第三章 物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)ZZ-2003版

1、第3章 物聯(lián)網(wǎng)(lin wn)傳感器技術(shù)共五十二頁(yè)傳感器基礎(chǔ)知識(shí) 幾種常用(chn yn)傳感器介紹 智能(zh nn)傳感器MEMS技術(shù)4123傳感器接口技術(shù) 5目錄共五十二頁(yè)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3.1 傳感器基礎(chǔ)知識(shí) 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)3.1.1傳感器概念(ginin)共五十二頁(yè) 1. 工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)：以傳感器

2、一微機(jī)(wi j)為核心的自動(dòng)檢測(cè)與控制系統(tǒng)在各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用 2. 航空航天：飛行速度/方向、飛行姿態(tài)檢測(cè) 3. 資源探測(cè)與環(huán)境保護(hù)：大氣污染、水質(zhì)污染、放射性、噪聲檢測(cè) 4. 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：人體溫度、血壓檢測(cè) 5. 家用電子產(chǎn)品：冰箱、洗衣機(jī)、微波爐 6. 軍事領(lǐng)城：地形、地貌檢測(cè)，紅外雷達(dá)搜素、跟蹤、測(cè)距 3.1.2 傳感器作用(zuyng) 共五十二頁(yè)3.1.2 傳感器作用(zuyng) 工業(yè)控制(kngzh)應(yīng)用共五十二頁(yè)3.1.2 傳感器作用(zuyng) 土壤環(huán)境檢測(cè)(jin c)應(yīng)用共五十二頁(yè)3.1.2 傳感器作用(zuyng) 污染(wrn)排放監(jiān)測(cè)應(yīng)用共五十二頁(yè)3.1.3 傳感器

3、組成(z chn) 注意：并不是(b shi)所有的傳感器都包括敏感元件和轉(zhuǎn)換器件，有部分傳感器不需要起變換作用的敏感元件，如熱敏電阻、光敏電阻共五十二頁(yè)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(jiàn)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（互感器）、電壓傳感器(互感器)、電場(chǎng)強(qiáng)度傳感器 聲學(xué)量聲壓傳感器、

4、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、射線傳感器、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?、血液電解質(zhì)3.1.4 傳感器分類(fn li) 共五十二頁(yè)3.1.4 傳感器分類(fn li) 按照輸出信號(hào)分類 模擬傳感器：將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào) 數(shù)字傳感器：將被測(cè)量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)(包括直接和間接轉(zhuǎn)換) 膺數(shù)字傳感器：將被測(cè)量的信號(hào)量轉(zhuǎn)換成頻

5、率信號(hào)或短周期信號(hào)輸出(包括直接或間接轉(zhuǎn)換) 開關(guān)傳感器：當(dāng)一個(gè)被測(cè)量的信號(hào)達(dá)到某個(gè)特定(tdng)閾值時(shí)，傳感器輸出一個(gè)設(shè)定的低電平或高電平信號(hào)按工作原理分類 應(yīng)變式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、熱電式傳感器按組成材料分類、按制造工藝分類，等共五十二頁(yè)3.1.5 傳感器基本(jbn)特性 靜態(tài)特性： 指被測(cè)量的值處于穩(wěn)定(wndng)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)包括線性度、靈敏度、分辨力、遲滯、重復(fù)性等 通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線，線性度(非線性

6、誤差)就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo) 共五十二頁(yè) 擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線 靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化y對(duì)輸入量變化x的比值 靈敏度是輸出一輸入特性曲線的斜率(xil)。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系，則靈敏度S是一個(gè)常數(shù)。否則，它將隨輸入量的變化而變化 靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時(shí)，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應(yīng)表示為200mV/mm 分辨力是指?jìng)鞲衅骺赡芨惺艿降谋粶y(cè)量

7、的最小變化的能力 如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變化，即傳感器對(duì)此輸入量的變化是分辨不出來(lái)的。只有當(dāng)輸入量的變化超過(guò)分辨力時(shí)，其輸出才會(huì)發(fā)生變化3.1.5 傳感器基本(jbn)特性 共五十二頁(yè)動(dòng)態(tài)特性： 輸出對(duì)隨時(shí)間變化輸入量的響應(yīng)特性 在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法(fngf)求得，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者 最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍

