2022年智能传感器复习知识点总结.docx

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1、红色为重点,最低要求概念要懂得,背下来智能传感器与传感系统介绍（构成,特点） 传感器系统的基本特性与技术指标非线性自校正自校准自补偿增益的自适应掌握传感器系统的自检自诊断噪声抑制与弱信号检测多传感器信息融合模糊技术人工神经网络技术总线技术概述IEEE 1451标准无线传感器网络概述WSN 支撑技术（时间同步,定位,安全,容错设计,操作系统） 蓝牙技术ZigBee技术蓝牙与 zigbee 的对比优缺点1、智能传感系统的概念：传感器与微处理器给予智能的集合,兼有信息检测与信息处理功能的传感器系统 2、传统传感器的缺点（ 1）结构尺寸大,时间频率响应特性差；（ 2）输入输出存在非线性,且随时间漂移；

2、（ 3）参数易受环境条件变化的影响而漂移；（ 4）信噪比低,易受噪声干扰；（ 5）存在交叉灵敏度,挑选性、辨论性不高；3、传统传感器由三部分组成： 敏锐元件 信号调理模块 传感器接口4、Smart 传感器整机内的硬件结构可以概括为： 传感器 +微处理器 +无线（网络）接口；5、智能传感器的功能.自我完善才能方面： （1 ）改善静态性能（2）提高系统响应速度（3）抑制交叉敏锐.自我治理和自适应才能方面：（1） 具有自检验、自判定、自寻故障、自复原功能；（2） 具有判定、决策、自动量程切换与掌握功能；.自我辨识与运算处理才能方面（1） 具有从噪声中辨识柔弱信号与消噪的功能（2） 具有多为空间的图像

3、辨别与模式识别功能（3） 具有数据自动采集、储备、记忆与信息处理功能；.交互信息才能方面（1） 双向通信（2） 标准化数字接口（3） 以及拟人类语言符号等多种输出功能；6、智能传感器的特点（ 1）精度高（ 2）高牢靠性与高稳固性（3）高信噪比与高辨论率（ 4）强自适应性（ 5）较高的性价比7、目前智能传感器实现沿着3 条途径：（ 1）非集成化实现将传统的经典传感器、信号调理电路、 带数字总线接口的微处理器组合为一整体而构成的一个智能传感器系统；（ 2）集成化实现集成化实现智能传感系统的两个基础：a、大规模集成电路工艺技术将由硅材料制作的敏锐元件、信号调理电路、微处理单元集成在一块芯片上； b、

4、现代传感器技术 1）现代传感器特点：以具有优良电性能、机械性能极好的硅材料为基础；极高精度的加工技术；2）集成 / 固态传感器特点：微型化、结构一体化、精度高、多功能、阵列式；（ 3）混合式实现依据不同的要求, 将系统各个环节以不同的组合方式集成在两块或者三块芯片上,并装在一个外壳里,实现混合集成；8、现场总线外表的主要特点（ 1）具有多种基本的智能化功能,可以用于改善静态、 动态特性, 提高精度和稳固性；（ 2）具有掌握与基本参数储备功能,可实现自我治理并提高自适应才能；（ 3） 开放性与互换性；（ 4）带有数字总线接口,实现通讯功能；其次章1、静态特性与静态技术指标1） 静态参数：零位；量

5、程；灵敏度；辨论率2） 静态性能指标：迟滞；重复性；线性度；精确度和温度系数与温度附加误差；2、动态特性与动态技术指标1动态特性：时域中的微分方程、 复频域中的传递函数Hs、频率域中的频率特性Hjw ；2 动态技术指标：时间常数（一阶系统） ,无阻尼固有角频率0（二阶系统）非线性自校正3、概念： 智能化非线性自动校正技术是通过软件来实现的；前提是传感器的输入输出特性具有重复性；4、采纳方法 :查表法就是对非线性校正曲线（传感器输入 输出特性的逆函数） 进行分段线性插值的方法；曲线拟合法 :核心思想是利用次多项式来实现非线性校正曲线,多项式的系数由最小二乘法确定；自校准5、通过与微处理器的结合,

