智能传感器的典型应用

智能传感器的典型应用（共10篇）

智能传感器的典型应用 篇1

引言

随着电子技术的发展, DSP技术越来越多地被应用到信号采集与编码系统中, 以达到对信号快速、精确、实时处理与控制的要求, 并且能有效地提高系统的搞干扰能力。

将MAXIM公司的温度传感器MAX6662应用到以DSP为核心处理器的控制平台中, 在设计时发现, DSP2812芯片的SPI接口属于标准四线制接口, 而MAX6662是三线制接口, 输入输出共用了同一个信号线, 此时的应用就表明两者无法直接相连。对于这类的数字电路应用, 通常来说对时序和逻辑控制的要求非常严格, 所以在DSP和传感器之间加入了CPLD芯片, 通过CPLD进行协处理工作, 实践证明此种方法可靠并且稳定。

1 MAX6662芯片介绍

1.1 管教定义及基本特性

MAX6662是MAXIM公司推出的一款12位+符号位的温度传感器, 该芯片采用了标准SO-8封装。在单片封装中还集成了可编程过温报警和三线SPI串行接口, 它是用内部A/D (ADC) 转换器将其管芯温度转换为数字量, 温度数据以13位字形式存储在温度寄存器中。分辨率为0.0625℃, 温度数据可在任意时刻通过串口读取。工作温度范围较宽, 达到-55℃~+150℃, 适用于军品级应用系统的使用环境。图1所示为MAX6662的管教定义, 图2所示为MAX6662的内部结构。

主要信号接口如下:

SCLK:与串线端口对应的串线时钟输入;

CS:片选输入, 低电平有效;

SIO:串线数据输入输出, 双向的数据串线接口;

/OT:高温报警;

/ALERT:低温报警。

MAX6662提供两个可编程看门狗中断输出, /ALERT用于低温报警, /OT用于高温报警, 可关断电源。MAX6662具有关断模式, 在该模式下除串口外其他电路均被禁止工作, 可有效节省功耗。MAX6662的串行接口由片选信号 (CS) 、时钟信号 (SCLK) 和输入输出数据信号 (SIO) 构成。其中 (SIO) 是一个双向的数据接口, 运用时应将其进行适当处理才可以和标准的SPI四线制串线接口对接使用。

1.2 工作过程与应用时序

MAX6662的特点是有一个可编程的关断模式, 在配置寄存器里设置关断位为1以便于停止。在关断模式里, 除了电源复位POR和串行接口, 其它都是被禁止的, 但储存在所有寄存器里的信息都会被保留。该器件每0.5秒即可完成一次温度转换。其中, 片内的温度寄存器自动保存来自最后的温度转化结果。

片选信号 (CS) 和连续时钟信号 (SCLK) 只受主程序 (外部) 驱动, 双向数据线 (SIO) 受主程序和MAX6662的共同驱动。当芯片选择 (CS) 为高时, MAX6662不响应脉冲和数据线的任何活动行为;当芯片选择 (CS) 为低时;为选通有效状态, 转换处理开始。一个有效的处理正好包含 (SCLK) 提供的24个脉冲周期, 多于或少于24个脉冲的任何传递信号都会被忽视。当进行写操作时, 数据在 (SCLK) 信号的上升沿被写进MAX6662。当进行读操作时, 数据在 (SCLK) 信号的下降沿被读取。命令字节和数据字最重要的位 (MSB) 先写进 (或读取) 。前8个时钟周期为命令字节 (每字节一位) 。命令字节是通过 (SIO) 数据线输入MAX6662, 后面紧随16个数据时钟周期。依靠命令字节的16个数据时钟周期受主程序或MAX6662驱动。如果MAX6662正在驱动 (SIO) , 它的起点在第8个时钟的下降沿, 一直达到 (CS) 的上升沿。第8个时钟周期下降沿的数据是可用的。图3所示为一个有效的串行接口转换。

1.3 温度值编码

温度寄存器是一个13位的只读寄存器, 用于存储12位二进制的转换数据和一位符号位。理论上, 该芯片测量的温度范围可达255℃, 实际上, 内部温度传感器能确保的温度范围为-55℃至+155℃, 表1所示为温度数据格式。

2 应用电路设计

2.1 MAX6662与DSP2812的硬件接口设计

选择CPLD作为MAX6662与DSP2812之间的协处理器, 不仅因CPLD适合于时序、组合等逻辑电路应用场合, 还具有多I/O引脚、可编程性和实现方案容易改动等特点。图4所示为MAX6662与DSP2812硬件接口。

如图4中, 同步时钟 (SCLK) 线是同步主设备和从设备之间串行数据传输的时钟基准, 由主设备输出并决定其传输速率。主输出从输入 (SPISIMO) 线, 主输入从输出 (SPISOMI) 线, (SPISTE) 作为从设备的选通引脚, 将数据传送到串行数据线。GPIO为DSP的I/O引脚, 设置为温度传感器的读写信号。CPLD对其选通信号, 读写信号和数据线作了处理, 然后和温度传感器进行通讯。

2.2 DSP接口软件设计

SPI作为一种高速串行接口, 接口协议要求接口设备按主-从方式进行配置, 且同一时间内总线上只能有一个主设备。将DSP2812的SPI设置为主模式, 通过SPICLK引脚位给MAX6662提供时钟信号, 以下为DSP的软件配置:

