù)之一，處于物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架的感知層。2傳感器：是一種能把特定的被測(cè)信號(hào)，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成某種可用信號(hào)輸出的器件或裝置，以滿足信息的傳輸、處理、記錄、顯示和控制等要求。。是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)技術(shù)之一，處于物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架的感知層。互聯(lián)互通。傳感器技術(shù)3傳感器作用：傳感器處于研究對(duì)象與檢測(cè)系統(tǒng)的接口位置，是感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口，它提供物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)賴以進(jìn)行決策和處理所必需的原始數(shù)據(jù)。按被測(cè)量分類

物理量傳感器

力學(xué)量壓力傳感器、力傳感器、力矩傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、流量傳感器、位移傳感器、位置傳感器、尺度傳感器、密度傳感器、粘度傳感器、硬度傳感器、濁度傳感器熱學(xué)量溫度傳感器、熱流傳感器、熱導(dǎo)率傳感器光學(xué)量可見光傳感器、紅外光傳感器、紫外光傳感器、照度傳感器、色度傳感器、圖像傳感器、亮度傳感器磁學(xué)量磁場(chǎng)強(qiáng)度傳感器、磁通傳感器電學(xué)量電流傳感器、電壓傳感器、電場(chǎng)強(qiáng)度傳感器聲學(xué)量聲壓傳感器、噪聲傳感器、超聲波傳感器、聲表面波傳感器射線x射線傳感器、β射線傳感器、γ射線傳感器、輻射劑量傳感器化學(xué)量傳感器離子傳感器、氣體傳感器、濕度傳感器生理量傳感器生物量體壓傳感器、脈搏傳感器、心音傳感器、體溫傳感器、血流傳感器、呼吸傳感器、血容量傳感器、體電圖傳感器生化量酶式傳感器、免疫血型傳感器、微生物型傳感器、血?dú)鈧鞲衅鳌⒀弘娊赓|(zhì)靜態(tài)特性：

指被測(cè)量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出和輸入關(guān)系。衡量靜態(tài)特性的重要指標(biāo)是線性度、靈敏度、遲滯和重復(fù)性等。動(dòng)態(tài)特性：

輸出對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。1.工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)：以傳感器一微機(jī)為核心的自動(dòng)檢測(cè)與控制系統(tǒng)2.航空航天：飛行速度方向、飛行姿態(tài)進(jìn)行檢測(cè)3.資源探測(cè)與環(huán)境保護(hù)：大氣、水質(zhì)污染、放射性、噪聲的檢測(cè)4.醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：人體溫度、血壓及腔內(nèi)壓力、血液5.家用電子產(chǎn)品6.軍事領(lǐng)城3.2幾種常用傳感器介紹

溫度傳感器濕度傳感器

超聲波傳感器

氣敏傳感器基本介紹：1溫標(biāo)：用來度量物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺。2敏感元件與被測(cè)介質(zhì)接觸與否，分為：

⑴接觸式溫度傳感器⑵非接觸式溫度傳感器3

材料及電子元件特性，分為：

⑴熱電阻⑵熱電偶基本介紹：1絕對(duì)濕度：是大氣中水汽的密度，即單位大氣中所含水汽的質(zhì)量。2絕對(duì)濕度：相對(duì)濕度，指空氣中水汽壓與飽和水汽壓的百分比。濕空氣的絕對(duì)濕度與相同溫度下可能達(dá)到的最大絕對(duì)濕度之比。3

露點(diǎn)：使大氣中原來所含有的未飽和水汽變成飽和水汽所必須降低的溫度值。分類：選擇注意事項(xiàng)：

在選擇溫度傳感器時(shí)，應(yīng)考慮到諸多因素，如被測(cè)對(duì)象的濕度范圍、傳感器的靈敏度、精度和噪聲、響應(yīng)速度、使用環(huán)境、價(jià)格等。電阻濕度傳感器

