智能傳感器與傳感系統(tǒng)的發(fā)展及應用ppt課件

1、智能傳感器與傳感系統(tǒng)的開展及運用 中國礦業(yè)大學 信息與電氣工程學院工業(yè)自動化07-10陳寇忠1智能傳感器與傳感器系統(tǒng)的開展及運用1 智能傳感器的定義、功能與特點2 生物識別技術(shù)3 傳感器的開展前景4 結(jié)語2 目前，傳感器正從傳統(tǒng)的分立式，朝著單片集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化的方向開展。 據(jù)光電行業(yè)開發(fā)協(xié)會OIDA作出的最新預測，在2003年20020年期間，智能傳感器的國際市場銷售量將以每年20的高速度增長。 智能傳感器可廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、交通、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事科研、航空航天、現(xiàn)代辦公設(shè)備和家用電器等領(lǐng)域。 31. 傳感器技術(shù)信息采集“感官2. 通訊技術(shù)信息傳輸 “神經(jīng)3.

2、計算機技術(shù)信息處置“大腦現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱：4智能傳感器的定義及功能1、智能傳感器的定義 目前，關(guān)于智能傳感器的中、英文稱謂尚未完全一致。英國人將智能傳感器稱為“Intelligent Sensor；美國人那么習慣于把智能傳感器稱作“Smart Sensor，直譯就是“乖巧的、聰明的傳感器。 所謂智能傳感器，就是帶微處置器、兼有信息檢測和信息處置功能的傳感器。 5 智能傳感器的最大特點就是將傳感器檢測信息的功能與微處置器的信息處置功能有機地交融在一同。從一定意義上講，它具有類似于人工智能的作用。 需求指出，這里講的“帶微處置器包含兩種情況： 1將傳感器與微處置器集成在一個芯片上構(gòu)成所謂的“

3、單片智能傳感器 2傳感器可以配微處置器。 顯然，后者的定義范圍更寬，但二者均屬于智能傳感器的范疇。 6 世界上第一個智能傳感器是美國霍尼韋爾Honeywell公司在1983年開發(fā)的ST3000系列智能壓力傳感器。它具有的多參數(shù)傳感(差壓、靜壓和溫度)與智能化的信號調(diào)理功能 。 72、智能傳感器的四大功能具有自校準和自診斷功能。具有數(shù)據(jù)存儲、邏輯判別和信息處置功能具有組態(tài)功能，運用靈敏具有雙向通訊功能，能直接與微處置器P或單片機 C 通訊。 83 智能傳感器與傳感系統(tǒng)的特點 智能傳感器采用自調(diào)零、自補償、自校準等多項新技術(shù)，能到達高精度目的。 美國BBBURRBROWN公司：XTR系列精細電流變

4、送器，轉(zhuǎn)換精度 0.05，非線性誤差0.003。 9配套軟件1011 在日常生活中，往往會出現(xiàn)這樣一些情況：鑰匙丟了，進不了門；密碼忘了，無法在ATM機上取錢；電腦中的重要資料被他人非法復制了；手機被他人盜用，這些都給我們呵斥了很大的費事甚至損失，以上這一切都與身份識別有關(guān)。 生物識別 技術(shù)12 生物識別的技術(shù)中心 在于如何獲取這些生物特征，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，存儲于計算機中，利用可靠的匹配算法來完成驗證與識別個人身份的過程。13生物識別技術(shù)是人體生物特征進展身份鑒別的技術(shù)。要求這些特征具有“人各有異、“終身不變和“隨身攜帶這三大特點。 生物傳感器14生物識別系統(tǒng)的組成如圖14所示。圖14

5、生物識別系統(tǒng)的組成 15 指紋具有獨一性隨身攜帶、無法復制、人人不同、指指相異。 根據(jù)指紋學實際，將兩個指紋分別匹配上12個特征時的一樣幾率僅為1/1050。因此，至今找不出兩個指紋完全一樣的人， 即使容顏酷似的孿生兄弟姐妹，或同一個人的十指之間，指紋也存在明顯差別。 指紋的這一特點，為身份鑒定提供了客觀根據(jù)。 16每人的十指指紋都不一樣，每個指紋普通都有70-150個根本特征點，在兩枚指紋中只需有12-13個特征點吻合，即可認定為同一指紋。而以此找出兩枚完全一樣的指紋需求120年，人類人口按60億計算，大約需求300年才能夠出現(xiàn)反復的指紋。因此，想找到兩個完全一樣的指紋幾乎是不能夠的。17指

6、紋圖像的獲取 取像設(shè)備主要有以下4種類型： 光學取像設(shè)備例如微型三棱鏡矩陣 壓電式指紋傳感器 半導體指紋傳感器 超聲波指紋掃描儀。 18 指紋的根本紋路圖案：根本紋路圖案有環(huán)形、弓形和螺旋形，如圖15所示。其他指紋圖案都是基于這三種根本圖案衍生而成的。 a環(huán)型；b弓型；c螺旋型圖15 3種根本紋路圖案 19指紋識別過程：指紋采樣指紋圖像預處置二值化處置細化，紋路提取細節(jié)特征提取指紋匹配即指紋庫的查對。如圖16所示。圖16 指紋識別過程 20自動指紋識別系統(tǒng)框圖211溫差感應式指紋傳感器 它是基于溫度感應的原理而制成的，每個像素都相當于一個微型化的電荷傳感器，用來感應手指與芯片映像區(qū)域之間某點的

