智能传感器产业研究报告（通用9篇）
智能传感器产业研究报告 篇1
智能传感器研究报告
一、智能传感器的定义
智能传感器系统是一门现代综合技术，是当今世界正在迅速发展的高新技术，至今还没有形成规范化的定义。
定义1：《智能传感器系统》书上的定义：传感器与微处理器赋予智能的结合，兼有信息检测与信息处理功能的传感器就是智能传感器(系统)；模糊传感器也是一种智能传感器(系统)，将传感器与微处理器集成在一块芯片上是构成智能传感器(系统)的一种方式。定义2：《现代新型传感器原理与应用》书上的定义：所渭智能式传感器就是一种带行微处理机的，兼有信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维与判断功能的传感器。
决定传感器是否智能化的首要因素是其的精度，同时它还应具备良好的可靠和稳定性。传感器可进行数字滤波等分析处理，过滤掉无用的数据，及在多参数状态下对特定参数测量的分辨能力。传感器最重要的智能表现是能够管理自己。通常的标志是带有标准数字总线接口，能将所检测到的信号经过交换处理后，以数字量的形式通过现场总线与上位计算机进行信息通信和传递。
智能传感器要具备一定的判断、分析和信息处理能力，能够根据整个系统的工作情况调节各部分与上位计算机的数据传送，使系统工作在最优低功耗状态和传送效率优化的状态。
二、智能传感器的结构 智能传感器主要由传感器、微处理器及其相关电路组成。传感器将被测的物理量转换成相应的电信号,送到信号调理电路中,进行滤波、放大、模-数转换后,送到微计算机中。计算机是智能传感器的核 1
心,它不但可以对传感器测量数据进行计算、存储、数据处理,还可以通过反馈回路对传感器进行调节。由于计算机充分发挥各种软件的功能,可以完成硬件难以完成的任务,从而大大降低传感器制造的难度,提高传感器的性能,降低成本。
如果从结构上划分，智能传感器可以分为集成式、混合式和模块式。集成智能传感器是将一个或多个敏感器件与微处理器、信号处理电路集成在同一硅片上，集成集成度高，体积小，但目前的技术水平还很难实现；将传感器和微处理器、信号处理电路做在不同芯片上，则构成混合式智能传感器，目前这类结构较多；初级的智能传感器也可以由许多互相独立的模块组成，如将微计算机、信号调理电路模块、数据电路模块、显示电路模块和传感器装配在同一壳结构内则组成模块式智能传感器。
三、智能传感器的应用与方向
（一）智能传感器的应用
智能传感器已广泛应用于航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中。例如,它在机器人领域中有着广阔应用前景,智能传感器使机器人具有类人的五官和大脑功能,可感知各种现象,完成各种动作。在工业生产中,利用传统的传感器无法对某些产品质量指标(例如,黏度、硬度、表面光洁度、成分、颜色及味道等)进行快速直接测量并在线控制。而利用智能传感器可直接测量与产品质量指标有函数关系的生产过程中的某些量(如温度、压力、流量等),利用神经网络或专家系统技术建立的数学模型进行计算,可推断出产品的质量。
（二）智能传感器的应用方向
虚拟化、网络化和信息融合技术是智能传感器发展完善的3个主要方向。虚拟化是利用通用的硬件平台充分利用软件实现智能传感器的特定硬件功能,虚拟化传感器可缩短产品开发周期,降低成本,提高可靠性。网络化智能传感器是将利用各种总线的多个传感器组成系统并配备带有网络接口(LAN或Internet)的微处理器。通过系统和网络处理器可实现传感器之间、传感器与执行器之间、传感器与系统之间数据交换和共享。多传感器信息融合是智能处理的多传感器信息经元素级、特征级和决策级组合,形成更为精确的被测对象特性和参数。
（二）智能传感器的衍生用途
1、无故障通信。智能传感器的优势，是能从过程中收集大量的信息以减少宕机时间及提高质量。
2、智能传感器必须具备通信功能。除了满足最基本应用的反馈信号，智能传感器必须能传输其它信息。”这可以是叠加在标准4-20 mA过程输出、总线系统或无线安排上的HART（可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议）信号。该领域正在增长的因素是IEEE 1451——一系列旨在为不同厂家生产的传感器提供即插即用能力的智能传感器接口标准。
3、诊断与程序。智能传感器可对其运行的各个方面进行自监控，包括摄像头的污浊，超容忍限或不能开关等，除此之外，还有线圈监控功能。智能传感器必须首先能监视自身及周围的环境，然后再决定是否对变化进行自动补偿或对相关人员发出警告。
四、智能传感器的发展现状
中国传感器的市场近几年一直持续增长，增长速度超过15%，2003年销售额为186亿元，同比增长32.9%；而世界非军用传感器市
3场1998年为 325亿美元，平均增长率为9%，2008年增加到506亿美元。2009年中国传感器应用四大领域为工业及汽车电子产品、通信电子产品、消费电子产品专用设备，其中工业和汽车电子产品占市场份额的42.5%，市场规模达到138.9亿元，传感器整个市场突破327亿元。预计2010年我国传感器市场销售额将达到632亿元。其中压力传感器、温度传感器、流量传感器、水平传感器已表现出成熟市场的特征。流量传感器、压力传感器、温度传感器的市场规模最大，分别占到整个传感器市场的21%、19%和14%。近年来传感器市场的主要增长来自于无线传感器、MEMS传感器（MEMS是微机电系统
（Micro-Electro-Mechanical SySTems）的英文缩写。MEMS是美国的叫法，在日本被称为微机械，在欧洲被称为微系统，它是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。）、生物传感器等新兴传感器。目前国内都已经有若干家企业研发成功兼容GPS和北斗二代的双模导航定位芯片。民用GPS北斗二代双模双通道射频芯片的代表厂家主要有西安华迅、重庆24所、中科院微电子所等;基带芯片厂家主要有北京和芯星通、西安华迅、北京东方联星和杭州中科微等。有关双模双通道射频芯片，目前国外还没有厂家报道研发成果，可以说国内处在领先地位。从关键指标来看，国内芯片的电流、面积还比较大，抗干扰性需要提高。
五、智能传感器的相关政策
（一）工信部正式出台了《物联网“十二五”发展规划》，规划强调“十二五”期间主要任务包括以下几方面：一是攻克核心技术，包括信号感知、传输、处理技术，重点支持RFID标签、智能传感器、4二维码芯片等上游传感器领域；二是加快标准建设，建立物联网标准体系框架、共性和关键技术标准和重点应用行业标准；三是积极开展示范项目，重点支持工业、农业、流通业等领域；在基础建设方面，建设智能交通、智能电力、智能环保等，在生服务方面，支持物联网在公共安全、医疗卫生、智能家居等方面应用。
（二）《江苏省科技发展“十一五”规划纲要》苏政发„2006‟52号。围绕电子信息、汽车电子和现代装备制造业发展需求，研究开发电子信息装备关键技术和高精度、高可靠、高环境适应性的新型仪器仪表，重点发展新型虚拟仪器、测试仪器、电子元器件及传感器，以及微加速度计、微机电光纤陀螺、微动力传感、生物传感器等微机电系统（mems）技术与产品。
（三）工信部《信息产业科技发展“十一五”规划和2020年中长期规划纲要》中明确的指出新型元器件技术开发将重点围绕敏感元件和传感器等。
