集成智能传感器.pptx

第第1111章章 集成智能传感器集成智能传感器11.1 单片集成智能传感器单片集成智能传感器11.2 网络化智能压力传感器网络化智能压力传感器11.3 单片指纹传感器单片指纹传感器11.4 特种集成传感器特种集成传感器本章要点本章要点图库图库下页下页返回返回11.1 单片集成智能传感器单片集成智能传感器下页下页上页上页返回返回|现现代代传传感感器器的的发发展展方方向向是是单单片片集集成成化化、智智能能化化、网网络络化化和和系系统统化化。本本章章将将首首先先介介绍绍智智能能传传感感器器的的基基本本特特点点与与发发展展趋趋势势，然然后后阐阐述述其其产产品品分类和主要技术指标。分类和主要技术指标。图库图库11.1.1 智能传感器的基本特点智能传感器的基本特点下页下页上页上页返回返回一、智能传感器的定义一、智能传感器的定义 所谓智能传感器，就是带微处理器，兼有所谓智能传感器，就是带微处理器，兼有信息检测和信息处理功能的传感器。信息检测和信息处理功能的传感器。图库图库 二、智能传感器的功能二、智能传感器的功能 智能传感器主要有一下功能智能传感器主要有一下功能（1）具有自动调零、自校准、自标定功能。智能传）具有自动调零、自校准、自标定功能。智能传感器不仅能自动检测各种被测参数，还能进行自动感器不仅能自动检测各种被测参数，还能进行自动调零、自动调平衡、自动校准，某些智能传感器还调零、自动调平衡、自动校准，某些智能传感器还能自动完成标定工作。能自动完成标定工作。（2）具有逻辑判断和信息处理功能，能对被测量进）具有逻辑判断和信息处理功能，能对被测量进行信号调理或信号处理（对信号进行预处理、线性行信号调理或信号处理（对信号进行预处理、线性化、或对温度、静压力等参数进行自动补偿等）。化、或对温度、静压力等参数进行自动补偿等）。例如，在带有温度补偿继而静压力补偿的智能差压例如，在带有温度补偿继而静压力补偿的智能差压传感器中，当被测量的介质温度和静压力发生变化传感器中，当被测量的介质温度和静压力发生变化时，智能传感器中的补偿软件能自动依照一定的补时，智能传感器中的补偿软件能自动依照一定的补偿算法进行补偿，以提高测量精度。偿算法进行补偿，以提高测量精度。下页下页上页上页返回返回图库图库 (3)具有自诊断功能。智能传感器通过自检软件，具有自诊断功能。智能传感器通过自检软件，能对传感器和系统的工作状态进行定期或不定期的能对传感器和系统的工作状态进行定期或不定期的检测，诊断出故障的原因和位置并作出必要的响应，检测，诊断出故障的原因和位置并作出必要的响应，发出故障报警信号，或在计算机屏幕上显示出操作发出故障报警信号，或在计算机屏幕上显示出操作提示（提示（PPT系列智能精密压力传感器即有辞功能）。系列智能精密压力传感器即有辞功能）。（4）具有动态功能，使用灵活。在智能传感器系统）具有动态功能，使用灵活。在智能传感器系统中可设置多种模块化的硬件和软件，用户通过微处中可设置多种模块化的硬件和软件，用户通过微处理发出指令，改变智能传感器的硬件模块和软件模理发出指令，改变智能传感器的硬件模块和软件模块的组合状态，完成不同的测量功能。块的组合状态，完成不同的测量功能。（5）具有数据存储和记忆更能，能随时存取检测数）具有数据存储和记忆更能，能随时存取检测数据。据。（6）具有双向通信功能，能通过）具有双向通信功能，能通过RS-232、RS-485、USB、I2C等标准总线接口，直接与微型计算机通等标准总线接口，直接与微型计算机通信。信。