8、響應(yīng)和頻率響應(yīng)來(lái)表示 3.1.5 傳感器基本(jbn)特性 作業(yè) 請(qǐng)上網(wǎng)查找某種壓力傳感器技術(shù)資料，下載產(chǎn)品外觀圖片，并摘錄生產(chǎn)廠家介紹、基本功能描述、安裝使用說(shuō)明、技術(shù)參數(shù)等，整理成一份技術(shù)文檔提交共五十二頁(yè) 溫度傳感器 濕度(shd)傳感器 超聲波傳感器 氣敏傳感器3.2 幾種(j zhn)常用傳感器介紹共五十二頁(yè)基本概念1溫標(biāo)：用來(lái)度量物體溫度數(shù)值的標(biāo)尺，規(guī)定溫度的讀數(shù)起點(diǎn)（零點(diǎn)）和測(cè)量溫度的單位，華氏、攝氏、熱力學(xué)、國(guó)際實(shí)用溫標(biāo)2按敏感元件與被測(cè)介質(zhì)接觸與否，分為： 接觸式溫度傳感器：雙金屬、玻璃液體、壓力式、電阻、電偶溫度計(jì) 非接觸式溫度傳感器：亮度法(光學(xué)溫度計(jì))、輻射法(輻射高溫

9、計(jì))、比色法(比色溫度計(jì))3 按材料及電子元件特性，分為： 熱電阻：基于導(dǎo)體電阻值隨溫度變化來(lái)測(cè)量溫度，常用鉑和銅 熱電偶：兩種不同導(dǎo)體組成閉合回路，溫度場(chǎng)梯度變化轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)3.2.1 溫度傳感器共五十二頁(yè)3.2.1 溫度傳感器DS18B20 DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，不同封裝可應(yīng)用(yngyng)于多種場(chǎng)合，如管道式、螺紋式、磁鐵吸附式、不銹鋼封裝式 獨(dú)特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊 測(cè)溫范圍：- 55 +125，固有測(cè)溫誤差1 工作電源: 3.05.5V DC 不需要任何外圍元件 測(cè)量結(jié)果以912位數(shù)

10、字量方式串行傳送試用范圍： 適用于冷庫(kù)、糧倉(cāng)、儲(chǔ)罐、電訊機(jī)房、電力機(jī)房、電纜線槽等測(cè)溫和控制領(lǐng)域 軸瓦、缸體、紡機(jī)、空調(diào)等狹小空間工業(yè)設(shè)備測(cè)溫和控制 汽車空調(diào)、冰箱、冷柜，以及中低溫干燥箱測(cè)溫和控制等共五十二頁(yè)3.2.1 溫度傳感器WZPK-40隔爆鎧裝(ki zhun)鉑熱電阻防爆等級(jí)：dIIBT16執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB3836.1-2000 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 通用要求 GB3836.2-2000 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備 隔爆型“d” JB5518 工業(yè)熱電偶與熱電阻隔爆技術(shù)條件 標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形式(xngsh) WZPK（單雙只）-（安裝方式）40隔爆鎧裝鉑熱電阻是由隔爆接線盒、鎧裝鉑熱電阻

11、感溫元件以及帶螺紋或法蘭安裝固定裝置的外保護(hù)管等組合而成的溫度傳感器，可廣泛用于dIIBT16溫度組別區(qū)間內(nèi)有爆炸性氣體危險(xiǎn)場(chǎng)合的-200850范圍溫度測(cè)量見(jiàn)補(bǔ)充資料PPT共五十二頁(yè)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。常用大氣的壓強(qiáng)表示，符號(hào)為D，單位為 mmHg(毫米汞柱)2相對(duì)濕度：指空氣中水汽壓與飽和水汽壓的百分比，或濕空氣的絕對(duì)濕度與相同溫度下可能達(dá)到的最大絕對(duì)濕度之比，或濕空氣中水蒸氣分壓力與相同溫度下的飽和壓力之比3 露點(diǎn)：使大氣中原來(lái)所含有的未飽和水汽變成飽和水汽所必須降低的溫度值。注意：當(dāng)未飽和水汽接觸溫度較低物體時(shí)，就會(huì)在這些物體表面凝結(jié)成水滴（結(jié)露現(xiàn)