SPICCR=0x0f;//设置时钟为上升沿, 16位字符长度

SPICTL=0x0f;//使能主模式, 有延时相位

SPIBRR=0x7f;//波特率设置

SPIPRI=0x20;//发送完移位寄存器和缓冲器中数据后停止工作

SPICCR=0x8f;//SPI软件复位

这里应该注意的是, 在调试过程中可以通过向配置寄存器中写入及读取来判断温度数据的正确性。

2.3 CPLD接口软件设计

所列代码为DSP的标准接口设置, 要想实现传感器的正常转换, 还需在CPLD中作以下处理。图5所示为仿真时序图。

首先, 温度传感器严格按照 (SCLK) 的24个时钟周期完成整个工作流程, 多于或少于24个时钟的任何传递信号都会被忽视。但DSP提供的却是连续32位时钟周期, 所以需要将DSP输出的使能信号 (spieni) 在后八个时钟周期拉高, 来满足传感器的要求。转换结果见图5中信号 (spieno) 。程序如下:

process1 (spiclki, spieni)

begin

if (spieni='1') then——计数器清零

cnt1<=“000000”;——cnt1为定义的信号量

elsif (spiclki'event and spiclki='1') then——上升沿计数

if (cnt1<“100000”) then

cnt1<=cnt1+1;

else

cnt1<=cnt1;

end if;

end if;

end process1;

process2 (cnt1)

begin

if (“011000”<=cnt1 and cnt1<=“100000”) then———第24位时钟周期时使其温度传感器使能信号变为高电平

spieno<='1';

else

spieno<='0';

end if;

end process2;

然后, 对于读写信号 (spiwrcon) , 当DSP从温度传感器中读取温度值时, 必须要先写入控制字, 而该读写信号由DSP的GPIO口控制, 可以自行约定, 笔者设置高为写操作, 低为读操作。所以在执行读操作时, 先将其前八个时钟周期的电平拉高, 写入温度寄存器的控制字, 再使其恢复低电平, 只有这样才能完成读取温度数值的操作。逻辑转换后结果就是图5中的信号 (outrw) 。

此部分程序以上类似, 不再累续。

最后, 三线与四线SPI接口成功转换。当主控制器DSP发送数据时, 数据从 (SPIMISO) 引脚输出传送至 (SIO) 引脚, 从控制器MAX6662接收数据;当从控制器MAX6662发送数据时, 数据从SIO引脚输出传送至 (SPIMOSI) 引脚, 主控制器DSP接收数据。程序如下:

process (outrw)

begin

if (outrw='1') then

spisio<=spimosi;

spimiso<=spisio;

end if;

if (outrw='0') then

spisio<='Z';

spimiso<=spisio;

end if;

end process;

2.4 验证结果

控制字83h, 图6所示为向传感器的配置寄存器写数据;

控制字c3h, 图7所示为从传感器的配置寄存器读数据;

控制字c1h, 图8所示为从传感器的温度寄存器中读取温度数据, 此时温度为24℃。

结束语

温度传感器主要就是用于测量物体表面或空气温度的, 但本设计采用了DSP+CPLD这种结构, 将DSP较强的数据运算能力和CPLD的高集成性、硬件可重复编程性结合在一起, 使系统的设计过程更加合理、紧凑和简化。

SPI作为一种高速串行接口, 具有实现简单、I/O资源占用少和传输速度快的优点。已被应用于越来越多的场合。本系统从硬件和软件协议方面解决了SPI无法由从方发起通信以及传输无反馈的不足之处, 成功实现了DSP与SPI双向通信, 使其具有一定的应用价值。

摘要：MAX6662是MAXIM公司推出的12位数字温度传感器芯片, 广泛应用于制冷、汽车等自动化行业, 但是它的SPI三线制传输有区别于标准的SPI四线制传输协议, 所以给实际应用带来一定的困难。对CPLD与DSP的逻辑控制进行研究, 成功实现了该传感器温度转换的一种典型应用, 最后给出了软件配置和CPLD仿真时序图。

关键词：温度传感器,MAX6662,接口,SPI

参考文献

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[2]FPGA/CPLD设计工具——XilinxISE使用详解[M].北京:.人民邮电出版社出版发行, 2005.

智能传感器的典型应用 篇2

当今在有智能传感器技术为捡测头的呼吸医疗监视仪已经闻世, 能以此对各种情感和呼吸之间的联系作大量的研究，并且用来真实纪录一个人的呼吸状况及其变化.

1.呼吸医疗监视仪与智能传感器技术(见图1所示).

1.1、呼吸医疗监视仪

用来监视呼吸状况，并能给出大致的呼吸深度。这个监测仪监测一些可以用来评价焦虑程度的重要参数：呼吸频率、呼吸的均匀程度以及呼气和吸气之间的间歇。平静、积极的情绪通常会导致呼出长于吸入，二者的时间之比从一个方面揭示人的焦虑程度。相对较高水平的胸呼吸(相对于腹呼吸)也可说明焦虑程度。对于胸呼吸的观察可增加监视仪的可视信息。

1.2、智能传感器技术

图1中的监视仪采用硅压阻式传感器(PRT)检测吸入与呼出时对应压力的降低和增加。PRT的输出被馈入一个MAX1450信号调理IC，用于对PRT的固有误差进行校正，然后将经过补偿的`电压信号送入12位模数转换器ADC。ADC输出(数字化的压力信号)接着进入一个PC接口，并被转换为RS-232电平。最后信号被传递到PC，这样就可以显示出呼吸波形，并对以上所述参数进行分析。

2、PRT传感器

2.1、PRT检测原理

PRT一般配置为一个紧密的惠斯登电桥。当有压力施加到PRT的敏感电桥时(见图2a所示)，对角桥臂的电阻值将发生相同方向、相同大小的改变。当一个对角桥臂上的两个电阻值在压力的作用下增加时，另外一个对角桥臂的电阻值降低，反之亦然。对于半敏感电桥PRT(见图2b所示)，则只有半边桥臂的电阻值发生改革。不管是全桥还是半敏感电桥的PRT传感器都具有高灵敏度(>10mv/v)、良好的线性和温度稳定性、无信号滞回等优点，其测量范围可上至破坏性极限。

2.2、PRT的应用

当今,由于新的IC技术已经能够精确校准传PRT感器，所以将其应用范围从中、低精度检测扩展到高端领域之中。解决了以往PRT传感器通常只能用在中、低精度检测在高端产品非要采用昂贵的应变计等不足之处.