智能传感器产业研究报告 篇2
传感器是现代信息的获取源头, 已深深融入人们生产生活的方方面面, 为人类带来极大便利[1,2]。作为传感器技术未来发展的主要方向, 智能传感器因为其功能、可靠性、精度、兼容性、组网性等优势发展迅速, 已经广泛运用于工业控制、航空航天、交通、通信等各个领域。如飞思卡尔公司的智能型精密压力高度计MPL3115A2, 具备多种智能功能, 可提供精确的高度、压力、温度信息。
1 智能传感器的定义与发展演变
智能传感器的英文名词为“Smart Sensor”或“Intel-ligent Sensor”, 目前尚无统一明确的定义, 一般来说, 智能传感器在结构上由传感器和微处理模块、网络通信模块等组成, 依靠微处理器的计算和数据处理功能, 不仅可实现模拟信号到数字信号的转化, 也可对采集的原始数据进行存储加工。传感器是一种不仅能感受温度、湿度、气体浓度、流速、流量等被测量量的信息, 并能将其转换为电信号或者其他形式的信息输出的装置。微处理模块构成了智能传感器的核心, 传感器输出的电信号经过信号调理电路的滤波、放大、A/D转换后, 在微处理器中进行数据的处理、存储、反馈调节。
几十年来, 伴随着传感技术、计算机技术等科学技术的发展, 智能传感器发展迅猛。根据其演变和发展大致可分为数字化阶段、智能化补偿与校准阶段以及智能化应用与网络阶段。
数字化阶段:典型物理结构包括传感器、数字变送, 主要特点在于仅将原属于仪表的放大和A/D变化电路与传感器结合, 而不改变传感器本身的制造、补偿等工艺, 以实现输出数字信号。虽然克服了模拟传感器信号抗干扰能力差、输出距离短等缺点却不能实质提升传感器性能。
智能化补偿与校核阶段:典型结构组成包括模拟式传感器、数字变送、智能化补偿校准软件。硬件方面引入了微处理器和温度传感器, 基于软件实现线性、滞后、零点、温度等补偿。建立在人工智能等理论基础上, 使用合适的数据处理方法实现补偿的智能化软件补偿技术构成了该阶段的技术核心。数字变送部分主要包括放大、滤波、A/D转化、微处理器、温度传感器等硬件电路, 它们被封装在传感器壳内或组成独立的组件。此类智能传感器可大大提高传感器的稳定性、可靠性、准确性。
智能化应用与网络阶段:典型结构组成包括模拟式传感器、数字变送、智能化补偿校准软件、网络支持、智能化传感器控制软件。引入微操作系统和网络通信技术、建立人机交互界面, 形成智能传感器的标准软硬件体系。此类传感器具备一种或多种信号检测能力, 可完成信号的检测与处理、逻辑判断、双向通信、自检和自诊断、功能计算、智能校正与补偿、网络通信等功能。如德华佳业公司的DHZC WIFI系列智能化压力传感器具备数据处理、自诊断、自补偿、在线校准、逻辑判断等功能。采用标准的IEEE802.11 b/g/n网络接口, 应用层协议为SCP-WIFI, 具备良好的互换性和兼容性。
随着科学技术的发展进步, 智能传感器的功能会越发强大。融合人工智能、神经网络、信息处理技术等, 它将会拥有分析、判断、学习以及适应等更多更高级功能, 可能完成识别、检测等更加复杂的任务。
2 智能传感器的应用与发展方向
最早应用智能传感器的是航天领域, 飞船上需要大量传感器以获取测量速度、加速度、姿态、温度、湿度等众多参数信息。大量的未经处理的信息若直接上传到飞船计算机中, 会大大增加主机的负担, 采用分散处理的方法, 即先由传感器自身的微处理器对原始数据进行预处理, 再送到主机集中处理, 大大调高了效率与可靠性。美国新一代载人飞船“猎户座”试飞时使用了1200个传感器来记录数据, 用于全面测试“猎户座”的隔热罩、降落伞和其他系统的性能。
在食品生产中, 使用智能温度传感器进行温度检测, 提高了温度测量和报警的准确度, 减少人工经验误差, 大大减小了超温度炒坏作料情况出现的概率。医学领域, 美国Cygnus公司研制的“葡萄糖手表”, 患者戴上它可实现连续的血糖测试, 血糖浓度以数字量显示。工业控制领域, 霍尼尔公司的ST-3000型智能传感器拥有微处理器和存贮器, 可实现静、差压和温度的计算, 并能对采集的信号进行检测和处理。
智能传感器未来的重要发展趋势是微型化、集成化、网络化和虚拟化。随着微型机械加工和集成电路技术的发展, 基于硅材料的智能传感器将实现结构上的微型化和集成一体化。ST公司推出了超薄3轴加速度计LIS331EB, 在3x3x1mm LGA超薄封装内整合一个嵌入式微控制器和一个3轴加速度计, 具备先进的运动识别功能。传感器技术、计算机技术和通信技术的融合推动了智能传感器的网络化发展, 其核心是带有网络接口的微处理器, 并集成多个传感、信号处理等单元, 可实现数据交换与共享[3]。虚拟化则是在普通硬件平台上通过软件实现其特定功能, 有利于产品研发周期的缩短和可靠性的提高。
3 交流电力智能传感器的研究现状
电能质量关系到供电、用电系统及其设备正常工作的电压、电流的各种指标偏离规定范围的程度。理想的电能应该是完美对称的正弦波 (频率50Hz) 。一些因素会使波形偏离对称正弦, 以三相交流电力系统为例, 电能质量问题产生的原因在于电力系统中发电机、变压器和线路等不是对称或者理想线性的, 各种负荷性质不同且处于随机变化中, 再加上电力调控的不完善、外来干扰、故障等原因使各相的电压、电流处于幅值相等、相位差120度的理想对称状态不存在, 从而带来电网运行、设备和用电中的种种问题。
交流电智能传感器的信号处理与分析主要包括传感器的粗信号处理和自校正。智能传感器的感知部件首先将被测物理量信息转换为电压、电流等电信号, 随后信号调理电路对此信号进行滤波、放大等预处理。粗信号处理则是计算、分析预处理后的信号, 并获得具有相当知识级别、可直接用于通讯的信息。基于误差最小二乘法、相关性等原理, 人们研究了电压有效值、初相位、电力功率分析误差LMS法、拉格朗日插值法等算法, 比传统的定义法具有计算量少, 误差低等优点[4]。自校正属于细信号处理, 是智能传感器对自身各组成部分状态、系统参数和特征参数的校正。人们采用多项式差值、人工神经网络理论研究了自校正和非线性融合逆模型等方法[5]。
4 结论
未来智能传感器将向纵、深两个方向发展, 微型化、集成化、网络化和虚拟化是其未来重要的发展趋势。随着材料技术、微加工技术、传感技术、计算机技术、网络技术的发展, 智能传感器将迎来更大发展, 也将更多的应用在机器人、自动化工厂、智能交通、智能家居等生产生活领域。对于交流电智能传感器, 人们对其信息感知、信号调理和通讯三方面进行了卓有成效的研究工作。然而专门针对其信号处理方法、技术的研究, 国内外鲜见报道, 根据传统的定义法、简单的粗细信号处理方法尚难以满足智能传感器高精度、高可靠性、高性价比的要求。
参考文献
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[2]孙圣和.现代传感器发展方向[J].电子测量与仪器学报, 2009, 23 (1) :1-10.
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[4]王凯, 肖继学, 李世玺.交流电压智能传感器中关键采样点的估计[J].西华大学学报 (自然科学版) , 2010 (03) .