敏感元件為濕敏電阻，其主要材料一般為電介質(zhì)、半導(dǎo)體、多孔陶瓷、有機(jī)物及高分子聚合物。電容濕度傳感器

敏感元件為濕敏電容，主要材料一般為高分子聚合物、金屬氧化物。這些材料對(duì)水分子有較強(qiáng)的吸附能力，吸附水分的多少隨環(huán)境濕度而變化。

利用超聲波的特性研制而成；一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波；頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象?。惶貏e是方向性好、能夠成為射線而定向傳播對(duì)液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽(yáng)光不透明的固體中它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面，會(huì)產(chǎn)生顯著反射，形成反射成回波碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。超聲波傳感器

被測(cè)氣體的種類繁多，它們的性質(zhì)也各不相同。所以不可能用一種方法來檢測(cè)各種氣體，其分析方法也隨氣體的種類、濃度、成分和用途而異。氣敏傳感器1氣敏傳感器：指將被測(cè)氣體濃度轉(zhuǎn)換為與其成一定關(guān)系的電量輸出的裝置或器件。主要參數(shù)與特性：①靈敏度：氣敏元件對(duì)氣體的敏感程度②響應(yīng)時(shí)間：氣敏元件的反應(yīng)速度③選擇性：氣敏元件對(duì)不同的氣體有不同的靈敏度④穩(wěn)定性：氣敏元件的輸出特性保持不變的能力應(yīng)用

半導(dǎo)體氣敏元件，由于具有靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、恢復(fù)時(shí)間短、使用壽命長(zhǎng)和成本低等待點(diǎn)，所以半導(dǎo)體氣敏傳感器有很廣的應(yīng)用。3.3智能傳感器基本概念：1智能傳感器：（intelligentsensor）具有信息處理功能的傳感器。智能傳感器帶有微處理機(jī)，具有采集、處理、交換信息的能力，是傳感器集成化與微處理機(jī)相結(jié)合的產(chǎn)物。2三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：通過軟件技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的編程自動(dòng)化能力；功能多樣化。系統(tǒng)組成功能⑴自補(bǔ)償和計(jì)算⑵自診斷功能⑶復(fù)合敏感功能

⑷強(qiáng)大的通訊接口功能⑸現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)功能⑹提供模擬和數(shù)字輸出⑺數(shù)值處理功能⑻掉電保護(hù)功能特點(diǎn)

⑴一定程度的人工智能是硬件和軟件的結(jié)合體，可實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)功能，更能體現(xiàn)儀表在控制體統(tǒng)的作用?？梢愿鶕?jù)不同的測(cè)量要求，選擇合適的方案，并能對(duì)信息進(jìn)行綜合處理，對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。⑵多敏感功能將原來分散的、各自獨(dú)立的單敏傳感器集成為具有多敏功能的傳感器，能同時(shí)測(cè)量多種物理量和化學(xué)量，全面反映被測(cè)量的綜合信息。⑶精度高、測(cè)量范圍寬，隨時(shí)檢測(cè)出被測(cè)量的變化對(duì)檢測(cè)元件特性的影響，并完成各種運(yùn)算，其輸出信號(hào)更為精確，同時(shí)其量程比可達(dá)100:1，最高達(dá)400:1，可用一個(gè)智能傳感器應(yīng)付很寬的測(cè)量范圍，特別適用要求量程比大的控制場(chǎng)合。⑷通信功能可采用標(biāo)準(zhǔn)化總線接口，進(jìn)行信息交換，這事智能傳感器的標(biāo)志之一?；贗EEE1451的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器1IEEE1451：一種新的通用智能化傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)，它為即插即用智能傳感器與現(xiàn)有的各種總線提供了通用的接口標(biāo)準(zhǔn)。2標(biāo)準(zhǔn)的目的：開發(fā)一種軟硬件連接方案，將智能變送器連接到網(wǎng)絡(luò)或直接支持現(xiàn)有的各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包括各種現(xiàn)場(chǎng)總線、因特網(wǎng)等；為不同廠家生產(chǎn)的傳感器提供具有即插即用功能的智能傳感器接口。