3、信号调理IC与现代和与简化校正方案

由于PRT传感器的误差幅度范围很宽，因而必须要用通过现现代与简化补偿法来校准。目前最新型的用来校准PRT传感器误差的信号调理IC有两种，一是MAX1457，二是MAX1450。

3.1、现代和校正方案

MAX1457它带有一个用于驱动传感器的受控电流源和一个采样传感器桥路电压的ADC，这个电压是电流输出电流和与温度相关的桥路电阻的乘积。MAX1457内含EEPROM等.通过为MAX1457设计的应用软件计算出四种校正系数：满偏输出(FSO)，温度(FSOTC)，偏移(Offset), 温度偏移(OffsetTC). 来修正误差.

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智能传感器的典型应用 篇3

关键词:智能电网 智能变电站 电子式互感器 有源式 无源式 发展趋势

中图分类号:TM76文献标识码:A文章编号:1674-098x(2012)04(a)-0087-02

Application of Electronic Transformer in Smart Substation

Feng Yi-Xin

(College of Electrical Engineering and Automation,Fuzhou University,Fuzhou 350108,China)

Abstract:Introduction is made to the concepts,classifications of electronic transformer,while analyse is made to the comparison between active type and passive type due to the classifications,axioms and the main problems.The development trend of electronic transformers in the future will play a vital part in the construction of smart substation,even in the Smart Grid.

Key words:Smart Grid;Smart Substation;Electronic Transformer;Development Trend

為保证电力系统的安全、经济运行,需要对电力系统及其电力设备的相关系数进行测量,以便对其进行必要的计量、监控和保护。互感器的作用便是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压或标准小电流,供给测量仪器、仪表和继电保护控制装置。传统的互感器多为电磁式互感器,其由于自身存在绝缘性能差,动态范围小,易发生磁饱和等缺陷,而电子式互感器已然成为解决这些问题的“钥匙”。近年来,智能电网已逐步成为电力行业的发展趋势,其核心便是智能变电站。相比于常规变电站,智能变电站是数字化变电站的升级,而数字化变电站的特点是以电子式互感器取代传统的互感器,以数字信号取代传统的模拟电量采集,通过光纤、通信线组成数字化网络,实现精确地电压电流数据测量,以便于智能电网的控制、监控与保护。因此,电子式互感器在智能变电站中的应用将在未来智能电网建设中起到不可估量的作用。

1 电子式互感器的定义及分类

1.1 电子式互感器的定义

电子式互感器是具有模拟量电压输出或数字量输出,供频率15～100Hz的电气测量仪器和继电保护装置使用的电流/电压互感器。

顾名思义,电子式互感器分为电子式电流互感器和电子式电压互感器两种,其通用框图如:图1所示。

在图1中,一次传感器产生与一次端子通过电流或者电压相对应的信号,经过一次转换器传送给二次转换器,然后二次转换器将传输系统传来的信号转换为供给测量仪器、仪表和继电保护或控制装置的量。

1.2 电子式互感器的分类

图2中,若一次转换器是电子部件,需要一次电源供电,则称此类电子式互感器为有源电子式互感器;若一次传感器是光学原理的,光纤传输系统可以直接将光测量信号送出,无需一次转换器,当然也无需一次电源,则称此类电子式互感器为无源电子式互感器。

2 电子式电流互感器

2.1 无源式电子式电流互感器

无源式电子式电流互感器可分为全光纤式和磁光玻璃式,其主要原理是Faraday效应原理,亦称为磁致旋光效应。LED发出的光近起偏器后为一线偏振光,线偏振光在电流产生的磁场作用下通过磁光材料时,其偏振面将发生偏转,旋转角正比于磁场沿着线偏振光通过材料路径的线积分,即

若将光路设计成围绕电流道题绕圈得闭合回路,则上式是闭合环路的线积分,根据全电流定律可得

为Verde常数;为光路与电流交链的匝数;为导体中流过的电流。

由此可见,电流与角成正比,因此,测出偏振光旋转角即可测出电流。

由于无源式电子式电流互感器采用的是光学材料,环境因素对其性能的影响很大,主要表现在温度漂移和长期稳定性,所以其能否最终实用化推广的关键就是解决这两方面的问题。

2.2 有源式电子式电流互感器

基于Faraday电磁感应原理的有源式电子式电流互感器可分为Rogowski线圈型和低功率线圈型。低功率线圈型与传统电磁式互感器实现原理基本一致,而Rogowski线圈,亦称为空心线圈,是由漆包线均匀绕制在环形骨架上制成的,不会出现磁饱和及磁滞等问题。

载流导线从线圈中心穿过,当导线上有电流流过时,在线圈两端将会产生一个感应电势,它与一次电流的关系如下:

为空心线圈的互感系数;为真空磁导率;为线圈匝数;为每匝线圈的横截面积;为线圈中心和导电杆中心之间的距离。

可见,理想的Rogowski线圈对电流的测量依赖于一个稳定可靠的互感系数,将测得的感应电势进行积分处理,并结合该空心线圈的互感系数进行计算,即可得到被测电流的大小,图3。