12、象），對(duì)電子產(chǎn)品有害3.2.2 濕度(shd)傳感器基本概念共五十二頁(yè)分類(fn li)3.2.2 濕度(shd)傳感器水分子親和力：水分子易于吸附在固體表面并滲透到固體內(nèi)部濕度傳感器作用：將濕度變化轉(zhuǎn)化成阻抗或電容值的變化共五十二頁(yè)3.2.2 濕度(shd)傳感器 高分子濕度傳感器：高分子濕敏材料利用自身的吸濕性及離子導(dǎo)電性測(cè)量濕度，特點(diǎn)測(cè)濕范圍(fnwi)寬，可利用已有技術(shù)（如薄膜制造技術(shù)），制備一致性好，成本低、體積小、重量輕電阻式濕度傳感器 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。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

13、化電阻變化電容式濕度傳感器 敏感元件為濕敏電容，主要材料為高分子聚合物、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)境濕度而變化電容變化共五十二頁(yè)選擇(xunz)注意事項(xiàng)： 3.2.2 濕度(shd)傳感器 在選擇濕度傳感器時(shí)，應(yīng)考慮到諸多因素，如精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性、溫度系數(shù)、供電、互換性、濕度校正、測(cè)量范圍，傳感器的靈敏度、精度和噪聲、響應(yīng)速度、使用環(huán)境、價(jià)格等作業(yè) 請(qǐng)上網(wǎng)查找某種濕度傳感器技術(shù)資料，下載產(chǎn)品外觀圖片，并摘錄生產(chǎn)廠家介紹、基本功能描述、安裝使用說(shuō)明、技術(shù)參數(shù)等，整理成一份技術(shù)文檔提交共五十二頁(yè)3.2.3 超聲波傳感器 超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的

14、傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好，能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn) 20 Hz20 kHz為可聽聲波（人耳能聽到），低于20 Hz為次聲波，高于20 kHz為超聲波 超聲波對(duì)液體(yt)、固體的穿透能力很大，尤其在陽(yáng)光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度 超聲波傳感器由超聲波探頭、控制部分與電源部分等構(gòu)成。超聲波探頭主要由壓電晶片制成，既可以發(fā)射超聲波（發(fā)送傳感器），也可以接收超聲波（接收傳感器）基本概念共五十二頁(yè)主要技術(shù)指標(biāo) 工作頻率：工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率

15、和晶片的共振頻率相等時(shí)，輸出的能量最大，靈敏度也最高 工作溫度：由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較(bjio)高，而且超聲波傳感器一般功率較小，所以工作溫度比較(bjio)低，可以長(zhǎng)時(shí)間工作而不失效。但醫(yī)療用的超聲探頭的溫度比較(bjio)高，需要單獨(dú)的冷卻設(shè)備 居里點(diǎn)：鐵磁體從鐵磁相轉(zhuǎn)變成順磁相的相變溫度。物質(zhì)成為順磁體后，磁體的磁場(chǎng)很容易隨周圍磁場(chǎng)的改變而改變 靈敏度：主要取決于制造晶片本身。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏度低 指向性：超聲波傳感器探測(cè)的方向與范圍3.2.3 超聲波傳感器共五十二頁(yè)3.2.3 超聲波傳感器-超聲波傳感器應(yīng)用(yngyng) （1）超聲波疾病診斷：當(dāng)超聲波在人

16、體組織(zzh)中傳播遇到兩層聲阻抗不同的介質(zhì)界面時(shí)，在該界面就產(chǎn)生反射回聲。每遇到一個(gè)反射面時(shí)，回聲在示波器的屏幕上顯示出來(lái)共五十二頁(yè) （2）超聲波傳感器可以對(duì)集裝箱狀態(tài)進(jìn)行探測(cè)：將超聲波傳感器安裝在塑料容體罐或塑料粒料室頂部，向集裝箱內(nèi)部發(fā)出(fch)聲波時(shí)，就可以據(jù)此分析集裝箱的狀態(tài)，如滿、空或半滿等 （3）超聲波傳感器可用于檢測(cè)透明物體、液體，任何表面粗糙、光滑，光的密致材料和不規(guī)則物體 （4）超聲波傳感器可以應(yīng)用于食品加工廠，實(shí)現(xiàn)塑料包裝檢測(cè)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。配合新技術(shù)可在潮濕環(huán)境，如洗瓶機(jī)、噪音環(huán)境、溫度極劇烈變化環(huán)境等進(jìn)行探測(cè) （5）超聲波傳感器可用于探測(cè)液位、探測(cè)透明物體和材料，