智能压力传感器的研究 篇3
关键词 智能压力传感器 结构特点 数字采集与处理 设计
中图分类号：TP212 文献标识码：A
0引言
传感器是获取和转换信息的一种工具， 是计算机与自然界相联系的桥梁，作为过程控制和自动化技术的前沿环节，传感器已遍及到当今社会的各个领域。纵观其发展过程，可划分为三个阶段：
（1）结构型传感器，其特点是原理简单、性能可靠；
（2）物性型传感器，其优点是结构牢固，体积小，质量轻、响应速度快；
（3）八十年代刚刚发展起来的智能传感器（或称灵巧传感器），它是随着大规模集成电路和微处理机技术而迅速发展起来的，是微处理机高性能化低成本化的产物。
在我国的现代化建设中，各个企业的自动化水平在不断地提高。大型自动控制系统的信息从集中处理型向分散处理型发展是自动化技术发展的一个方向，同时也是广大企业所迫切要求的。因此，智能传感器在我国有着广阔的发展前途，有着日益繁荣的市场。
1智能传感器的结构特点
传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系。通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量的各个值处于稳定状态时输入与输出的关系；动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。
传感器除了描述输入与输出量之间的关系特性外，还有与使用条件、使用环境、使用要求等有关的特性。
2智能传感器如何进行数据采集和数据处理
传感器之所以智能化是因为其可以将检测值转化为电信号进行传输。且被检测信号种类繁多，输出的信号有模拟量、数字量、开关量等，当然在使用这些信号之前，必须先通过各种预处理电路将传感器输出信号转换成统一的电压信号或周期信号，因为其中绝大多数传感器输出信号不能直接作为A/D转换的输入量。
数据采集：传感器信号经过与处理成为A/D变换器所需要模拟信号，模拟电压的数字化则要依赖于模拟转换器（A/D），它通过采样、量化和编码将输入信号变换为数字信号。
数据处理：传感器的数据输出信号经过A/D转换器转换，所获得的数字信号一般不能直接输入计算机供应用程序使用，还必须根据需要进行加工处理，如标度变换、非线性补偿、温度补偿、数字滤波等，以上这些处理也称软件处理。
3智能压力传感器的设计方案
3.1结构设计
本文设计的传感器提供了一种精确测量压力的系统方法，他将三种技术融为一体：硅压阻传感元件、微型计算机和信号处理。它可提供温度补偿和非线性度补偿，并且每台传感器同时具有数字信号输出和模拟信号输出。根据设计要求，智能压力传感器应采用低价格、小体积、高性能价值比的8位微处理器 （单片机 ）MSC1211Y5控制，用以实现传感器信息的处理、数字通信和智能化管理。
传感元件位于传感器系统之首，被测压力量需由它转换为电信号才能供给电路处理，因此它的性能对传感器系统有着很大的影响。本文采用固态压阻式压力传感器，其机构包括外壳，硅膜片和引线。其核心部分是一块圆形硅膜片，膜片周围用硅环固定，通常称为硅环。膜片两边有两个压力腔，一个是与被测系统相连的高压腔，另一个是低压腔，一般与大气相通，也有做成真空的。在膜片上利用集成电路工艺方法扩散上四个阻值相等的电阻：R1、R2、R3、R4。四个电阻用导线接成平衡电桥。当膜片两边存在压力差而发生形变时，膜片各点产生应力，从而使扩散电阻的阻值发生变化，电桥失去平衡，输出响应的电压，其电压大小就反映了模片的压力差值。利用电阻的特征，选择适当位置布置电阻，使其直接入电桥四臂中，从而构成全等臂差动电桥。这样既提高了灵敏度又部分消除温度影响误差。
3.2软件设计
软件是整个系统的重要组成部分，系统的人机对话、数据的输入输出，数据处理等功能都通过软件来实现的。因此开发一个性能优良的应用软件是实现整个系统正常可靠运行的重要前提。本论文采用VC++编程语言，对系统的智能功能进行设计。
软件的设计完全按照结构化的程序设计来完成，将整个程序细胞划分为若干个子程序（模块），方便调试与检查，有了各个功能快的软件实现方法，软件的总体设计就变的简单了，软件设计中一个重要的思想是采用模块设计，把一个大的任务分解成若干个小任务，分别编制实现这些小任务的子程序，然后将子程序按照总体要求组装起来，就可以实现这个大任务了。这种思路对于可重复使用的子程序显得尤为优越，因为不仅程序结构清晰，而节约程序空间。
智能压力传感器软件有如下几个模块：
（1）对微处理器MSC1211Y5各种寄存器、A/D转换器和D/A的校准转换器进化初始化；
（2）对A/D转换器的校准包括各通道增益、零点漂移矫正；
（3）现场压力和温度数据的采集；
（4）压力传感器的温度补偿和非线性补偿；
（5）A/D输出，D/A数据输出；
（6）与上位机的通讯。
智能传感器、现场总线与FCS 篇4
一、引言
以现场总线为基础的全数字控制系统将现有的模拟信号电缆用高容量的现场总线网络代替，从而大大减轻现场信号电缆连接的费用和工作量，提高信号的传输效率。实际上现场总线控制系统就是以现场总线技术为核心，以基于现场总线的智能I/O或智能传感器、智能仪表为控制主体、以计算机为监控指挥中心的系统编程、组态、维护、监控等功能为一体的工作平台。
二、智能传感器的性能特点
一般的传感器只能作为敏感元件，须配上变换仪表来检测物理量、化学量等的变化。随着微电子技术的发展，出现了智能仪表。智能仪表采用超大规模集成电路，利用嵌入软件协调内部操作，在完成输入信号的非线性补偿、零点错误、温度补偿、故障诊断等基础上，还可完成对工业过程的控制，使控制系统的功能进一步分散。智能传感器集成了传感器、智能仪表全部功能及部分控制功能，具有很高的线性度和低的温度漂移，降低了系统的复杂性、简化了系统结构。特点如下：
1、一定程度的人工智能是硬件与软件的结合体，可实现学习功能，更能体现仪表在控制系统中的作用。可以根据不同的测量要求，选择合适的方案，并能对信息进行综合处理，对系统状态进行预测。
2、多敏感功能将原来分散的、各自独立的单敏传感器集成为具有多敏感功能的传感器，能同时测量多种物理量和化学量，全面反映被测量的综合信息。
3、精度高、测量范围宽随时检测出被测量的变化对检测元件特性的影响，并完成各种运算，其输出信号更为精确，同时其量程比可达100：1，最高达400：1，可用一个智能传感器应付很宽的测量范围，特别适用于要求量程比大的控制场合。
4、通信功能可采用标准化总线接口，进行信息交换，这是智能传感器的关键标志之一。
智能传感器的出现将复杂信号由集中型处理变成分散型处理，即可以保证数据处理的质量，提高抗干扰性能。同时又降低系统的成本。它使传感器由单一功能、单一检测向多功能和多变量检测发展，使传感器由被动进行信号转换向主动控制和主动进行信息处理方向发展，并使传感器由孤立的元件向系统化、网络化发展。
三、现场总线的体系结构与特点
根据IEC/ISA定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支的通信网络。它是用于过程自动化最底层的现场设备以及现场仪表的互连网络，是现场通信网络和控制系统的集成。现场总线将当今网络通信与管理的概念带入控制领域，代表了今后自动化控制体系结构发展的一种方向。
现场总线是以ISO的OSI模型为基本框架的，并根据实际需要进行简化了的`体系结构系统，它一般主要包括物理层、数据链路层、应用层、用户层。
物理层向上连接数据链路层，向下连接介质。物理层规定了传输介质(双绞线、无线和光纤)、传输速率、传输距离、信号类型等。在发送期间，物理层编码并调制来自数据链路层的数据流。在接收期间，它用来自媒介的合适的控制信息将收到的数据信息解调和解码并送给链路层;数据链路层负责执行总线通信规则，处理差错检测、仲裁、调度等。应用层为最终用户的应用提供一个简单接口，它定义了如何读、写、解释和执行一条信息或命令。用户层实际上是一些数据或信息查询的应用软件，它规定了标准的功能块、对象字典和设备描述等一些应用程序，给用户一个直观简单的使用界面。
现场总线除具有一对N结构、互换性、互操作性、控制功能分散、互连网络、维护方便等优点外，还具有如下特点：
1、网络体系结构简单其结构模型一般仅有4层，这种简化的体系结构具有设计灵活，执行直观，价格低廉，性能良好等优点，同时还保证了通信的速度。
2、综合自动化功能把现场智能设备分别作为一个网络节点，通过现场总线来实现各节点之间、节点与管理层之间的信息传递与沟通，易于实现各种复杂的综合自动化功能。
3、容错能力强现场总线通过使用检错、自校验、监督定时、屏蔽逻辑等故障检测方法，大大提高了系统的容错能力。