因为Rogowski线圈型电子式电流互感器的基础是Faraday电磁感应定理,所以决定了其不能用于测量恒稳直流,对于变化比较缓慢的非周期分量的测量也有一定的局限性,即存在测量信号频带的限制。

3 电子式电压互感器

3.1 无源式电子式电压互感器

无源式电子式电压互感器分为Pockels效应型和逆压电效应型,由于基于逆压电效应的无源式电子式电压互感器需要特种光纤且信号解调较为复杂,现在研究的大多数为Pockels效应型。

根据Pockels效应,某些晶体在外电场作用下将导致其入射光折射率改变,这将使沿某一方向入射晶体偏振光产生电光相位延迟,且延迟量与外加电场成正比,因此,可将被测电压加在晶体上,测其入射晶体偏振光产生电光相位延迟(相位差),可得被测电压值,其公式如下:

为相位差;为晶体所处的外加电场强度;为晶体上外加电压的大小;为晶体的半波电压(即由Pockels效应引起的双折射两光束产生180°相差所需外加电压大小)。

Pockels效应型电子式电压互感器由于同样采用了光学材料,所以与基于Faraday效应原理的无源式电子式电流互感器存在着相同的有待解决的问题。

3.2 有源式电子式电压互感器

有源式电子式电压互感器主要采用阻容分压型,与上述几类互感器不同的是,阻容分压型互感器是最早的测量高电压方式。其中,电阻分压型电压互感器多用于10kV和35kV电压互感器,而电容分压多用于中高压电压互感器。其工作原理示意图(见:图4)与Rogowski线圈式互感器极为相似,区别在于在经过电阻电容分压后,需要经过信号预处理之后进入A/D转换。对于分压型互感器,对二次回路阻抗的要求十分苛刻,特别是母线电压互感器,如何将二次输出分给多个二次设备,而且保证信号传输的抗干扰性和可靠性,是亟需解决的一个技术难题。

4 在智能变电站中的应用

智能变电站是指采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备,以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求。自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能,并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。

智能变电站自动化系统可以划分为站控层、间隔层和过程层三层。其中,过程层包括变压器、断路器、隔离开关、电流电压互感器等一次设备及其所属的智能组件以及独立的智能电子设备。

智能电网中的智能变电站主要是要实现测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化。而这些目标的基础全部基于对电压电流的精确测量。

电子式互感器是实现变电站运行实时信息数字化的主要设备之一,在电网动态观测、提高继电保护可靠性等方面具有重要作用,是提高电力系统运行控制得整体水平的基础。

一方面,电子式互感器信号采用数字输出、接口方便、通信能力强,其应用将直接改变变电站通讯系统的通信方式。采用电子式互感器输出的数字信号后,可以实现点对点/多个点对点或过程总线通信方式,完全取代二次电缆线,解决二次接线复杂的问题,同时能够大大简化测量或保护的系统结构,降低对绝缘水平的要求,从根本上减少误差源,简化了智能电子装置的结构,实现真正意义上的信息共享。

另一方面,电子式互感器的输出均采用电缆传输,光缆的数量很少,因此,相比于常规变电站的电缆,敷设工作量远远减少。传统电流/电压互感器每1～3个月例行检查一次,1～3年进行一次小修,30年寿命周期内大修两次。电子式互感器巨大的优势,使得其在全寿命周期内基本“免维护”。因此,其维护工作主要是对远端模块或电气单元中的电子器件进行维护或更换,一般每5年维护一次,相比较而言,运行维护工作量大为减少。

由此可见,电子式互感器应用在智能变电站中可以促进其智能化、自动化、精确化,将极大地促进智能电网输配电模块的建设和发展。

5 结语

电子式互感器的诞生是互感器传感准确化、传感光纤化和输出数字化发展趋势的必然结果。有源式电子式互感器技术已经趋于成熟,基本达到实用化要求,故目前国内大部分数字化变电站使用的均为有源式电子式互感器。但有源式电子式互感器存在着自身的缺陷和不足,无法完全满足智能电网中智能变电站的智能化要求,此时无源式电子式互感器投入使用即为最佳解决方案。无源式互感器由于利用光学原理克服了有源式互感器的一些缺点,但却存在温度影响以及稳定性运行问题,阻碍着无源式电子式互感器的实用化。

近年来,无源式电子式互感器的研究取得了较大的进展,特别是基于Faraday效应的全光纤电子式电流互感器的性能指标已接近实用化要求。由此可见,无源式电子式互感器才是未来电子式互感器的发展方向,其在智能变电站中的应用也将推动着智能电网的发展与建设。

参考文献

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智能传感器的典型应用 篇4

传感器是一种变换器,可以将来自外界的各种信号转变成计算机能够识别的电信号[1]。已经广泛地应用于能源、交通、通信、家电、金融、钢铁、化工、商业、农业和机械制造等行业。在智能车辆 (Intelligent Vehicles,IV) 技术中,传感器负责采集车辆所需要的信息,包括感知汽车自身、汽车行驶的周围环境及驾驶员本身的状态等,为智能车的安全行驶提供及时、准确、可靠的决策依据。因此,在智能车辆技术中,传感器就相当于系统的感受器官,快速、精确地获取信息,是实现车辆安全行驶的保证。传感器技术作为促进汽车智能化发展的关键技术之一,承担着重要的角色,已被广泛用于智能车的防碰撞、车道保持、自巡航等系统中。各种传感器都有其特有的性质,它们的局限性决定了在实际应用中不能满足系统的某些需求。为此,研究人员利用多传感器信息融合技术,将不同传感器的信号相互融合形成对同一个目标的映射,通过处理来自不同传感器的冗余、互补的信息提高传感器系统的能力。随着对智能车辆技术研究的深入以及智能车辆应用的范围多样化,多传感器信息融合技术在智能车辆技术中有着广泛的应用前景。