17、控制張力以及測(cè)量距離超聲波傳感器應(yīng)用(yngyng)3.2.3 超聲波傳感器共五十二頁(yè) 被測(cè)氣體的種類繁多(fndu)，它們的性質(zhì)也各不相同。所以不可能用一種方法來(lái)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。氫氣、天然氣、液化石油氣3.2.4 氣敏傳感器 氣敏傳感器主要包括半導(dǎo)體氣敏傳感器、接觸燃燒(rnsho)式氣敏傳感器、化學(xué)反應(yīng)式氣敏傳感器、光干涉式氣敏傳感器、熱傳導(dǎo)式氣敏傳感器等，其中用得最多的是半導(dǎo)體氣敏傳感器共五十二頁(yè) 工作原理：聲表面波器件之波速和頻率會(huì)隨外界環(huán)境的變化而發(fā)生(fshng)漂

18、移。氣敏傳感器就是利用這種性能在壓電晶體表面涂覆一層選擇性吸附某氣體的氣敏薄膜，當(dāng)該氣敏薄膜與待測(cè)氣體相互作用（化學(xué)作用，或生物作用，或者是物理吸附），使得氣敏薄膜的膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率發(fā)生(fshng)變化時(shí)，引起壓電晶體的聲表面波頻率發(fā)生(fshng)漂移 氣體濃度不同，膜層質(zhì)量和導(dǎo)電率變化程度亦不同，即引起聲表面波頻率的變化也不同。通過(guò)測(cè)量聲表面波頻率的變化就可以獲得準(zhǔn)確的反應(yīng)氣體濃度的變化值主要參數(shù)與特性(txng)： 靈敏度：氣敏元件對(duì)氣體的敏感程度 響應(yīng)時(shí)間：氣敏元件的反應(yīng)速度 選擇性：氣敏元件對(duì)不同氣體有不同的靈敏度 穩(wěn)定性：氣敏元件的輸出特性保持不變的能力3.2.4 氣敏傳感器共五

19、十二頁(yè)應(yīng)用(yngyng) 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 氣敏傳感器的主要應(yīng)用：一氧化碳?xì)怏w檢測(cè)、瓦斯氣體檢測(cè)、煤氣檢測(cè)、氟利昂檢測(cè)、呼氣中乙醇檢測(cè)、人體口腔(kuqing)口臭檢測(cè)等3.2.4 氣敏傳感器見(jiàn)補(bǔ)充資料PPT共五十二頁(yè)3.3.1 基本概念1智能傳感器:(intelligent sensor)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)： (1）通過(guò)軟件技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高精度的信息采集，而且成本低 （2）具有一定的編程

20、自動(dòng)化能力 （3）功能多樣化3.3 智能(zh nn)傳感器共五十二頁(yè)3.3 智能(zh nn)傳感器3.3.2 組成(z chn)3.3.3 功能與特點(diǎn) 自補(bǔ)償和計(jì)算-溫漂 自診斷功能-故障修復(fù) 復(fù)合敏感功能-信息融合 強(qiáng)大的通訊接口功能 現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)功能-自適應(yīng) 提供模擬和數(shù)字輸出 數(shù)值處理功能 掉電保護(hù)功能功能共五十二頁(yè)特點(diǎn)(tdin) 一定程度的人工智能是源于硬件和軟件的結(jié)合體，可實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)功能，更能體現(xiàn)儀表在控制系統(tǒng)中的作用 可以根據(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) 多敏感功能將原來(lái)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

21、多種物理量和化學(xué)量，全面反映被測(cè)量物體的綜合信息 精度高、測(cè)量范圍寬，隨時(shí)檢測(cè)出被測(cè)量變化對(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 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檢測(cè)控制場(chǎng)合(chng h)-動(dòng)態(tài)調(diào)整 通信功能可采用標(biāo)準(zhǔn)化總線接口，進(jìn)行信息交換，這是智能傳感器的標(biāo)志之一3.3 智能傳感器共五十二頁(yè)3.3.4 基于(jy)IEEE 1451的網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器1IEEE 1451：一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)有的各種總線之間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

22、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共五十二頁(yè) IEEE 1451標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)系列代號(hào)名稱與描述EEE P1451.0智能變送器接口標(biāo)準(zhǔn)IEEE 1451.1-1999網(wǎng)絡(luò)適配處理器信息模型IEEE P1451.1網(wǎng)絡(luò)適配處理器信息模型（修訂版）IEEE 1451.2-1997變送器與微處理器通信協(xié)議和TEDS格式IEEE P1451.2變送器與微處理器通信協(xié)議和TEDS格式(修訂版)IEEE 1451.3-2003分布式多點(diǎn)系統(tǒng)數(shù)字通信與TEDS格式IEEE 1451.4-2004混合模式通信協(xié)議與TEDS格式頒布標(biāo)準(zhǔn)IE