4、提高了系统的抗干扰能力和测控精度现场智能设备可以就近处理信号并采用数字通信方式与主控系统交换信息，不仅具有较强的抗干扰能力，而且其精度和可靠性也得到了很大的提高。
现场总线的这些特点，不仅保证了它完全可以适应目前工业界对数字通信和传统控制的要求，而且使它具有不同层次的复杂控制与先进控制、优化控制功能成为可能。
四、现场总线控制系统(FCS)
随着复杂过程工业的不断发展，工业过程控制对大量现场信号的采集、传递和数据转换以及对精度、可靠性、管控一体化都提出了更新、更高的要求。现有的DCS已不能满足这些要求;况且现有的DCS具有诸如控制不能彻底分散、故障相对集中、系统不彻底开放、成本较高等缺点。于是通过数字通信技术、传感器技术和微处理器技术的融合，把传统的数字信号和模拟信号的混合系统变成全数字信号系统，从而产生了新一代的控制系统FCS。
1、智能传感器和现场总线是组成FCS的两个重要部分
FCS用现场总线在控制现场建立一条高可靠性的数据通信线路，实现各智能传感器之间及智能传感器与主控机之间的数据通信，把单个分散的智能传感器变成网络节点。智能传感器中的数据处理有助于减轻主控站的工作负担，使大量信息处理就地化，减少了现场仪表与主控站之间的信息往返，降低了对网络数据通信容量的要求。经过智能传感器预处理的数据通过现场总线汇集到主机上，进行更高级的处理(主要是系统组态、优化、管理、诊断、容错等)，使系统由面到点，再由点到面，对被控对象进行分析判断，提高了系统的可靠性和容偌能力。这样FCS把各个智能传感器连接成了可以互相沟通信息，共同完成控制任务的网络系统与控制系统，能更好地体现DCS中的“信息集中，控制分散”的功能，提高了信号传输的准确性、实时性和快速性。
以现场总线技术为基础，以微处理器为核心，以数字化通信为传输方式的现场总线智能传感器与一般智能传感器相比，需有以下功能：
共用一条总线传递信息，具有多种计算、数据处理及控制功能，从而减少主机的负担。取代4-20mA模拟信号传输，实现传输信号的数字化，增强信号的抗干扰能力。采用统一的网络化协议，成为FCS的节点，实现传感器与执行器之间信息交换。系统可对之进行校验、组态、测试，从而改善系统的可靠性。接口标准化，具有“即插即用”特性。
现场总线智能传感器是未来工业过程控制系统的主流仪表，它与现场总线组成FCS的两个重要部分，将对传统的控制系统结构和方法带来革命性的变化。但现场总线国际标准的制定却进展缓慢，现场总线标准不统一影响了现场总线智能传感器的应用。
从世界范围看，已流行的几种现场总线都有各自的优点、各具特色，难以统一到某一种现场总线标准上，其原因是多方面的。首先是技术的原因，现有各种现场总线都具有各自的协议规范和行业标准，要统一存在许多技术难题。其次是商业利益，各现场总线与其背后的开发公司息息相关，各企业为今后占有更多的市场份额，都希望在现场总线的国际标准中采用自己的技术。再次是组织上的原因，现场总线的标准化必须有一个统一的国际性组织来完成。然而，多年来，用户迫切需要现场总线有一个统一的国际标准，以实现现场设备的互操作性和互换性。在这种情况下，产生了FF
(FoundationFieldbus--基金会现场总线)，FF的宗旨就是开发一种统一的现场总线标准，并推动现场总线的应用。目前，FF包括了世界上95%的仪表及控制系统制造商，已制定了低速H1标准(31.25kb/s)，高速H2标准正在制定中。现场总线统一标准曲最终制定必将全面推进FCS的应用，使用户在实现控制策赂和系统开发方面发生巨大的变化。
2、FCS对DCS的影响
传统的DCS系统由各种工作站通过局域网络连接而成，操作站和信息管理站完成系统的组态、监控和运行管理，现场测控站则完成生产过程信息的采集和控制。DCS的主要问题是开放性差，分散不够，需要用大量的电缆传递信号。FCS则突破了DCS系统中通信由专用网络的封闭系统来实现所造成的缺陷，把基于封闭、专用的解决方案变成了基于开放、通用标准化的解决方案，把集散系统结构变成了新型全分布式结构，把DCS控制站中基本且可独立的功能块彻底下放到现场智能仪表中去，从而构成虚拟控制站，更好地体现了DCS思想的精华。
实际上，工业过程控制的发展大体分气动仪表控制-电动仪表控制-计算机集中控制-DCS几个阶段，电动仪表控制以电2型表为主，基本上是简单闭环控制，其最大特点是危险性完全分散在各单回路上，最大弱点是难于实现复杂控制、先进控制及优化控制。为此，60年代出现计算机集中控制，结果可以实现复杂控制、先进控制及优化控制，然而危险性集中未能继承电Ⅲ型系统的危险性完全分散的特点;从而70年代出现DCS系统，综合前两种优点，即实现复杂等控制，又把危险性分散在各控制器上，但还不能彻底分散，且不能完全开放。80年代韧提出即能继承DCS全部功能，并使系统完全开放，又能实现危险性彻底分散在各回路中去(与电皿型系统一样)的系统--FCS.由于FCS具有明显优于DCS的特点，FCS必将代替DCS。
然而在目前，在我国绝大部分过程工业都以DCS作为主流控制系统，电皿型仪表作为主导仪表;加上因认识上的原因和现场总线智能仪表尚为非主导产品，暂不能大量普及FCS。单从利用现有资源角度，DCS系统的消失或完全被取代，短期内也是不合理的，应立足于现有DCS，充分挖掘现有设备的潜力(如可以在DCS与FCS之间安装网关，以实现信息的传递)，使即有投资又不至于浪费。另外，DCS是一个不断发展的控制系统，它必然采用现场总线技术对自身进行改造，使DCS能与现场总线智能传感器(智能仪表)和局部FCS连接起来。目前一段时期所有这些情况造成FCS与DCS共存的局面。据估计，用10年左右的时间才能真正过渡到FCS的主导地位。
五、现场总线企业网
现场总线作为今后控制系统的发展方向，以其所具有的开放性，网络化等优点，使它与Intrenet的结合成为可能。企业内部网络系统Intranet-InterconnectNetworks)就是二者结合的产物。Intranet作为Internet技术在企业内部的应用，为企业内部管理和信息交流提供了一个完善的技术方案，它已成为连接企业内部各部门交流信息的重要设施。伴随着Intranet的逐渐深入企业，未来的企业信息管理模式将是一种分布式的基于现场总线控制网络的管理模式。Intranet出现后，各企业相互共享信息的Extranet(企业外连网)也应运而生。这样从单一的生产过程到全企业各个生产过程的统一管理控制，再到与企业有关的外部信息的共享，网络技术被大大地拓展了。
因为Intranet采用的是Internet技术，有很好的开放性，支持多种网络协议和标准，因此在组建Intranet时完全可以在企业现有的网络环境下实现。由现场总线技术与Intranet结合构成的分布式网络控制系统将高度分散的工业现场前端的智能型传感器、变送器、执行器等智能仪表通过现场总线网络连接到控制机或管理机构成局域网络控制系统。这种分布式的局域网络系统，可节省大量的传输线，增强整个系统的可扩充性，具有较长的传输距离和较强的抗干扰能力，可实现无上位机的全分布式无主工作，为工业控制和企业管理决策带来了一种全新的解决方案。同时，将现场总线技术和Intranet技术的结合，也大大促进了控制技术的发展和加快了信息时代的步伐。
使用现场总线企业网，给企业的管理与控制带来了很多好处：首先，通过企业网，加强了企业内部及内部与外部之间的信息共享，提高了资源的利用率。其次，将企业的有关信息发布在Intranet上，用电子文件代替书面文件，节省了人力，提高了工作效率。再次，Intranet采用Internet的技术，使开发工具易于得到，软件的开发周期短，而且可以直接利用Intrenet的一些优秀的软件，节省了开发费用。最后，使用现场总线企业网能够更容易地实现工业过程管理决策与控制的一体化--CIPS(计算机集成过程系统)。
六、结束语
FCS的关键是现场总线技术与现场总线智能传感器(现场总线智能仪表)。随着电m型仪表改造为智能仪表，能构想出现场总线;随着数字通信技术的成熟，能出现现场总线，从而从DCS脱颖出FCS.可以说FCS是工业过程控制系统的第三次大革命，即模拟仪表分散控制(电皿型为代表)。集散控制系统(DCS)-全开放、全分散、全集中控制系统(FCS)。国外从90年代中期开始陆续投用FCS;而在国内，从1998年开始有个别试用FCS，但尚不完善，尚不完整。目前正是步入FCS的实施阶段，它有利于CIPS真正开发实施，它是完全可靠、完全分散的开放系统，易于安装、投运、维护，节省投资和人力、物力。依据目前的发展趋势，今后10年内，FCS将代替DCS，并在工业过程控制系统中占主导地位。