图1所示为2007年在北京展览馆举行的第十四届智能交通世界大会上参展的凌志展示车以及该车所安装的传感器系统。由图可以看到该系统用到了多种环境感知传感器,例如雷达、超声波传感器、立体摄像头等实现了道路的识别和障碍物的检测等功能。本文首先介绍几种环境感知传感器以及它们在智能车辆技术中的应用现状,接着叙述了多传感器信息融合技术的应用现状,最后总结了传感器技术和传感器信息融合技术的发展趋势。

2 环境感知传感器的应用现状

智能车辆系统主要有环境感知模块、分析模块、控制模块等部分组成[1],其中环境感知模块是利用各种传感器对本车所处的周边环境进行数据采集,获取道路环境信息,再处理所得环境信息,从而得到本车和周围障碍物所处的位置信息以及周围车辆等障碍物的距离、速度等信息,进而为各种控制决策提供信息依据。该模块中所用到的环境感知传感器主要有机器视觉、雷达传感器、超声波传感器、红外线传感器等。

2.1 机器视觉

虽然机器视觉受天气状况和光照条件变化的影响很大并且无法直接得到检测对象的深度信息,但是它具有检测范围广、信息容量大、成本低等优点,并且通过对其所得的图像进行处理可以识别、检测对象,所以越来越多的人对利用机器视觉感知车辆行驶环境产生很大的兴趣,以致使机器视觉在智能车辆研究领域得到广泛的应用,成为最受欢迎的传感器之一。机器视觉主要用于车道线的识别、障碍物的检测与跟踪与驾驶员状态监测等。近些年来,随着许多国家的政府机构、汽车制造商和供应商都积极投身于智能车辆的研究,机器视觉的应用也相应的取得了令人瞩目的成果,例如由德国UBM大学Dickmans教授的智能车辆研究小组研制的EMS-Vision (Expectation-based Multi-focal Saccadic Vision System)视觉系统[2],该系统能随车速的变化自动调节摄像机的焦距;具有较宽的感知范围;能适应颠簸的路径环境;能够获得立体视觉的解释信息。该视觉系统已经应用于德国UBM大学和奔驰汽车公司联合研制的VaMoRs和VaMoRs-P两种实验车中,试验车的传感器系统由3个惯性线性加速计和角速度变化传感器、测速表、发动机状态测量仪以及4个小型彩色CCD摄像机,其中4个小型彩色CCD摄像机构成两组双目视觉系统,一组安装在车体后视镜附近特制的平台上,另一组固定在车体后部挡风板的上方,主要实现车道线的识别与跟踪和障碍物的检测与跟踪。意大利MOB-LAB研究所研制的GOLD(Generic Obstacle and Lane Detection)系统[3],它利用立体视觉同时进行车道线的识别和障碍物的检测,并已经应用到意大利University of Parma大学研制的ARGO试验车中,该实验车装有两个摄像机,利用模式匹配技术实现车道线的识别,为了降低搜索前方车辆的时间,采用立体图像对技术完成障碍物的检测,并利用车辆左右边缘灰度值和边缘结构对称的特征确定车辆位置。法国的Romuald Aufrere提出的一种视觉方法[4],该方法使用一台摄像机得到路面信息,采用车道的统计模型进行匹配;利用三个模型实现有路标和无路标两种情况下的道路跟踪,此三个模型实现的功能分别是:一个从图像中提取道路的边缘特征,另一个用于定位车辆所在车道的位置,第三个用于提供可靠的时间间隔。

2.2 雷达

虽然到目前为止,雷达传感器在检测远距离的小障碍物时有一些不足之处,但是它具有远距离测距能力,能提供本车前方道路和目标车辆的方位和速度信息,同时还能够可靠地提供本车周围障碍物的深度信息,易于解决机器视觉技术在深度信息方面的难题,而且不受天气、阳光等影响,可以准确地发现本车周围存在的障碍物以及前方车辆和行人。由于雷达在准确提供远距离的车辆和障碍物信息方面有着得天独厚的优势,因此在车辆的防碰撞系统中有着广阔的应用前景。目前应用于环境感知模块中的雷达主要有微波雷达、毫米波雷达、激光雷达和电波雷达。

2.2.1 微波雷达

微波雷达能够直接获得被测物体的距离、速度信息,比红外线或激光雷达传感器气象适应性好,并且具有探测距离远、技术成熟等优点,一些系统利用微波雷达实现车辆和盲区的检测。例如Valeo Raytheon系统[5]利用24 GHz的微波雷达探测本车两侧的盲区,它的检测范围是150°,测检距离为40 m。该系统将微波雷达安装在后部的保险杠上,如果有车辆进入盲区,视觉警告信号将会提醒驾驶员。Visteon系统[6]也利用24 GHz的微波雷达探测本车两侧的盲区,它的检测距离是可编程的,当检测到静止物体时该系统不发出警告。美国TRW公司研制的车载防撞微波雷达已投入应用到货车和公共汽车上[7]。