6、实现了零位漂移和灵敏度的自动校正；6、（ 1）实现自校准功能的方法一标准发生器第一产生标准电压和零点标准值,然后微处理器掌握多路分时段选通,以分别选通标准电压和零点标准值,并记录下这两种情形下的调理电路输出,从而最终排除零点漂移和灵敏度漂移对传感器性能的影响；（ 2）实现自校准功能的方法二方法二和方法一的区分, 在于方法二能够实现自校准包含传感器在内的整个传感器系统；（ 3） 实现自校准功能的方法三（非线性系统）原理上讲可通过增加标定点数的方法来实现,但为了增加标定的实时性,点数又不宜增加过多；因此,通常采纳施加三个标准值的标定方法（三点标定法）；1依次输入三个标准值得到对应输出2 列出非线性

7、自校准曲线：,应用最小二乘法求得系数；3 求出系数后, 智能传感器即转入测量状态,依据传感器的输出结果反推至传感器输入端,即可得到校准后的真实传感器输入信号；自补偿7、温度补偿关键问题： 把温度引起的干扰信号分别出来,而干扰信号包含零点漂移和灵敏度漂移两部分；（ 1）经典传感器-采纳结构对称方式来排除其影响；（ 2）智能传感器-采纳监测补偿法,即通过对干扰量的监测,再经过相应的软件处理来达到误差补偿的目的；8、零点漂移补偿前提：传感器的特性具有重复性；. 基本思想： 假定传感器的工作温度为T,就在传感器输出值U 中减去该工作温度下对应的零点电压U0（ T）；. 关键：先测出传感器的零点漂移特性

8、,并储存至内存中；9、常用的温度补偿方法：（ 1） . 在压阻式压力传感器的温度变化范畴内,分成多组测量不同温度下的特性,然后,依据实际工作温度插值猎取所应施加的补偿电压；（ 2） . 采纳非线性拟合的方法,拟合传感器输出与温度间的非线性关系,嵌入到微处理器中进行补偿；10、频率补偿频率补偿的实质：拓展智能传感器系统的带宽,以改善系统的动态性能；(1) 、数字滤波法 : ：给当前传感器系统附加一个传递函数为H（ s）的环节,于是新系统的总传递函数,可以满意动态性能要求；(2) 、频域校正法四步骤：采样、快速傅里变换、复数除法运算、快速傅里叶反变换11 、对于非温度传感器而言,温度是传感器系统中

9、最主要的干扰量；增益的自适应12、增益过小： （ 1）数据字的容量会铺张（2）信噪比可能很低（ 3）测量误差大增益过大：信息会因系统内的数据字信息容量不够而缺失掉13、增益自适应掌握的动身点是固定增益电路显现了难以防止的不足,而增益自适应掌握的优点也正是补偿了这个不足；传感器的自检14、定义：智能传感器自动开头或人为触发开头执行的自我检验过程；作用:对智能传感器系统的软硬件功能进行检测,给出检测结果以判定传感器的性能,有助于供应智能传感器系统的牢靠性；实现方式： 1. 开机自检 2. 周期性自检3. 键控自检15、ROM 自检： 通常采纳 “校验和法 ”,在 ROM 储存一个单元,写入校验字,

10、使ROM中的每一列具有奇数（或偶数）个“1”,使 ROM 校验和全为 1（或 0）,称 ROM 奇（或偶校验）16、 特别功能寄存器自检（ 1）标志寄存器的测试：将相应标志位置“1” 执行一条条件转移指令（ 2）可读 / 写寄存器的检查：通过先写入、再读出的方法来判定寄存器的正确性；17、RAM 自检RAM 为空白：目的：判定其能否正确写入和读出；方法：写入 “AA”,逐字读出,检查是否存在问题；再写入“55以”执行同样的过程,如没有问题就自检通过；RAM 已写入数据采纳 “异或 ”的方法：先读出RAM 单元中的数据,存入寄存器,将其求反后与原单元内容作 “异或 ”运算,如结果全为 “1,”就