当前在工业过程控制界面临的重要任务之一是：大力推广FCS及PF协议、基于PF协议的智能传感器(留能仪表)及现场总线技术，研究开发FCS集成软件乎台，推动基于PF的FCS的开发与应用。另外，如何实现FCS与Intranet的结合，建立基于现场总线的Internet体系，实现工业过程管控一体化(基于FCS的CIPS)也是今后研究的重要方向。
付兴建陈义俊申东日李迎春(抚顺石油学院)
智能传感器产业研究报告 篇5
摘要：介绍了JN338智能数字式转矩转速传感器的特性参数和工作原理,该传感器使用两组旋转变压器实现了电源及信号的非接触传递，同时其信号输出为频率量。文中给出了基于JN338的智能转矩转速测量仪的硬件电路结构框图，同时指出了JN338的应用注意事项。关键词：JN338；数字式；转矩转速传感器
1 概述
转矩传感器在电动机、发动机、发电机、风机、搅拌机、卷扬机、钻探机械等众多的旋转动力测试系统中及数控机械加工中心、自动机床等机电一体化设备中已获得广泛的应用。传统的转矩传感器通常采用电阻应变桥来检测转矩信号，并采用导电滑环来耦合电源输入及应变信号输出，由于导电滑环属于磨擦接触，因此不可避免地存在着磨损和发热，这样不但限制了旋转轴的转速及导电滑环的使用寿命，同时由于接触不可靠，也不可避免地会引起测量信号的波动及误差的增加。因此，如何在旋转轴上进行能源及信号的可靠耦合已成为转矩传感器最棘手的问题，而JN338数字式转矩转速传感器则巧妙地解决了这个问题。(本网网收集整理)
JN338是北京三晶创业集团公司的产品，该传感器采用两组特殊环形旋转变压器来实现能源的输入及转矩信号的输出，从而解决了旋转动力传递系统中能源及信号可靠地在旋转部分与静止部分之间的传递问题。该传感器还可同时实现旋转轴转速的测量，从而可方便地计算出轴输出功率，因此，利用该传感器可实现转矩、转速及轴功率的多参数输出。
2 主要特性及参数
2．1 JN338的主要特性
JN338的主要特性如下：
●检测手段为应变电测技术；
●测量精度高?信号检出、处理均用数字技术；
●抗干扰能力强，无需调零即可工作；
●可靠性高、信噪比高，工作寿命长；
●既可以测量静止扭矩，也可测量旋转转矩；
●能够测量稳态扭矩，也能测量过渡过程的动态转矩；
●无需反复调零即可连续测量正反转矩；
●无集流环、电刷等磨损件，可高速超长运行；
●转矩信号的传递与是否旋转、转速大小及旋转方向无关；
●测量弹性体强度大，可承受150％过载；
●体积小，重量轻，安装方便，有套装式、卡装式、联轴式等多种安装方式；
●输出信号以频率形式给出，便于和计算机进行接口。
2．2 传感器的主要技术参数
传感器的主要技术参数如表1所列，表2所列是该传感器产品的规格参数。
表1 JN338传感器主要技术参数
参 数指 标转矩准确度>0.5%过载能力150%F.S绝缘电阻≥200MΩ工作温度-20～60℃重复性≤0.5%F.S滞后≤0.5%F.S线性≤0.5%F.S相对湿度≤90%RH表2 传感器产品规格参考
规 格转矩测量范围（N.m)最高转速（Rpm)10010～10060000～300500050050～70040001000100～15003000200～300025005000500～500020002．3 插座引脚及功能
JN338转矩转速传感器采用一只5脚的航空插座做电源输入及转矩转速信号输出，插座外形及引脚排列如图1所示。各引脚功能说明如下：
1脚：接地端；
2脚：＋15V电源端；
3脚：－15V电源端；
4脚：转速信号输出端；
5脚：转矩信号输出端。
3 工作原理
3．1 转矩测量原理
该转矩传感器的检测敏感元件是电阻应变桥。将专用的测扭应变片用应变胶粘贴在被测弹性轴上以组成应变电桥，只要向应变电桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号，然后将该应变信号放大，再经过压／频转换变成与扭应变成正比的频率信号。传感器的能源输入及信号输出是由两组带间隙的特殊环形旋转变压器承担的，因此可实现能源及信号的无接触传递。该应变传感器测量原理如图2所示。
在一段特制的弹性轴上粘贴专用的测扭应变片并组成电桥，以形成基础扭矩传感器，然后在轴上再固定能源环形旋转变压器的次级线圈、轴上印刷电路板和信号环旋转变压器的初级线圈。电路板上包含整流稳压电源、仪表放大电路及V／F变换电路。在传感器的外壳上固定着激磁电路、能源环形旋转变压器的初级线圈、信号环形变压器的次级线圈及信号处理电路。
传感器电路部分在工作时，由外部电源向传感器提供±15V电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，经过TDA2003功率放大即产生交流激磁功率电源，通过能源环形旋转变压器从静止的初级线圈T1传递至旋转的次级线圈T2，然后将得到的交流电源通过轴上的整流、滤波电路处理后变成±5V的直流电源。再将该电源作为运算放大器AD822的.工作电源，并由基准电源AD589与双运放AD822组成高精度稳压电源，以产生±4．5V的精密直流电源，该电源既可作为应变电桥电源，又可作为仪表放大器及V／F转换器的工作电源。当弹性轴受扭时，应变桥检测到的mV级应变信号通过仪表放大器AD620将其放大成1．5 V±1V的强信号，再通过V／F转换器LM331变换成频率信号，此信号通过信号环形旋转变压器，从旋转轴传递至静止的次级线圈，再经过传感器外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号输出。
3．2 转速测量原理
转矩传感器在旋转轴上安装着60条齿缝的测速轮，在传感器外壳上安装的一只由发光二极管及光敏三极管组成的槽型光电开关架，测速轮的每一个齿将发光二极管的光线遮挡住时，光敏三极管就输出一个高电平，当光线通过齿缝射到光敏管的窗口时，光敏管就输出一个低电平，旋转轴每转一圈就可得到60个脉冲，因此，每秒钟检测到的脉冲数恰好等于每分钟的转速值。
3．3 轴输出功率
轴输出功率可由转矩传感器输出的转矩及转速值经运算后得到，计算公式为：
p＝MN／9550
式中，P为轴输出功率（kW）；M为转矩（N．M）；
N为转速（r／min）。
3．4 转矩传感器信号输出
JN338转矩传感器信号输出形式如下：
●零转矩：10kHz±50Hz；
●正向旋转满量程：15kHz±50Hz；
●反向旋转满量程：5kHz±50Hz；
●信号幅值：0～8V；负载电流：40mA。
在有效的量程范围内，传感器的转矩频率输出与对应的转矩值基本上成线性关系，实际应用中，如果测量准确度要求不超过标称值，一般不需要通过逐段参数标定来完成计算。
●转矩输出
下面给出转矩测量计算公式：
正向转矩输出值为：Mp＝N（f－f0）／（fp－f0）
反向转矩输出值为：Mr＝N（f0－f）／（f0－fr）
上两式中：Mp：正向转矩；Mr：反向转矩；N：转矩满量程；fp：正向满量程输出频率值（kHz）；fr：反向满量程输出频率值（kHz）；f：实测转矩输出频率值。
●转速输出
该装置的转速输出值为：
N＝60f／z
式中，N为转速（r／min）；f为实测转速输出频率值（kHz）；Z为传感器测速齿数，这里Z取60。
转矩值与输出频率值的对应曲线如图3所示。
4 具体应用
4．1 应用电路设计
由于JN338的输出为频率量的数字信号，故该传感器可方便地与计算机或单片机接口。与计算机进行接口需扩展一块基于ISA总线或PCI总线的多通道定时／计数器板卡，如“中泰” 光隔定时计数器板卡PC－6503、PC－6508等。图4给出了与单片机接口构成的智能转矩转速测量仪的硬件电路结构框图。图中，JN338转矩传感器输出的转矩及转速信号经光耦隔离后送入单片机的T0、T1计数器，然后由T0和T1完成测频计数功能，秒脉冲闸门由T2提供。这其中光耦的作用，一是电平转换，把转矩转速信号电平转换成TTL电平，二是提高单片机的抗干扰能力并保护单片机。
由单片机完成相应的转矩、转速值的运算后，即可将转矩、转速及轴功率等参数保存并显示输出。本系统以AT89C52单片机为核心?由IMP813L构成电源监控及看门狗电路以提高系统工作的可靠性，系统中扩展了一片I2C总线串行铁电存储器FM24256，它的主要作用是存储参数设定值及采集的转矩转速值。内含GB2312中文汉字库的图形点阵液晶显示模块OCMJ4X8C可用于构成中文人机显示界面，ICL232的作用是将单片机的TTL电平转换为RS－232电平，以便于和上位计算机进行通信。
4．2 安装使用注意事项
安装使用JN338传感器时?应注意以下几点?