2.2.2 毫米波雷达

与微波雷达相比,毫米波雷达波束窄,分辨率高,抗干扰能力强,具有较好的环境适应性,下雨、大雾或黑夜等天气状况对毫米波的传输几乎没有影响,因此可在各种环境下可靠地工作。随着单片微波集成电路技术的发展,毫米波雷达的价格和外型尺寸都有很大的下降。因此,近年来国外一些公司对毫米波雷达在智能车上的应用表现出了极大的兴趣。像日本丰田公司使用毫米波雷达和机器视觉共同探测前方障碍物。该系统中毫米波雷达用于探测障碍物的距离和相对速度,CCD摄像头实现车道线识别和车道上前行车辆的检测,同时完成对雷达方向的控制。三菱汽车ASV-2所安装的传感器系统包括前后视觉摄像机,能探测前方车辆的距离和相对速度的微波雷达,具有高分析能力的激光雷达以及其他检测道路环境的传感器[7]。毫米波雷达的不足是进行目标识别时,一般不能识别出正在转弯与正在换道的车辆。

2.2.3 激光雷达

与机器视觉相比,激光雷达能解决图像模糊问题,通过激光雷达技术可以跟踪目标,获得周围环境的深度信息;再者激光雷达方向性好、波束窄、无电磁干扰、获得距离及位置探测精度高,因此它广泛应用于障碍物检测、环境三维信息的获取、车距保持、车辆避障中。

由于光学系统的脆弱性,激光雷达在智能车辆系统的应用受到了限制,但是从激光雷达所得的测距图像中可以直接获取环境的三维信息,因此激光距离成像的研究受到重视。被广泛的应用于机器人领域,而且已被应用到智能车辆领域,例如文献[8,9]均用激光雷达实现障碍物的检测,再如日本马自达公司研制的行人避撞系统将激光雷达安装于汽车前部,利用发射垂直的激光带来实现路上行人的检测,根据行人衣服颜色和布料的不同,该系统的探测距离范围是35～60 m,还能检测到直道和弯道上行人,能够计算出本车与行人的距离以及行人的行走方向。德国大众汽车公司研制的“特定车道障碍物预警系统[1]”利用多光束激光测距传感器扫描汽车前部至障碍物的距离,同时,利用一种影像处理系统监视前方道路。该系统能够识别本车道及相邻车道上的车辆及障碍物,并能根据相应的多光束测距雷达测得的距离及其相对变化得到接近车辆的行驶速度。

2.2.4 电波雷达

电波雷达兼有超声波传感器的波动特征和激光雷达的快速传输特性,并且与激光雷达一样,与障碍物之间的距离可以用反射时间进行计算。由于电波雷达的波长约几毫米左右,因此不容易受到雾等反射的影响。另外,它不以空气作为传播媒体,所以不太受风的影响,这一点比激光雷达和超声波传感器都优越。再者,利用从反射接收波和发送波之间的频率差能直接测定相对速度,这是电波雷达的一个很大优点。因为树脂等难以反射电波,所以电波雷达对由树脂等构成的对象物不能检测,这也是电波雷达的缺点。但由于电波雷达抗环境性好,距离信息和相对速度信息能同时测出,结合上述优点,价格低廉的电波雷达传感器的开发对智能车辆系统的研究有着重要的意义。

2.3 超声波传感器

超声波传感器的数据处理简单、快速,主要用于近距离障碍物检测,一般能检测到的距离大约为1～5 m,但检测不出来详细的位置信息。超声波停车装置[10]已经在欧洲销售的BMW车上使用,这种系统利用一片单片机进行控制,在车的前、后保险杠上安装上超声波传感器,前部传感器的探测距离为0.6 m,后面的探测距离达到1.5 m,当倒车进入要停放的位置时,在后面的汽车约1.5 m时,停车装置将会发出连续而缓慢的警告声,倒车越接近停放的车辆,警告声就越急促,当距离为几厘米时,警告声变为沉稳,此时向前开车时警告声会变得急促。

2.4 红外线传感器

红外线传感器的情况与超声波传感器相仿,只是红外传感器不受黑暗、风、沙、雨、雪、雾的阻挡,因此它的环境适应性好,且功耗低,与超声波传感器相比,其探测视角小,方向性和测量精度有所提高。红外线传感器可以增强机器视觉识别的可靠性,因此常被用于智能汽车中的夜视系统中,美国通用汽车公司利用红外技术相继研制成了供汽车司机在夜间行驶用的第一代和第二代夜视系统,系统中的红外传感器通过感知及记录物体间温度的差别进行区分物体,该夜视系统的显示屏幕的亮度可调,所研制的第二代夜视系统为彩色显示。美国美洲虎公司同样利用红外技术实现了夜视系统的研制。