11、表面单元工作正常；18、总线自检总线自检的目的：检查经过缓冲器的总线（外部总线）传递信息是否正确（ 1） CUP 第一对相应锁存器执行一条输出指令,使地址总线和数据总线上的信息储存在锁存器中；（ 2）对锁存器进行读入操作,即将锁存器中的地址和数据总线信息重新读入CPU,并和原先的输出信息进行比较,即可判定出外部总线是否存在故障；19、A/D 和 D/A 自检、 I/O 接口电路自检、插件自检、显示面板自检等等智能传感器设计中,自检是必需的, 自检项目越多,使用和修理越便利,但是相应的用于自检的软、硬件结构也越复杂；自诊断20、传感器故障诊断方法（ 1） 硬件冗余方法（ 2） 解析冗余方法（ 3

12、）人工神经网络方法21、硬件冗余方法核心思想：对简洁失效的传感器设置肯定的备份,然后通过表决器的方法进行治理；优点：不需被控对象的数学模型,且鲁棒性很强；缺点：设备复杂,体积和质量很大,成本很高；22、解析冗余方法的优缺点优点： 能够定位故障来源,并可估量故障大小和严峻程度； 不需增加硬件设备,成本较低；缺点： 鲁棒性不强； 必需知道被控对象的精确数学模型 能够进行传感器的故障诊断,但不能复原故障传感器的信号；噪声抑制技术和弱信号检测技术23、噪声抑制技术： 滤 波 ：噪声和信号频谱不重合 相 关 ：噪声和信号频谱有重叠24、弱信号检测技术 窄带滤波法：利用信号的功率谱密度较窄,而噪声的功率谱

13、密度相对很宽的特点,使用一个窄带通滤波器,将有用信号的功率提取处理； 锁定接收法 取样积分法25、噪声与干扰有何区分？噪声： 扣除被测信号真实值之后的各个测量值,是由于材料或器件的物理缘由引起的扰动； 不能完全排除,只能设法减小；干扰： 可以减小或排除的外部扰动,由非被测信号或非被测量系统引起,是外界影响造成的,属于抱负上可排除的噪声； 可以通过接地、屏蔽、滤波等手段加以排除或减弱；多传感器信息融合26、传感器相互之间工作方式主要分为三种： 互补方式、竞争方式、协同方式27、信息融合的级别：数据级：直接对传感器的原始数据进行融合处理特点级：特点向量的融合处理决策级：直接针对详细决策目标的,融合

14、结果直接影响决策水平；模糊技术28、模糊关系表示两个以上集合元素之间关联、交互或互联存在或不存在的程度；29、模糊综合评判一般步骤：（ 1） 确定评判对象的因素集（2）确定评语集（ 3）作出单因素评判（ 4）综合评判；30、模糊传感器：模糊传感器是以数值测量为基础,能产生和处理与其相关的符号信息,实现被测对象信息自然语言符号化的智能传感器；基本功能：学习、推理联想、感知、通信31、导师指导信号的猎取步骤如下：（ 1）确定测量范畴的上下限（2）挑选论域上描述被测符号的个数（ 3）挑选被训练概念（4）输入该被训练概念对应隶属度为1 的特点测量点（ 5）输入该被训练概念对应的关键点（ 6）通过相应训

15、练算法产生概念的隶属函数；人工神经网络技术32、神经网络是由多个简洁的处理单元彼此按某种方式相互连接而形成的系统, 按拓扑结构：有反馈和无反馈；按学习过程：有监督和无监督； 按网络性能：连续型和离散型；33、神经网络的学习步骤1） 选定初始权值2） 用一组训练样例对网络进行训练,每一个样例都包括输入及期望的输出两部分3） 把样例输入信息输入到网络,由网络自第一个隐层开头逐层进行运算,并向下一层传递,直至传至输出层4） 输出与样例的期望输出进行比较,假如它们的误差不能满意要求,就沿着原先的连接通路逐层返回, 并利用两者的误差按肯定的原就对各层节点的连接权值进行调整,使误差逐步减小,直到满意要求时