下页下页上页上页返回返回图库图库 三、智能传感器的特点三、智能传感器的特点 1 高精度高精度 2 宽量程宽量程 3 多功能多功能 4 自适应能力强自适应能力强 5 高可靠性高可靠性 6 高性价比高性价比 7 超小型化、微型化超小型化、微型化 8 微功耗微功耗 9 高信噪比高信噪比 下页下页上页上页返回返回图库图库11.1.2 智能传感器的发展趋势及应用智能传感器的发展趋势及应用下页下页上页上页1 采用新技术提高智能化程度采用新技术提高智能化程度 2 单片传感器系统单片传感器系统3 智能微尘传感器智能微尘传感器 4 总线技术的标准化与规范化总线技术的标准化与规范化 5 虚拟传感器和网络传感器虚拟传感器和网络传感器 6 可靠性与安全性设计可靠性与安全性设计 返回返回图库图库11.1.3 单片智能传感器主要产品的分类单片智能传感器主要产品的分类 目前对传感器尚无一种统一的分类方法，较目前对传感器尚无一种统一的分类方法，较常用的分类方法有一下三种：（常用的分类方法有一下三种：（1）按照传感器）按照传感器的物理量分类，可分为温度、湿度、位移、力、的物理量分类，可分为温度、湿度、位移、力、转速、角速度、液位、流量、气体成分等传感器；转速、角速度、液位、流量、气体成分等传感器；（2）按照传感器工作原理分类，可分为电阻、）按照传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电流、磁场、光电、光栅、热电偶、电容、电感、电流、磁场、光电、光栅、热电偶、铂电阻、指纹传感器等；（铂电阻、指纹传感器等；（3）按照传感器输出）按照传感器输出信号的性质分类，可分为输出为连续变化量的模信号的性质分类，可分为输出为连续变化量的模拟传感器；输出代码或脉冲的数字传感器。拟传感器；输出代码或脉冲的数字传感器。下页下页上页上页返回返回图库图库11.2 网络化智能压力传感器网络化智能压力传感器下页下页上页上页返回返回 最近，美国霍尼韦尔（最近，美国霍尼韦尔（Honeywell）公司先后推出）公司先后推出了了PPT系列、系列、PPTR系列和系列和PPTE系列可实现网络化的系列可实现网络化的智能精密压力传感器。这些传感器将压敏电阻传感器、智能精密压力传感器。这些传感器将压敏电阻传感器、A/D转换器、微处理器、存储器（转换器、微处理器、存储器（RSM、EEPROM）和借口电路集于一身，不仅达到了高性能指标，还极大和借口电路集于一身，不仅达到了高性能指标，还极大地方便了用户，这些产品可广泛用于工业、环境监测、地方便了用户，这些产品可广泛用于工业、环境监测、自动控制、医疗设备等领域。自动控制、医疗设备等领域。图库图库11.2.1 PPT、PPTR系列网络化智能压力系列网络化智能压力传感器的工作原理传感器的工作原理下页下页上页上页返回返回图库图库1 网络化智能压力传感器的性能特点网络化智能压力传感器的性能特点2 网络化智能压力传感器的工作原理网络化智能压力传感器的工作原理 11.2.2 PPT系列网络化智能压力传感器的典型应用系列网络化智能压力传感器的典型应用|一一 PPT模拟输出的配置模拟输出的配置|二二 远程模拟压力信号的传输与记录远程模拟压力信号的传输与记录|三三 网络结构网络结构下页下页上页上页返回返回图库图库11.3 单片指纹传感器单片指纹传感器 生物识别技术（生物识别技术（Biometric Identification Technology）是采用人体生物特征进行身份认证的技术，）是采用人体生物特征进行身份认证的技术，而指纹识别（而指纹识别（Fingerprint Identification）是生物识别）是生物识别的一种重要手段。的一种重要手段。下页下页上页上页返回返回图库图库 11.3.1 生物识别技术的发展概况生物识别技术的发展概况一一 生物识别技术发展概况生物识别技术发展概况二二 各种生物识别技术的原理和性能比较各种生物识别技术的原理和性能比较1.虹膜识别技虹膜识别技 2.视网膜识别技术视网膜识别技术3.面部识别技术面部识别技术4.指纹识别技术指纹识别技术5.手形识别技术及指形识别技术手形识别技术及指形识别技术6.签名识别技术签名识别技术7.声音识别技术声音识别技术8.