3 多传感器信息融合的应用现状

为了克服传感器的数据可靠性低、有效探测范围小等局限性,保证在任何时刻都能为车辆运行提供完全可靠的环境信息,在智能车辆的研究中使用多个传感器进行数据采集,利用传感器信息融合技术对检测到的数据进行分析、综合、平衡,根据各个传感器信息在时间或空间的冗余或互补特性进行容错处理,扩大系统的时频覆盖范围,增加信息维数,避免单个传感器的工作盲区,从而得到所需要的环境信息。因此,随着智能车的研究和应用领域逐步地深入和多样化,传感器信息融合技术在智能车辆技术的研究领域应用倍受欢迎。近年来,智能车辆技术研究中多传感器信息融合技术的应用取得了许多令人振奋的成果,如美国卡内基·梅隆大学机器人研究所研制的Navlab-II智能车,它利用激光雷达和视觉传感器进行道路、车辆、行人等目标的检测[11]。德国Braunschweig科技大学研制的智能车[12]采用的传感器系统由1个立体视觉传感器、4个激光扫描器、1个雷达传感器组成,这些传感器的探测范围在车辆前面有很大的重叠。立体视觉传感器安装在后视镜后面,主要实现对中远距离障碍物探测和路径识别功能;在前保险杠上安装有1个长距离、小角度雷达传感器;并在前保险杠的左右两端分别安装1个激光扫描器,每个扫描器的覆盖范围为270°,它们对车辆正前方进行扫描;在前后保险杠的中间位置分别安装1个激光扫描器,这个扫描器能够发射出3个不同角度的激光束,因此比单激光束的传感器具有更强的抗干扰能力,主要用于短、中、远的障碍物目标探测。德国大众公司最新研究的智能车辆系统装有雷达、机器视觉,激光扫描等传感器,利用传感器之间的数据互补及冗余得到车辆所需要的可靠、稳定的全方位信息。美国国防部最新研制的智能车辆Demo系列,目的是用于危险地段的军事侦察。Demo系列采用的关键技术有:感知系统、计算机处理器、导航系统、路径规划、车辆控制、立体视觉、地形理解以及传感器等技术。Demo-III[13]智能汽车采用了雷达与机器视觉融合技术用于障碍物的探测。该车中所用的立体视觉系统包括彩色摄像机、单色摄像机和红外摄像机,并且装有两种雷达,一种是77 GHz的毫米雷达主要用于远距离障碍物的探测,其有效感应距离可达128 m,角度范围可达64°,另一种是可以发现隐藏在植物中障碍物的2 GHz的LADAR雷达。

与发达国家相比,我国对智能车辆技术领域的研究起步较晚,目前主要为一些高等院校和科研机构,他们相继开展了对智能车辆的研究,并在智能车辆的视觉导航、多传感器信息融合、路径规划与控制、自主驾驶等方面取得了一些积极的成果,例如清华大学的汽车安全与节能国家重点实验室研究的汽车主动碰撞系统,该系统采用了激光雷达和毫米波雷达实现了对本车前方车辆的探测;吉林大学所研制的JUTIV-II试验车所使用的传感器有CCD摄像机、三维激光测距仪、GPS定位系统等,它利用视觉信息和激光雷达信息融合技术实现路径识别与跟踪、前方车辆的探测与跟踪、保持本车与前方车辆安全车距等功能;西安交通大学人工智能与机器人研究所的Spring robot智能汽车[14]安装了毫米波雷达、SICK激光雷达、GPS和摄像机等感知传感器,所安装的毫米波雷达工作范围可达120 m,扫描角度为12°,扫描目标最多可达20个,测量距离精度可达5%,速度精度可达1%,角度分辨率精度可达± 0.2°,实现动态目标的检测,激光雷达扫描角度达到180°,角度分辨率为0.25°,距离分辨率为10 mm,实现前方静止障碍物的检测。该车可以实现手动驾驶和自动驾驶两种方式,能够实时检测道路、行人、车辆等障碍物。

4 发展方向

近年来,在环境感知模块中CCD摄像机是最常用的传感器。但是,由于障碍物本身的特征和光照条件的影响,在复杂的光照条件下,传统的CCD摄像机不能满足实际操作中系统对传感器动态范围的要求。因此,传统的基于机器视觉的障碍物检测过程具有一定的局限性,为此,人们开始研究不用任何辅助照明的前提下能够全天候正常工作并具有大动态范围的摄像机并取得了一定的成功,例如由福特研究实验室和SENTECH联合研制的低光(low-light)摄像机[15],它通过对Sony X-view阵列进行特殊的设计,扩大了摄像机的动态范围。近年来,研究者提出许多能在弱光照条件下正常工作的算法,使得传统的基于机器视觉的障碍物检测系统的性能得到很大的提高,同时,人们也致力于利用COMS传感器动态范围大,鲁棒性较高等优点,提高摄像机的动态范围,降低传感器数据采集时间和传输时间。

虽然低光摄像机已经被应用到许多研究中,但是它不能够得到可见光谱之外的重要信息和检测目标的距离信息,相反地对光照和天气状况的改变不敏感的外线传感器和雷达传感器等却可以,因此,基于红外线传感器、超声波传感器和雷达传感器的智能车辆系统得到人们的关注,研究者逐步地将它们应用到智能车辆环境感知模块中。例如Dirk Linzmeir 和他的同事们利用行人的温度比周围环境的温度要高很多的原理,将温度传感器用于行人的检测。利用同样的原理,Massimo Bertozzi, Alberto Broggi和A.Lasagni 利用红外线传感器进行行人检测[15]。虽然红外线传感器、超声波传感器和雷达等受光照条件和天气变化的影响不大,有着较强的抗环境变化的能力,但是当有多辆车一起沿同方向行驶时,同种传感器之间的干扰是个严重的问题,并且他们的分辨率和精度都不能满足智能车辆对传感器性能的要求。

在智能车辆技术研究中,传感器作为控制系统的信息源,是智能车辆控制系统的关键。在环境感知模块中,所用传感器的动态范围、对光的敏感性、空间分辨率、相互融合能力等性能在很大程度上影响到系统的性能。但是由于目前传感器的局限性使其不能满足研究和实际应用的需要,因此研制高性能和高可靠性的智能传感器将成为传感器技术研究领域的一个发展方向。

传感器的特性表明每种传感器仅仅能得到特定的环境信息,因此单一的传感器不能为系统提供足够的广泛的环境信息,为了克服单一传感器的局限性,促进智能车的深入研究,扩大智能车的应用领域,需要研制一种能够有效地利用来自多种传感器包括主动传感器和被动传感器信息的系统,多传感器信息融合在解决这方面的问题上有着巨大的潜力。目前多传感器信息融合使用的方法主要有加权平均法、卡尔曼滤波法、贝叶斯估计法、统计决策理论方法、D-S 证据推理法、模糊逻辑法和人工神经网络方法等[16]。