23、EE P1451.5無(wú)線通信協(xié)議與TEDS格式IEEE P1451.6 CAN開放式協(xié)議變送器網(wǎng)絡(luò)接口IEEE P1451.7 傳感器與驅(qū)動(dòng)器的智能傳感器標(biāo)準(zhǔn)-轉(zhuǎn)換器射頻識(shí)別（RFID）系統(tǒng)通信協(xié)議和轉(zhuǎn)換器電子數(shù)據(jù)表（TEDS）格式3.3.4 IEEE 1451智能(zh nn)傳感器共五十二頁(yè)IEEE 1451體系(tx)內(nèi)容 建立網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器的軟件模型(mxng)，包括信息與通信模型(mxng) 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 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)及總線標(biāo)準(zhǔn) 對(duì)智能傳感器數(shù)據(jù)傳輸

24、、尋址、中斷、觸發(fā)等做詳細(xì)規(guī)定 定義電子數(shù)據(jù)表格TEDS及其數(shù)據(jù)格式3.3.4 IEEE 1451智能傳感器NCAP：Network Capable Application ProcessSTIM：Smart Transducer Interface ModuleTEDS ：TransducerElectronicDataSheets 共五十二頁(yè) 該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的軟件接口通過(guò)對(duì)象(duxing)模型、數(shù)據(jù)模型和網(wǎng)絡(luò)通訊模型等3種模型來(lái)實(shí)現(xiàn) 對(duì)象模型：該標(biāo)準(zhǔn)定義每個(gè)對(duì)象類的接口和行為。系統(tǒng)中，該標(biāo)準(zhǔn)定義4種對(duì)象類：塊類、組件(z jin)類、服務(wù)類和非本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的對(duì)象類3.3.4 IEEE 1451

25、智能傳感器 數(shù)據(jù)模型：該模型規(guī)范了符合IEEE 1451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 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)的軟件接口共五十二頁(yè)IEEE 1451.2協(xié)議(xiy)1IEEE 1451.2協(xié)議(xiy)：一種網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器接口標(biāo)準(zhǔn)2IEEE 1451.2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 3IEEE 1451.2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3.3.4 IEEE 1451

26、智能傳感器共五十二頁(yè)網(wǎng)絡(luò)化智能(zh nn)變送器模型3.3.4 IEEE 1451智能(zh nn)傳感器共五十二頁(yè) 傳感器獨(dú)立(dl)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IEEE 1451.2協(xié)議(xiy)3.3.4 IEEE 1451智能傳感器 通過(guò)提供標(biāo)準(zhǔn)的智能傳感器接口模塊(STIM- Smart Transducer Interface Module)、STIM和NCAP間的接口(TII-Transducer Independent Interface, 轉(zhuǎn)換器獨(dú)立接口)、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(wèn)

27、題，廠商可依需求擴(kuò)展 IEEE1451.2標(biāo)準(zhǔn)將網(wǎng)絡(luò)化智能傳感器分為智能傳感器接口模塊（含電子數(shù)據(jù)表格TEDS）、網(wǎng)絡(luò)適配器、STIM與NCAP間的TII接口共五十二頁(yè) TEDS：提供對(duì)傳感器、緩存?zhèn)鞲衅?、?shù)據(jù)序列(xli)傳感器、事件序列(xli)傳感器及執(zhí)行器等模型的支持，具有自動(dòng)識(shí)別傳感器或執(zhí)行器的能力 STIM模塊：變送器（傳感器或執(zhí)行器）、信號(hào)調(diào)理與信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、TEDS、微處理器和存儲(chǔ)器，可連接(linji)單一傳感器或多傳感器構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)3.3.4 IEEE 1451智能傳感器TII接口示意圖共五十二頁(yè)TII接口的邏輯信號(hào)(xnho)和功能定義分組信號(hào)線邏輯驅(qū)動(dòng)源功能數(shù) 據(jù)DO