静脉识别技术静脉识别技术下页下页上页上页返回返回图库图库11.3.2 指纹识别的基本原理指纹识别的基本原理 长长期期以以来来指指纹纹识识别别技技术术主主要要用用于于司司法法鉴鉴定定，而而人人们们用用油油印印和和纸纸来来保保存存指指纹纹的的方方法法也也沿沿用用至至今今。目目前前，指指纹纹识识别别已已成成为为一一门门独独立立的的新新学学科科。随随着着传传感感器器技技术术和和计计算算机机技技术术的的迅迅速速发发展展，带带有有微微处处理理器器和和配配套套软软件件的的指指纹纹识识别别系系统统正正被被日日益益广广泛泛地地用用到到商商业业、金金融融、公公安安刑刑侦侦、军军事事及及日日常常生生活活中中，传传统统的的利利用用钥钥匙匙或或密密码码的的识识别别方方式式正正愈愈来来愈愈多多地地被指纹识别所取代。被指纹识别所取代。下页下页上页上页返回返回图库图库 一一 指纹图像的两大特点指纹图像的两大特点指纹具有唯一性（随身携带、无法复制、人人不同、指指相指纹具有唯一性（随身携带、无法复制、人人不同、指指相异）。根据指纹学理论，将两个指纹分别匹配上异）。根据指纹学理论，将两个指纹分别匹配上12个特征时个特征时的相同几率仅为的相同几率仅为1/1050。因此，至今找不出两个指纹完全相。因此，至今找不出两个指纹完全相同的人，即使是相貌酷似的孪生兄弟姐妹，他们的指纹也各同的人，即使是相貌酷似的孪生兄弟姐妹，他们的指纹也各不相同。即使同一个人的十指之间，指纹也存在明显差异。不相同。即使同一个人的十指之间，指纹也存在明显差异。指纹的这一特点，为身份鉴定提供了客观依据。指纹的这一特点，为身份鉴定提供了客观依据。二二 指纹图像的获取指纹图像的获取摄像设备主要有一下摄像设备主要有一下4种类型：光学取像设备种类型：光学取像设备，压电式指纹压电式指纹传感器，半导体指纹传感器，超声波指纹扫描仪。传感器，半导体指纹传感器，超声波指纹扫描仪。下页下页上页上页返回返回图库图库 三三 指纹识别技术的基本原理指纹识别技术的基本原理 1.指纹特征指纹特征2.指纹识别过程指纹识别过程3.识别率识别率4 指纹识别系统的安全性指纹识别系统的安全性下页下页上页上页返回返回图库图库11.3.3 FCD4B14/AT77C101B型指纹传感器型指纹传感器FCD4B14和和AT77C101B是美国爱特梅尔（是美国爱特梅尔（Atmel）公司分别）公司分别于于2000年、年、2002年的两种单片指纹传感器集成电路。二者年的两种单片指纹传感器集成电路。二者达到工作原理相同，达到工作原理相同，AT77C101B是是FCD4B14的改进型。它的改进型。它们均采用了指纹芯片的们均采用了指纹芯片的FingerChipTM专有技术，无需使用专有技术，无需使用光学器件、棱镜和物理光源，即可获取指纹图像，然后送至光学器件、棱镜和物理光源，即可获取指纹图像，然后送至微处理器或计算机中进行指纹图像比对。微处理器或计算机中进行指纹图像比对。FCD4B14适用于适用于下述领域：依法获取指纹图像并进行比对（识别），用于汽下述领域：依法获取指纹图像并进行比对（识别），用于汽车、家庭中的电子钥匙，对个人计算机、手机、电视机、网车、家庭中的电子钥匙，对个人计算机、手机、电视机、网络等终端设备的授权使用、带支付卡的电子支付方式络等终端设备的授权使用、带支付卡的电子支付方式(自动自动出纳机出纳机)，移动式销售点终端（移动，移动式销售点终端（移动POS机），建筑物出入机），建筑物出入控制，武器（仅供注册授权者使用）。控制，武器（仅供注册授权者使用）。下页下页上页上页返回返回图库图库 一一 FCD4B14型指纹传感器的性能特点型指纹传感器的性能特点二二 FCD4B14型指纹传感器的工作原理型指纹传感器的工作原理三三 FCD4B14型指纹传感器的接口型指纹传感器的接口下页下页上页上页返回返回图库图库11.4 特种集成传感器特种集成传感器特种集成传感器具有特种集成传感器具有“新、特、奇、广新、特、奇、广”的特点，即电路新的特点，即电路新颖、功能奇特、性能先进、应用范围极为广泛。本章专门介颖、功能奇特、性能先进、应用范围极为广泛。