（1）应使用两组联轴器将传感器安装在动力源和负载之间；
（2）建议使用挠性、弹性或方向联轴器，以保证同心度小于0.1；
（3）动力及负载必须固定牢靠以避免振动；
（4）应将传感器的基座与设备的基座固定牢靠，中心高度需调节合适，并应避免产生附加转矩。
5 结束语
智能传感器产业研究报告 篇6
智能地雷是具有广域、自动寻找目标的第三代地雷,与传统地雷相比,它结合了传感器探测技术、无源定位技术、自寻的技术,通过传感器采集的信号区分目标类型,并对目标进行精确定位后主动实施攻击,即能够主动、准确地探测跟踪目标并实施攻击。国外从二十世纪六、七十年代投入大量的人力物力进行研究,如:美国AHM 反直升机地雷、法国的Mazac声控反坦克地雷。随着无线传感器网络在军事领域的应用,为自动布设的智能地雷系统组网提供了技术基础。
无线传感器网络节点可以通过飞机布撒或人工布置 等方式,大量部署在被感知对象内部或者附近。这些节点通过自组织方式构成无线网络,以协作的方式实时感知、采集和处理网络覆盖区域中的信息。对无线传感器网络来说,其网络体系由分层的网络通信协议、传感器网络管理以及应用支撑技术三部分组成。本文重点研究的是自动布设的智能地雷组成的网络化智能雷场系统的方案和传感器网络的构建、自定位、自组织等关键技术。
1 系统工作原理
智能地雷用于反击武装直升机和坦克这些进攻性武器,可以人工布设,同时也借助于飞机或火箭进行自动布撒,从而封锁士兵无法深入战区军事项目。自动布撒地雷日益成为布设的发展趋势,不仅可以快速布设,而且可以对雷场的布设进行控制。另外就是智能化程度更高,自动布设后,自动组成智能网络,自动探测、识别并实现对目标的攻击与毁伤,具有协同作战的能力。操作人员与地雷之间,地雷与地雷之间可进行通信,以实现对雷场的计划、管理和使用,从而大幅度提高雷场的效能。
智能地雷系统主要包括传感探测系统、通信/定位系统、主控系统、战斗部导向系统、战斗部等部分组成,如图1所示。
系统的工作过程如下:当地雷利用火箭或飞机空投自动布撒到所需地域,触地后接通地雷电源,首先通信/定位分系统开始工作,由于是自动布设,每组内部地雷节点的位置不能预先精确设定,节点之间的相互邻居关系预先也不知道。因此首先要构建无线传感器网络,建立网络同步,发现网络拓扑,进行网络节点定位等,自动形成无线网络系统。通过先进的联网技术,雷场的地雷在十秒级时间建立一个无线传感器网络与时间同步,同时通过自含的测时定位机制确定各地雷相对位置及其坐标系,进入“值守”状态;当有目标“入侵”激励时,各节点微音器地震头按同步顺序发送本节点采集的地面空中目标信号,并接收场内其它地雷采集的数据,实现整个雷场地雷状态信息和传感器信息交换,对目标进行检测、测向定位并分类识别及航迹跟踪,做出决策判断,引导地雷战斗部随动瞄准并打击。同时自动监测网络自身“健康”状态与对破坏地雷的行人/车辆发起攻击。
探测与识别系统采用了高技术传感器,具有全天候工作能力。当前应用最多的是声、震动、红外、激光、雷达技术以及声震动、声红外复合体制等,对反直升机地雷可以通过声传感器、震动传感器和信号处理器探寻直升机螺旋桨叶片的独特声响,并能分辨直升机的类型,实现对目标的探测、识别。同时分析和提取侦听的目标声音、地震辐射信号的时域、频域特征,并与本地存贮的各类目标特征库数据比较,对目标的属性和类型进行识别分类,区分敌我目标。在目标识别的基础上,基于随机分布式传感器网络的测向定位机制与简单快速算法,即在节点自定位和网络拓扑结构己知条件下,依据算法简单的目标定位机制,选择优化算法,首先实现目标当前瞬间的定位,然后将相继瞬间测定的目标位置集成并与目标动态模型进行拟合(即称为跟踪),预报目标未来位置等,要求对目标定位跟踪满足火控要求的定位精度和响应速度(即实时性),完成定位跟踪任务。
战斗部根据目标的定位选择对应的攻击方位,同时随动系统能够及时可靠地响应,战斗部及时随动到目标所对应的方位,实现对目标的最佳方位攻击。当攻击坦克目标时,一般采用末敏弹技术进行二次爆炸。对直升机目标作战,采用自锻破片或预制破片束直接攻击目标,从而阻止直升机目标超低空飞行,迫使其进入防空火力范围。
2 雷场的组网技术
2.1 网络拓扑结构发现/构建流程
网络拓扑结构发现/构建流程采用WLAN的CSMA/CA协议,采用侦听CSMA信道,使用RTS/CTS握手来避免冲突(CA),其流程图如图2所示。
当地雷布设就位,触地后接通地雷电源,通信/定位分系统首先进入接收状态,侦听有无其他地雷发射的信号。当收到信号时首先进行抗干扰处理,排除虚假信号。如果是虚假信号,重新进入接收侦听的过程;如果经判断是其它地雷发射的真实信号,则进入接收/同步过程。自动将自己的时钟同步到发射地雷的时钟上,并发出应答信号,请求分配时隙。当握手成功后,启动测距/定位程序。
如果没有侦听到其他地雷发射的信号,该地雷发射RTS信号,争用信道,并进行冲突检测,如果检测到与其它地雷的发射冲突,进入接收/侦听状态,重复上述过程。如果不存在冲突,并收到了应答CTS信号,表示握手成功,进入测距/定位程序。构建相对坐标系,形成系统的拓扑结构。
在建立地雷网络的拓扑结构的过程上,各地雷自然建立了时间同步系统,依次按序号选择时隙作为自己的发射时隙。地雷场的各个地雷组网使用时分制,网内的各个用户都分到发射时隙,它利用这些时隙播发或中继信息,网内所有用户都在其不发射的时隙进行收听。然后通信/定位分系统进入值守状态,同时启动传感器分系统开机值守。当有目标出现时,各传感器计算出目标的方位和距离,按时隙交换传感器采集的信息,并进行协同处理,选择距离目标最近的地雷,引导地雷战斗部随动瞄准并打击目标。
2.2 网络的定位技术
由于地雷的布设是随机进行的,在建立全网拓扑结构中一个关键的问题是解决地雷节点的测距和定位,通过距离和方位的测定,才能确定各个地雷的相对位置,构建其网络拓扑结构(几何布局),形成定位坐标系。定位的方法分为地雷节点是否需要定向2种情况来考虑。
2.2.1 地雷节点不需要定向时的测距定位方案
地雷节点不需要定向时,此时只需要测定地雷之间的距离r,可采用在地雷节点处安装一个天线,采用双频f1、f2,距离r=Nλ1+φ1=Nλ2+φ2,通过测量φ1,φ2,确定
2.2.2 地雷节点需要定向时的测距定位方案
当地雷节点需要定向时,定位方案采用干涉仪测向的原理,通过测量单元天线之间的相位差,进行方位的测量。利用4通道干涉仪既可以确定信号在天线面的到达角,也可以确定信号在俯仰上的到达角。每个地雷上安装4个单元天线,由4个单元天线建立了2条基线,一个代表一个天线对。图3给出了这种天线布局的几何结构图。R表示天线阵的半径,信号s(t)到达的方位角为ϕ、在相对天线阵平面的垂直面信号到达角(天顶角)为α,信号频率为f=c/λ,天线阵元数N=4,设R<λ/4。
信号从单元天线“0”到单元天线“2”之间传输的相位差为:
信号从单元天线“1”到单元天线“3”传输的相位差是:
经推导得:
按照上述干涉仪测向的方法,可测定各个地雷的方位角和到达角,即可确定地雷的方向。
再利用双曲线相交定位的方法便可确定地雷之间的距离,从而确定各自位置和定位坐标系。
定位技术采用在2个或多个位置测量到达时间或到达时间差,用来计算辐射源的位置。定位系统通常并不在信号频率工作,信号频率一般被变换到中频,相位和时间测量在转换过的中频信号上进行。忽略噪声和其它误差影响,变换后的中频信号和射频信号包含同样的信息,仅仅是在载频上降低了。
3 结束语
在自动布设的智能雷场中,地雷场内的各个地雷节点应具有自组网的能力。本文利用无线传感器网络组网技术,通过自含的测时定位机制,进行各地雷的网络拓扑关系建立和相对位置测量,确定各地雷相对坐标系,构建了地雷自组织网络。然后按同步顺序场内各地雷交换采集的数据,通过分析传感器采集到的数据,完成目标的检测、测向定位和分类识别,得到准确的目标方位,为战斗部提供精确的制导。通过多传感器协同,确定距离目标较近的地雷进行攻击,并引导该地雷战斗部随动瞄准,最终完成打击目标的任务。
摘要：智能地雷是现代新概念弹药,其关键技术是声/震传感器阵列探测及组网通信技术。本文根据自动布设的智能地雷系统的作战使用方式,详细描述了智能地雷的工作原理和工作过程,细划地雷系统的组成部分及其功能。并基于无线传感器网络技术(WSN)提出了一种网络化智能雷场系统方案及其无线传感器网络构建、自定位、自组织等关键技术的解决方案,据此可构建地雷场的自组织网络。该方案具有通信定位组网一体化设计,集成度高、工程实现简洁的特点。
关键词：智能地雷,无线传感器网络,时间同步,无源定位
参考文献
[1]ROLADER G.Self-healting Minefield,Bellingham[M].WA:SPIE,2004:13-24.