16、为止网络化的智能传感器34、网络化智能传感器以嵌入式微处理器为核心,集成了传感单元、 信号处理单元和网络接口单元的新一代传感器；特点：功耗低,体积小,抗干扰性和牢靠性高多敏锐功能能自校正,有很高的线性度和测量精度便利接入网络,降低了现场布线的复杂程度35、网络化智能传感器主要包含三种形式：（ 1） 基于现场总线的智能传感器（ 2） 基于 TCP/IP协议的智能传感器（ 3） 无线传感器网络总线技术概述36、现场总线：现场总线是一种应用于生产现场,在现场设备之间、 现场设备和掌握装置之间实行双向、串形、多结点的数字通信技术；特点：协议简洁、开放、容错才能强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交

17、换；37、CAN 总线提出： 德国 Robert Bosch 以及几个集成电路制造商一起开发,最初是特地为汽车工业设计,后来推广到各个领域；特点：串行通信网络多主方式：任一节点均可作为主节点；信息分级：依据重要程度处理节点信息；非破坏性总线仲裁技术：防止网络瘫痪；报文滤波：实现敏捷的连接,无需特地调度短帧结构：传输时间短、出错概率低通信介质选取敏捷节点在出错情形下自动关闭,不影响其他节点总结：突出的牢靠性、实时性和敏捷性； 38、Profibus ,过程现场总线提出： 1987 年德国联邦科技部集中Siemens 等 13 家公司成立特地委员会开头制定Profibus；1991 年 4 月完成

18、制定工作,为德国现场总线的国家标准；特点： 传输速度高,可达12M ；满意从现场底层到工厂治理层的网络化,主站和从站的应用； 采纳主从轮询方式,响应时间确定；多种行规保证不同厂家产品间的通用性；结论： 广泛应用于过程掌握,如加工制造、楼宇自动化等；39、FF（基金会现场总线）总线FOUNDATION. Fieldbus提出：1994 年 6 月 ISPF和 World FIP 握手言和成立了 FF,总部设在美国 Texas州的 Austin ；特点：不仅仅是一种总线,而是一个系统；把具有通信才能、 掌握、 测量等功能的现场自控设备作为网络节点,由总线连为网络；无专利许可要求,供任何人使用；结论

19、：要求制造商遵循规范生产设备,通过一样性测试后既可便利互联,最大的问题是来自于Profibus 的商业利益；40、OSI Open System Interconnection模型将开放系统的通信分为7 层,每层只对相邻层联系,各层可以相对独立的讨论；其由物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层构成；CAN 总线协议采纳了 OSI 模型的物理层和数据链路层RS485按 OSI 参考模型,其应属于协议物理层； 41、RS485总线RS485严格意义上并不属于现场总线,按OSI 参考模型,其应属于协议物理层； RS485差分电平传送位采纳双绞线采纳半双工方式为防止总线冲突,一般总

20、有一个主机42、Modbus 协议Modbus 是由 Modicon 1979 年提出,是全球第一个真正用于工业现场的总线协议；Modbus协议是应用于电子掌握器上的一种通用语言；通过此协议,掌握器相互之间、掌握器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信；它已经成为一通用工业标准；有了它, 不同厂商生产的掌握设备可以连成工业网络,进行集中监控；43、IEEE 1451标准IEEE 1451.0智能变送器接口IEEE 1451.1 网络应用处理器信息模型IEEE 1451.2 点对点IEEE 1451.3 多点IEEE 1451.4 数字模拟混合模式通讯协议IEEE 1451.5 无线通讯协

21、议IEEE 1451.6 CANopen协议变送器网络接口WSN 支撑技术44、WSN 特点：自组织、自愈合、多跳45、时间同步的：定义：将通信网上各种通信设备或运算机设备的时间信息年月日时分秒 基于 UTC（和谐世界时）时间偏差限定在足够小的范畴内（如100ms）,这种同步过程叫做时间同步；应用：传感器阵列确定目标位置、TDMA MAC 协议、多传感器的数据融合、移动目标的跟踪46、定位概念： 无线传感器网络（ WSN）节点的自身定位就是依据少数已知位置的节点,依据某种定位机制确定自身位置的过程；应用：战场侦查、目标跟踪、入侵检测、灾难预报等要求：自组织性、健壮性、能量高效、 分布式运算运算