7、溫度差，產(chǎn)生一個代表圖像信息的電信號。 典型產(chǎn)品：美國Atmel公司的FCD4B14 。 可在0.1s內(nèi)獲取指紋圖像時間一長，手指和芯片就處于一樣的溫度了 。22FCD4B14的外形、引腳和安裝圖分別如圖17、圖18、圖19所示。aDIP20陶瓷封裝；bCOB封裝圖17 FCD4B14的外形圖 23a外表傾斜式；b將傳感器裝在靠邊緣處圖18 FCD4B14的安裝圖 24FCD4B14型指紋傳感器的內(nèi)部電路框圖如圖18所示。圖19 FCD4B14的內(nèi)部電路框圖 252電容感應式指紋傳感器 由電容陣列構(gòu)成 內(nèi)部包含9萬只微型化電容器 根本任務(wù)原理：當用戶將手指放在正面時，皮膚就組成了電容陣列的一個

8、極板，電容陣列的反面是絕緣極板。由于不同區(qū)域指紋的脊和谷之間的間隔也不相等，使每個單元的電容量隨之而變，由此可獲得指紋圖像。 26 指紋識別目前最常用的是電容式傳感器，也被稱為第二代指紋識別系統(tǒng)。它的優(yōu)點是體積小、本錢低，成像精度高，而且耗電量很小，因此非常適宜在消費類電子產(chǎn)品中運用。右圖為指紋經(jīng)過處置后的成像圖：2728 指紋識別系統(tǒng)的電容傳感器發(fā)出電子信號，電子信號將穿過手指的外表和死性皮膚層，直達手指皮膚的活體層(真皮層)，直接讀取指紋圖案。由于深化真皮層，傳感器可以捕獲更多真實數(shù)據(jù)，不易受手指外表塵污的影響，提高辨識準確率，有效防止辨識錯誤。 29 典型產(chǎn)品：美國Veridicom公司

9、FPS100 FPS100的外形以及由它構(gòu)成的指紋識別系統(tǒng)輸入設(shè)備如圖20所示，輸入設(shè)備與計算機相連。aFPS100的外形；b指紋識別系統(tǒng)的輸入設(shè)備圖20 FPS100的外形以及指紋識別系統(tǒng)的輸入設(shè)備 30產(chǎn)品：西門子推出的“ID Mouse 鼠標。鼠標上端安有指尖傳感器，一旦指紋被識別，運用者就可以啟動PC的操作系統(tǒng)。假設(shè)長時間不動鼠標，它將自動啟動屏幕維護程序，直到運用者再次觸摸ID 鼠標為止。這個鼠標在0.25平方英寸的觸摸芯片上有65000個傳感系統(tǒng)，可捕捉指紋的細節(jié)。該系統(tǒng)非常靈敏，甚至用戶的手有傷口它都能準確的區(qū)分出來。最早的指紋識別手機是98年西門子推出的SL10手機，其將“Fi

10、ngertip指紋識別技術(shù)移植在SL10上作模擬試用。手機機身前面及后面都裝一跟SIM卡大小類似的金屬指紋感應器。其它生物識別系統(tǒng)虹膜識別系統(tǒng)手形識別系統(tǒng)面部識別系統(tǒng)人體靜脈識別系統(tǒng)虹膜識別系統(tǒng)美國NCR公司制造的“明星終端機。進入任務(wù)間，把雙腳放到帶有壓力傳感器的腳踏板上，讓系統(tǒng)仔細察看好本人的眼睛。一旦發(fā)現(xiàn)他的虹膜與所存儲的虹膜相符，“明星就會呼叫他的名字，開場自動啟動他經(jīng)常要求的操作，這種新型自動提款機曾經(jīng)在加拿大的皇家銀行試用了。 手形識別系統(tǒng)面部識別系統(tǒng) 人體靜脈識別系統(tǒng)輸入個人識別號PIN 經(jīng)過紅外線讀取手背靜脈指紋IC卡識別器 指紋鎖 開展前景2007年歐美整個生物特征識別市場規(guī)

11、模到達34億美圓以上，其中人臉識別市場將占據(jù)35%左右的市場份額約為12億美圓。這一市場平均每年以29.1%的速度在高速增長，其中人臉識別技術(shù)市場在過去四年中每年的增長速度為31.5%至33.3%之間，明顯高于整個市場的增長速度。 數(shù)據(jù)來源：華經(jīng)視點研討中心在世界生物識別技術(shù)市場上，從詳細產(chǎn)品構(gòu)造來看，指紋識別占據(jù)生物技術(shù)門類的主導位置，掌形識別如今也相當成熟，居于第二位，其中指紋識別占52.1%，掌形識別占30%，虹膜識別占7.3%，聲音識別占4.5%，筆跡識別占2.4%， 在汽車行業(yè)的前景汽車數(shù)量的添加以及每輛汽車上所采用傳感器數(shù)量的增多，決議了中國汽車傳感器市場容量必將不斷增大，中國傳感器市場正進入蓬勃開展期。從2004年到2021年，全球車用傳感器以9%左右的速率增長，2021年市場需求量約為14.87億個。2007年-2021年中國汽車傳感器市場銷售額的年度復合增長率將超越35%。其中，2021年其市場銷售額將接近10.5億美圓，同比增長40.5%;2021年市場銷售額將超越13.2億美圓，同比增長35.2%。 4 結(jié)語智能傳感器是信息時代的驕子，它正成為