IEEE1451系列準(zhǔn)則代號(hào)名稱與描述狀態(tài)EEEP1451.0智能變送器接口標(biāo)準(zhǔn)IEEE1451.1-1999網(wǎng)絡(luò)適配處理器信息模型IEEEP1451.1網(wǎng)絡(luò)適配處理器信息模型修訂版IEEE1451.2-1997變送器與微處理器通信協(xié)議和TEDS格式IEEEP1451.2變送器與微處理器通信協(xié)議和TEDS格式修訂版IEEE1451.3-2003分布式多點(diǎn)系統(tǒng)數(shù)字通信與TEDS格式IEEE1451.4-2004混合模式通信協(xié)議與TEDS格式頒布標(biāo)準(zhǔn)IEEEP1451.5無(wú)線通信協(xié)議與TEDS格式IEEEP1451.6CAN開放式協(xié)議變送器網(wǎng)絡(luò)接口IEEEP1451.7系統(tǒng)通信協(xié)議和變送器電子數(shù)據(jù)表格式IEEE1451體系內(nèi)容①建立網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器的軟件模型，包括信息與通信模型；②定義網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器的硬件模型，包括網(wǎng)絡(luò)適配器NCAP、智能變送器接口模塊STIM及兩者間的有線、無(wú)線接口；③定義NCAP中封裝不同網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議接口，支持多種網(wǎng)絡(luò)模式及總線標(biāo)準(zhǔn)；④對(duì)智能傳感器的數(shù)據(jù)傳輸、尋址、中斷、觸發(fā)等做詳細(xì)規(guī)定；⑤定義電子數(shù)據(jù)表格TEDS及其數(shù)據(jù)格式。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的軟件接口①對(duì)象模型

該標(biāo)準(zhǔn)通過定義每個(gè)對(duì)象類的接口和行為定義每個(gè)對(duì)象類。系統(tǒng)中，該標(biāo)準(zhǔn)定義4種對(duì)象類：塊類、組件類、服務(wù)類和非本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的對(duì)象類。通過對(duì)象模型、數(shù)據(jù)模型和網(wǎng)絡(luò)通訊模型3種模型實(shí)現(xiàn):②數(shù)據(jù)模型

該模型規(guī)范了符合IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器所涉及的數(shù)據(jù)類型，含基本和結(jié)構(gòu)類型、物理數(shù)量和對(duì)象屬性類型及與網(wǎng)絡(luò)通訊相關(guān)的類型。③網(wǎng)絡(luò)通信模型:

包括對(duì)象模型、數(shù)據(jù)模型和網(wǎng)絡(luò)通信模型，這3種模型為傳感器、網(wǎng)絡(luò)適配器、通信網(wǎng)絡(luò)間確定相應(yīng)的軟件接口。網(wǎng)絡(luò)化智能變送器模型IEEE1451.2協(xié)議1IEEE1451.2協(xié)議：一種網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)。2IEEE1451.2協(xié)議：提出了一種數(shù)字化點(diǎn)到點(diǎn)的智能接口模塊到網(wǎng)絡(luò)適配器的有線傳輸接口方案。

3IEEE1451.2協(xié)議：規(guī)定智能傳感器由網(wǎng)絡(luò)適配器和智能傳感器接口模塊兩部分構(gòu)成。

傳感器獨(dú)立接口是智能傳感器接口模塊和網(wǎng)絡(luò)適配器的接口，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)適配器對(duì)智能傳感器接口模塊的控制和兩者之間的通信。IEEE1451.2協(xié)議

通過提供標(biāo)準(zhǔn)的智能傳感器接口模塊（STIM）、STIM和NCAP間的接口即TII，統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器基本結(jié)構(gòu)，解決標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一問題，廠商可依需求擴(kuò)展。該標(biāo)準(zhǔn)將網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器分為智能傳感器接