22、位置方法：三边测量算法、三角测量算法、极大似然估量法47、行李跟踪定位系统设计传感器设计：传感器节点包含高频收发模块,尺寸介于硬币大小,运行频率900MHz 或 2.4GHz,通信范畴大约是50 米；上机：（ 1）将含有惟一标识码和机场代码的小型传感器节点绑定到行李上（ 2）全部的行李都要流水进入爆炸物检测和筛检设备中进行检查,通过对行李和行李无线传感器节点信息的扫描使得行李的处理速度大大加快；（ 3）进入到安全检测设备的行李接受不同类型的安全扫描,在确保安全性之后,系统会发出指示,已检测行李可以运输装机；优点：提高了机场服务的速度和效率,降低了运营成本下机：（ 1）机场治理人员通过携带的读取

23、器扫描行李上节点的信息,将行李依据不同的节点信息,安排到不同的货车,最终搬运到相应的行李提取传送带上；（ 2）通过配对的无线传感器节点,可以快速的找到对应的包裹,加快了流淌速度,削减了等待时间,提高了精确性；（ 3）机场治理人员利用节点信息读取器,可以随时扫描通信范畴内的行李信息,行李所携带的“身份信息”不断被安全验证；优点：行李的处理速度大大加快,节约了旅客等待的时间, 增强了乘客及行李的安全性和精确性；48、从传感器节点看安全威逼：欺诈：主要来自于环境和网络. 防范手段 :基于冗余的安全数据融合掌握：是最具威逼的攻击行为. 规律掌握 通过监听 ,分析获知关键信息解决方法 : 通过加密机制和

24、安全协议隐匿关键信息. 物理掌握 直接破坏和损害节点 ,后果更严峻手段 :直接停止服务和物理剖析解决方法 : 采纳防分析、防篡改的硬件设计和提高抗俘获的安全才能49、从网络通信看安全威逼被动攻击 -不易察觉,重点在于预防主动攻击 -攻击手段多、动机多变、更难防范DoS 攻击 -试图阻挡网络服务被合法使用50、通信安全需求数据秘密性：防窃听 数据完整性 ：防篡改真实性： 防伪造 数据新奇性 ：防重放51、节点安全设计可从以下几点考虑：- 程序烧写后锁定 JTAG- 可选用带有安全储备的芯片- 采纳两片不同型号的单片机互为备份- 尽量不要使用外接储备器- 在实现密码算法的时候,要防备计时攻击加入移

25、动感知机制或者其它感知机制,以便准时发觉自己被俘52、容错设计的重要性技术和实现因素； 通常需要直接暴露在环境中,在受到成本和能量限制的同时,需要完成一系列的任务；无线传感器网络是一个新兴的讨论和工程领域,处理特定问题的最优方法仍不明确；无线传感器网络的应用模式；无线传感器网络通常是运行在无人干预模式,它们需要具有更强的容错才能；53、无线传感网络面临的挑战：低能耗、实时性、低成本、安全、抗干扰、协作Zigbee 技术完整的 ZigBee 协议栈由物理层、MAC 子层、网络层、应用汇聚子层和高层应用规范层组成；特点：1 低功耗； 低成本； 低速率 近距离；短时延响应速度较快高容量 安全属性敏捷

26、免执照频段；蓝牙技术54、其宗旨是供应一种短距离、低成本的无线传输应用技术；55、传输距离短、采纳跳频扩频技术、采纳时分复用多路拜访技术、网络技术、语音支持、纠错技术56、蓝牙技术作为一种低功耗的无线通信技术,再辅之于IEEE1451标准中定义的 TEDS数据表格式,是有可能构建即插即用型的无线传感器网络的；57、以基于蓝牙技术的无线压力传感器网络：主要由传感器模块、识别模块、信号调理电路模块、A/D 转换模块、微处理器模块、蓝牙无线传输模块、上位机模块组成1 、读取识别模块的信息,以辨识当前与系统连接的传感器基本信息；2 、DSP微处理器模块依据读取的传感器信息,对信号调理电路进行适当配置；3 、传感器输出信号经A/D 转换后送入微处理器中进行分析处理,处理结果经蓝牙发射装置发射,在指定接收地点接收信息后送入上位机进行相应处理；