28、UT正邏輯STIM由STIM向NCAP傳送數(shù)據(jù)DIN正邏輯NCAP由NCAP向STIM傳送數(shù)據(jù)和地址DCLK正邏輯NCAP上升沿鎖定DIN和DOUT的數(shù)據(jù)NIOE負(fù)邏輯NCAP使能數(shù)據(jù)傳輸和結(jié)束數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)男盘?hào)觸發(fā)NTRIG下降沿NCAP觸發(fā)功能輔 助POWER無(wú)NCAP通常+5V供電COMMON無(wú)NCAP信號(hào)地NACK下降沿STIM觸發(fā)應(yīng)答和數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)答NSDET負(fù)邏輯STIMNCAP據(jù)此信號(hào)檢測(cè)STIM的存在中斷NINT下降沿STIMNCAP響應(yīng)STIM的服務(wù)請(qǐng)求3.3.4 IEEE 1451智能(zh nn)傳感器共五十二頁(yè)智能傳感器標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)體系3.3.5 智能傳感器標(biāo)準(zhǔn)(b

29、iozhn)體系共五十二頁(yè) 標(biāo)準(zhǔn)體系中最重要的就是第三部分(b fen)智能傳感器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和產(chǎn)品技術(shù)要求 硬件系統(tǒng)：包括敏感元件、網(wǎng)絡(luò)接口規(guī)范、內(nèi)部接口規(guī)范、供電標(biāo)準(zhǔn)、防爆要求、封裝要求。其中，敏感元件按照其物理特性分為溫度、濕度、壓力、流量、加速度等，并對(duì)各種不同原理產(chǎn)品(chnpn)的特性指標(biāo)、封裝形式給出具體要求。網(wǎng)絡(luò)接口規(guī)范分別規(guī)定了智能傳感器的物理接口和數(shù)據(jù)接口要求。內(nèi)部接口規(guī)范規(guī)定智能傳感器實(shí)現(xiàn)IEEE1451標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的通信接口要求 軟件系統(tǒng)：包括系統(tǒng)軟件規(guī)范和數(shù)據(jù)共享。其中，系統(tǒng)軟件規(guī)范指智能傳感器的編程規(guī)范等，數(shù)據(jù)共享指源數(shù)據(jù)和編碼的格式要求、信息分類等，是與

30、物聯(lián)網(wǎng)銜接時(shí)的重要組成部分 產(chǎn)品技術(shù)要求：按照被測(cè)參數(shù)不同，分為溫度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器、變送器等的具體技術(shù)要求，比如自校驗(yàn)、自診斷、信息決策等3.3.5 智能傳感器標(biāo)準(zhǔn)體系共五十二頁(yè)三個(gè)層次： 一個(gè)是傳感網(wǎng)絡(luò)，以二維碼、RFID、傳感器為主，實(shí)現(xiàn)“物”的識(shí)別 二是傳輸網(wǎng)絡(luò)，即通過(guò)現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)、廣電網(wǎng)、通信網(wǎng)或下一代互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和計(jì)算 三是應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，即輸入、輸出控制終端，包括手機(jī)等終端 智能傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用在航天、航空(hngkng)、國(guó)防、科技和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域3.3.5 智能(zh nn)傳感器應(yīng)用共五十二頁(yè)（1）向高精度發(fā)展(fzhn)（2）向高可靠性、寬溫度范

31、圍發(fā)展（3）向微型化發(fā)展（4）向微功耗及無(wú)源化發(fā)展（5）向智能化數(shù)字化發(fā)展（6）向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展3.3.5 智能(zh nn)傳感器發(fā)展趨勢(shì)共五十二頁(yè)3.4.1 MEMS概述(i sh)1MEMS：由微傳感器、微執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路、通訊接口和電源等部件組成的一體化的微型器件系統(tǒng)2MEMS目標(biāo)：把信息的獲取、處理和執(zhí)行集成在一起，組成具有多功能的微型系統(tǒng)，集成于大尺寸系統(tǒng)中，從而大幅度地提高系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化和可靠性水平 3.4 MEMS技術(shù)(jsh)共五十二頁(yè)MEMS特點(diǎn)(tdin) 百度百科：微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System）是指可批量(p lin)制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng) MEMS是一個(gè)獨(dú)立的智能系統(tǒng)，其系統(tǒng)尺寸在幾毫米乃至更小，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級(jí) MEMS特點(diǎn)：體積小、重量輕、功耗低、成本低、可靠性高、性能優(yōu)異、功能強(qiáng)大，可以批量生產(chǎn)3.4.2 MEMS特點(diǎn)攝像頭MEMS汽車用MEMS共五十二頁(yè) 微機(jī)械壓力傳感器 微加速度傳感器 微機(jī)械陀螺儀 微流量(liling)傳感器