[2]胡来招.无源定位[M].北京:国防工业出版社,2004:80-94.
[3]谢俊杰.毫米波探测技术在智能地雷中的应用[J].制导与引信,2006,27(2):56-60.
车辆无线传感器网络与智能交通 篇7
据有关部门预测,按现在汽车销售增长速度,到2020年,中国道路上行驶的汽车数量将增加到1.3亿辆。道路面积增长赶不上汽车数量的增长速度。2007年年底出版的城市蓝皮书《中国城市发展报告NO.1》指出,目前中国城市交通面临极大挑战,其中大城市的交通拥堵和环境污染问题日益突出。
智能交通系统作为能够有效缓解城市交通问题的手段之一,成为近十几年来国内外各级政府和交通专家关注的热门话题。
在汽车内安装传感器设备,使汽车能够感知行驶途中的各种信息,大量的车辆传感器节点通过车上以及道路基础设施上安装的无线通信设备,构成无线车辆传感器网络,称为Vehicular Sensor Networks(VSNs)。
车辆传感器网络可以提高车辆行驶的安全性和行驶过程的便利性,为智能交通系统做出巨大贡献。比如通过车辆间通信实现主动事故告警、事故隐患提示;帮助驾驶员减少碰撞;在交叉路口、高速路入口等关键地点进行引导和疏通;在公路上行驶时,人们可以通过无线通信系统了解路段的情况,根据是否发生事故或堵车情况及时调整行驶路线;车辆间可以共享天气信息、加油站和餐馆地点等信息;交通系统也可以根据所获得的车流量和路况信息及时地调整红绿灯时间,使交通系统达到更优效率。
2009年9月24日,通用汽车公司在上海展示了车辆传感器网络的应用之汽车对话技术V2V系统。这是一种基于全球定位系统GPS及无线技术的全方位物体定位传感器,可以使得汽车拥有“第六感”。该系统提供自动安全功能,例如更换车道预警、盲点探测、急停、前撞警告(自动刹车)和路口碰撞预警。根据通用汽车专家介绍,这项先进的技术将可以最终实现车辆完全无碰撞地行驶,其未来的应用将能够大幅降低汽车碰撞事故的发生,从而使更多的驾驶者或行人避免在车祸中受伤或失去生命。
车辆传感器网络与普通传感器网络的区别是:车辆传感器节点的能量和体积不受限制。汽车上可以方便地安装处理能力强的单元、无线通信设备、GPS、以及化学传感器、相机/摄像机,振动/声音传感器等。图2是一个车辆传感器结构图。
通过车载传感器设备,车辆节点能够感知两大类的信息:车辆内和车辆外的信息。车辆内的信息包括车辆运行的内在状态、汽车的位置、速度等;车辆外的信息主要是环境信息,包括温度、湿度、大气指数,以及行驶路途中的信息包括交通流量、路面状况等。除了传感器设备外,驾驶员其实也是一种高智能的“传感器”,通过对所见所闻,能感知复杂事件,如检测交通事故、行车危险等重要的事件。每个车辆传感器节点感知不同区域、不同时刻的数据,这些感知数据能为大量的应用提供宝贵的数据支持。
近年来,车辆传感器网络已经引起世界各国研究机构和科研人员的密切关注。在2003年ITU-T 的汽车通信标准化会议上,各国专家提出的车辆无线通信技术有望在2010年将交通事故带来的损失降低50%。2003年,美国联邦通信委员会专门为车辆间通信划分了一个专用频段。2004年～2009年,MobiCom专门召开了6次专题研讨会讨论车辆间无线通信技术。
众多的研究机构也开始了实际车辆运行环境下无线通信的测试平台的研究。美国的马萨诸塞大学建立了UMass DieselNet,系统由40辆公交车组成,每辆公交车上配备一套HaCom Open Brick嵌入式计算机,采用577Mhz的CPU,256M内存,40G硬盘,运行Linux操作系统。GPS接收终端提供实时的定位服务。每辆公交车上有3种无线通信设备,分布式Wi-Fi AP、Wi-Fi网卡和MaxStream XTend 900 MHz的无线电。DieselNet是混合型的网络,除了公交车节点外,网络中还包括安装在路边的Throwboxes,用于提高网络的连通性。
欧盟IST设立了若干个采用移动自组网技术解决车辆之间通信问题的项目,包括 CarTALK2000等。德国已经完成了基于Ad hoc 网络的车载通信系统Fleet Net项目, Fleetnet项目由6家公司和3个大学共同发起,2000年9月启动。试验床由10辆小汽车和路边的基站组成,车辆装备有摄像头、导航系统和液晶接触式显示屏。嵌入式计算机通过控制器局部网(CAN)总线与车内的电子设备实现连接。FleetNet利用车辆间多跳无线通信,研究实现多种免费的应用服务,包括紧急事件通知、障碍物警告、交通拥堵监测和因特网接入等。目前德国已经启动了后续项目NOW(Network On Wheels)。
国内对车辆传感器网络的研究也在积极地开展,同济大学2007年获863资助项目“基于移动中继技术的车辆通信网络的研究”,上海交通大学2006年获得上海市重大项目“无线传感器网络关键技术攻关及其在道路交通中的应用示范研究”。在国务院2006年2月9日发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006━2020年)》文件指导和推动下,借助“十一五”期间国家“973”、“863”、国家基金将重点资助传感器网络技术发展的有利时机下,在“物联网”概念迅速普及的情况下,针对车辆无线传感器网络的研究将会更加深入,车辆无线传感器网络也将为我们的交通系统和日常生活带来巨大的效率。
智能传感器产业研究报告 篇8
关键词：IEEE802.15.4IEEE1451智能传感器网络
近年来，随着计算机技术、网络技术与无线通信技术的高速发展和广泛应用，人们开始将无线网络技术与传感器技术相结合，提供了无线网络化传感器的概念。它不仅可以应用于Internet接入互连，还适用于有线接入方式所不能胜任的场合，以提供优质的数据传输服务。例如，在工厂巨大的设备间、低速长距离的通信要求和危险的工业环境。
12月IEEE成立了IEEE802.15.4工作组，致力于定义一种从廉价的固定、便携或移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线连接技术。产品的方便灵活、易于连接、实用可靠及可继续延续是市场的驱动力。一般认为短距离的无线低功率通信技术最适合传感器网络使用，传感器网络是802.15.4标准的主要布场对象。将传感器与802.15.4设备组合，进行数据收集、处理和分析，即可决定是否需要或何时需要用户操作。满足802.15.4标准的无线发射/接收机及网络被Motorola、Philips、Eaton、Invensys和Honeywell这些国际通信与工业控制界巨头们极力推崇。目前，IEEE1451工作组已考虑在其基础上实现无线智能传感器网络WSN(WirelessSensorNetworks)。本文探讨了基于IEEE802.15.4标准的无线智能传感器网络的实现。
1基于IEEE802.15.4标准的智能传感器模型
1.1IEEE1451智能传感器模型