本章专门介绍特种集成传感器的原理与应用，包括集成液位传感器、烟绍特种集成传感器的原理与应用，包括集成液位传感器、烟雾检测报警集成电路、带微处理器的智能混浊度传感器、单雾检测报警集成电路、带微处理器的智能混浊度传感器、单片偏航角速度陀螺仪、集成可见光亮度传感器、数字照度和片偏航角速度陀螺仪、集成可见光亮度传感器、数字照度和单片射频无线收发器。单片射频无线收发器。下页下页上页上页返回返回图库图库11.4.1 LM1042型集成液位传感器型集成液位传感器一一 LM1042型集成液位传感器的工作原理型集成液位传感器的工作原理1.性能特点性能特点 （1）适配两只热敏电阻探头测量液位。其中，探头）适配两只热敏电阻探头测量液位。其中，探头1为主为主探头，探头探头，探头2为辅助探头，它们直接所接的内部放大器电压为辅助探头，它们直接所接的内部放大器电压增益分别为增益分别为10.15倍、倍、3.4倍，非线性误差以此为倍，非线性误差以此为0%、0.2%（典型值）。热敏电阻可选镍钴铁合金电阻丝，亦可采（典型值）。热敏电阻可选镍钴铁合金电阻丝，亦可采用其他类型的热敏电阻丝，还可直接输入线性变化的被测信用其他类型的热敏电阻丝，还可直接输入线性变化的被测信号。号。（2）芯片内部有探头故障检测器和电源调节器。具有复位）芯片内部有探头故障检测器和电源调节器。具有复位和延迟开关功能，利用复位功能可实现电路切换，利用延迟和延迟开关功能，利用复位功能可实现电路切换，利用延迟功能则能抑制瞬态干扰。功能则能抑制瞬态干扰。（3）既可选择单次测量模式，也可以选择重复（多次）测）既可选择单次测量模式，也可以选择重复（多次）测量模式。量模式。（4）输出电压范围是）输出电压范围是0.2V6V，最大输出电流达，最大输出电流达10mA，可驱动模式式指示仪表，亦可配数字电压表显示测量结果。可驱动模式式指示仪表，亦可配数字电压表显示测量结果。（5）电源电压范围是）电源电压范围是+7.5V+18V，典型值为，典型值为+13V，电源，电源电流小于电流小于35mA。工作温度范围是。工作温度范围是-40+80。下页下页上页上页返回返回图库图库 2.引脚功能引脚功能3.LM1042的工作原理的工作原理LM1042的内部电路框图主要包括以下的内部电路框图主要包括以下7个部分：个部分：5个放大个放大器（器（A1A5）、）、3个模拟开关（个模拟开关（S1S3）；）；探头故障检测探头故障检测器；器；锯齿波发生器及电平检测器；锯齿波发生器及电平检测器；重复制振荡器；重复制振荡器；控控制逻辑与锁存器；制逻辑与锁存器；电源调节器；电源调节器；恒流源。恒流源。下页下页上页上页返回返回图库图库11.4.2 MC系列烟雾检测报警集成电路系列烟雾检测报警集成电路一一 MC14467 1和和MC14468离子烟雾检测报警电路离子烟雾检测报警电路1.性能特点性能特点2.MC14468的工作原理的工作原理3.MC14468的典型应用的典型应用下页下页上页上页返回返回图库图库 二二 MC145010、MC145011光电型烟雾检测报警光电型烟雾检测报警 电路电路1.MC145010的性能特点的性能特点2.MC145010的工作原理的工作原理3.MC145010的典型应用的典型应用4.电路设计要点电路设计要点下页下页上页上页返回返回图库图库第第11章章 本章要点本章要点|传感器的静态特性标定传感器的静态特性标定静态标准条件静态标准条件 所所谓谓静静态态标标准准是是指指没没有有加加速速度度、振振动动、冲冲击击（除除非非这这些些参参数数本本身身就就是是被被测测物物理理量量）及及环环境境温温度度一一般般为为室室温温（205），相对温度不大于相对温度不大于85%，大气压力为，大气压力为7kPa的情况。的情况。标定仪器设备精度等级的确定标定仪器设备精度等级的确定|测振传感器的标定测振传感器的标定绝对标定法绝对标定法比较标定法比较标定法结束结束上页上页返回返回图库图库