智能传感器建立了一个标准化的传感器网络协议。它规定了传感器模块的电子数据表单，也定义了访问数据表单、读取传感器数据、设置参数的数字接口。IEEE1451的目的就是提供一个工业标准接口，有效地连接传感器和微控制器，并把传感器接入网络。
IEEE1451模型主要由智能传感器接口模块STIM(SmartTransducerInterfaceModule)和网络应用处理器NCAP(NetworkCapableApplicationPorcessor)组成，中间通过传感器独立接口TII相连接。NCAP模块用来运行网络协议堆和应用硬件，与网络互联;STIM模块为智能变送器接口模块，其中包括变送器电子数据表单TEDS(TransducerElectronicDataSheet)，一个STIM可以连接太量不同的传感器或执行器，在正常使用过程中传感器和STIM是不可分开的。变送器独立接TII(TransducerIndependenceInterface)主要定义二者之间点点连线、同步时钟的矩距离接口，使制造商可以把一个传感器应用到多种商网络中。另外，IEEE1451标准通过TEDS，使传感器模型具有即插即用的兼容性。原始数据转换为国际标准单位。其结构如图1所示。
智能传感器接口模块是围绕传感元件建立起来的，包括传感器TEDS、控制、状态寄存器、中断屏蔽、寻址、功能译码逻辑、触发、触发应答功能，这些都是用于传感器独立接口的数字接口。传感器独立接口包括数据传输、时钟、触发、应答线。接口是串行外围接口，由两根串行数据输入输出组成。智能传感器接口模块通过传感器独立接口上电，这就意味着STIM可被热扫描，而不用释放对网络中其他传感器的操作。
智能传感器模型包括自身带有的内部消息：制造商、数据代码、序列号、使用的极限、未定量以及校准系数等。当电源加上STIM时，这些数据可以提供给NCAP及系统的其它部分。当NCAP读入STIM中TEDS数据时，NCAP可以知道这个STIM的通信速度、通道数及每个通道上变送器的数据格式(12位还是16位)，并且知道所测量对象的物理单位，知道怎样将所得到的原始数据转换为国际标准单位。
在与STIM通信的过程中，NCAP一直是主机，通信速率由NCAP设定，这会影响STIM中的采样速率，但是避免了释放数据以及对存储器的巨大需求。当STIM连接到NCAP时，NCAP从TEDS读取有关STIM的信息之后，读取STIM采样的数据。
1.2IEEE1451智能传感器标准与802.15.4标准的融合
IEEE802.15.4满足国际标准组织(ISO)开放系统互连(OSI)参考模式。它定义了单一的MAC层和多样的物理层。关于IEEE802.15.4标准详细的内容请参阅文献[7]。
为了有效地实现无线智能传感器，笔者考虑结合IEEE1451标准和802.15.4标准进行设计，需要对现有的1451智能传感器模型开出改进的。
方案之一是无线STIM(智能传感
器接口模型)：STIM与NCAP之间不再是TII接口(传感器独立接口)，而是通过IEEE802.15.4无线(收发模块)传输信息。传感器或执行器的信息由STIM通过无线网络传递到NCAP终端，进而与有线网络相连。另外，还可以在NCAP与网络间的接口替换为无线接口。
方案之二是无线的NCAP终端：STIM与NCAP之间通过TII接口相连，无线网络的收发模块置于NCAP上，另一无线收发模块与无线网络相连，从而与有线网络通信。在此方案中，NCAP作为一个传感器网络终端。如图2所示。
智能传感器产业研究报告 篇9
项目编制单位：北京智博睿投资咨询有限公司
资金申请报告编制大纲（项目不同会有所调整）第一章 智能家居项目概况 1.1智能家居项目概况
1.1.1智能家居项目名称 1.1.2建设性质
1.1.3智能家居项目承办单位 1.1.4智能家居项目负责人
1.1.5智能家居项目建设地点
1.1.6智能家居项目目标及主要建设内容
1.1.7投资估算和资金筹措
1.2.8智能家居项目财务和经济评论
1.2智能家居项目建设背景
1.3智能家居项目编制依据以及研究范围
1.3.1国家政策、行业发展规划、地区发展规划
1.3.2项目单位提供的基础资料
1.3.3研究工作范围
1.4申请专项资金支持的理由和政策依据
第二章 承办企业的基本情况 2.1 概况 2.2 财务状况
2.3单位组织架构
第三章 智能家居产品市场需求及建设规模 3.1市场发展方向
3.2智能家居项目产品市场需求分析
3.3市场前景预测
3.4智能家居项目产品应用领域及推广
3.4.1产品生产纲领
3.4.2产品技术性能指标。
3.4.3产品的优良特点及先进性
3.4.4智能家居产品应用领域
3.4.5智能家居应用推广情况
第四章 智能家居项目建设方案
4.1智能家居项目建设内容
4.2智能家居项目建设条件
4.2.1建设地点
4.2.2原辅材料供应
4.2.3水电动力供应
4.2.4交通运输
4.2.5自然环境
4.3工程技术方案
4.3.1指导思想和设计原则 4.3.2产品技术成果与技术规范
4.3.3生产工艺技术方案
4.3.4生产线工艺技术方案
4.3.5生产工艺
4.3.5安装工艺
4.4设备方案
4.5工程方案
4.5.1土建
4.5.2厂区防护设施及绿化
4.5.3道路停车场
4.6公用辅助工程
4.6.1给排水工程
4.6.2电气工程
4.6.3采暖、通风
4.6.4维修
4.6.5通讯设施
4.6.6蒸汽系统
4.6.7消防系统
第五章 智能家居项目建设进度
第六章 智能家居项目建设条件落实情况 6.1环保
6.2节能
6.2.1能耗情况
6.2.2节能效果分析
6.3招投标
6.3.1总则
6.3.2项目采用的招标程序
6.3.3招标内容
第七章 资金筹措及投资估算 7.1投资估算
7.1.1编制依据
7.1.2编制方法
7.1.3固定资产投资总额
7.1.4建设期利息估算
7.1.5流动资金估算
7.2资金筹措
7.3投资使用计划
第八章 财务经济效益测算
8.1财务评价依据及范围
8.2基础数据及参数选取 8.3财务效益与费用估算
8.3.1年销售收入估算
8.3.2产品总成本及费用估算
8.3.3利润及利润分配
8.4财务分析
8.4.1财务盈利能力分析
8.4.2财务清偿能力分析
8.4.3财务生存能力分析
8.5不确定性分析
8.5.1盈亏平衡分析
8.5.2敏感性分析
8.6财务评价结论
第九章 智能家居项目风险分析及控制
9.1风险因素的识别
9.2风险评估
9.3风险对策研究
第十章 附件
10.1企业投资项目的核准或备案的批准文件； 10.2有贷款需求的项目须出具银行贷款承诺函； 10.3项目自有资金和自筹资金的证明材料； 10.4环保部门出具的环境影响评价文件的批复意见；
10.5城市规划部门出具的城市规划选址意见（适用于城市规划区域内的投资项目）；
10.6有新增土地的建设项目，国土资源部门出具的项目用地预审意见；
10.7节能审查部门出具的节能审查意见； 10.8项目开工建设的证明材料；
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