尽管传感器融合技术在为智能车提供可靠的环境特征信息方面有很大的帮助,但是发展实际的多传感器信息融合平台需要处理一系列的问题,包括一些传感器融合的常规问题和存在系统设计中的特殊问题。多传感器信息融合需要所用到的环境感知传感器提供精确的环境信息,然而实际的应用中所得到信息大多数都是不确定信息。因此,研究多传感器信息融合的鲁棒性对于整个融合过程是很重要的,合理的描述并解决各传感器信号间的不确定性问题将是多传感器信息融合的一个发展方向。

多传感器信息融合通过处理来自不同传感器的冗余、互补的信息提高传感器系统的能力。这些不同的传感器共同工作,将不同传感器的信号相互融合形成对同一个目标的映射。例如考虑到单个传感器的可靠性和置信度,利用声学传感器和视觉传感器信息的互补性,将两种传感器共同用在障碍物的检测和道路的识别中能够获得比单个传感器更准确的环境特征和信息。常用的环境感知传感器有毫米波雷达、激光雷达和摄像机等。由于视觉技术具有不向外部环境发射信号、图像信息丰富、价格低、角度和方向分辨率较高,能够消除驾驶员的盲区等优势。因此,利用机器视觉的优势,结合由雷传感器达或超声波雷达传感器或红外线传感器等获取的距离信息实现对本车周围环境的感知成为各国学者研究的热点。由于各传感器采集信号和输出信号的方式不一样,要合理的利用各传感器的信息,就必须利用多传感器信息融合技术,研究利用多传感器信息融合技术获得具有丰富、鲁棒性及实时性高的信息,提出具有鲁棒性高的融合算法将是传感器信息融合技术的发展趋势。

传感器信息融合技术对智能车辆技术的发展有着巨大的潜力,自从传感器信息融合技术应用到智能车辆领域以来取得了一些令人瞩目的成果,但是,目前人们对多传感器信息融合方法的应用研究还不深入,多数是基于规则的专家系统进行信息融合,从而使多传感器信息融合的优势没有得到充分的发挥,因此,为了弥补单个传感器的不足之处,寻找新的融合策略或提出新的传感器融合方法,将是多传感器信息融合的一个发展方向。

5 结 语

智能传感器的典型应用 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)10010～10060000～300500050050～70040001000100～15003000200～300025005000500～50002000

2．3 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

智能传感器的典型应用 篇6

1 智能电网

智能电网, 又可称作电网智能化、电网2.0, 其以集成、双向高速通信网络为基础, 经对一系列发达技术包括传感器技术、测绘技术、设备技术等的合理运用, 进一步达成电网系统的高效、安全、可靠、经济等复合目标[2]。智能电网存在多方面特点, 比如, 满足新时代用户对用电质量的全新需求, 对故障的修复能力, 抵抗不良入侵, 改善电力市场运行效率以及优化电力资产等。此外, 和以往的电网比较, 智能电网有着十分显著的监测优势, 加强了监测覆盖面和监测具体程度, 为电网系统进一步绘制出全方位的运行状态视图。经对相关参数转变的有效研究, 能够制定出科学、合理的对策, 实现电力业务的优化。

2 传感器技术在智能电网中的应用

2.1 传统传感器及其应用

长时间以来, 传统传感器技术历经不断的研究、开发, 产生了一套较为完备的技术、理论, 有着各式各样的产品种类、健全的应用模式及完善的应用解决方案, 在诸多领域得到推广应用, 包括电力系统、石油化工、电子计算机等。在智能电网中, 多集中于电力设备状态监测、变电站自动化等相关方面。电压电流互感器、测量单元属于传统传感器, 多应用罗氏线圈, 以完成对高电压大电流的测量。在电厂、电站多应用流量传感器、电阻应变式传感器等, 以完成对发电机组的热度监测、诊断等。在输变电领域多应用拉力传感器、温湿度传感器及风速传感器等, 以完成对线路状态的测量。

2.2 光纤传感器及其应用

光纤传感技术指的是借助光纤自身特有的物理属性, 也就是将光纤视为敏感元件, 借助对光纤内传输的光展开调制, 促进传输光频率、强度、相位等属性转变, 再经对被调制后的光信号展开解调, 进一步得到被测信号的量值。现阶段全球范围均研制出达成电流测量的系列化设备, 能够应用于35k A电流范围电网、500k V及电压等级的参数测量。光纤传感器还可应用于诊断高压输电网故障方面。伴随光纤传感技术的日趋成熟, 借助分布式光纤传感技术能够完成温度、应变、位移等物理量的测量, 可应用于开关设备、电网发电机组及大规模变压器等状态监测方面。

3 传感器技术的发展趋势

(1) 智能化。两方面发展方向一同迈进:一个发展方向是各式各样的传感功能与信息数据存储、处理及双向通信等的集成;另一个发展方向是软传感技术, 也就是人工智能技术与智能传感器技术有机融合。 (2) 可移动化。无线传感网技术的应用越来越快, 无线传感网技术的核心之处在于打破节点资源的束缚, 同时有效满足传感器网络容错性、扩展性等需求。 (3) 集成化。传感器技术集成化可划分成两方面:一方面是相同种类数的传感器的集成, 一方面是传感器多功能的一体化。 (4) 多样化。新材料技术的发展为各种新型传感器的诞生创造了有利的契机。其中, 新型敏感材料为传感器技术提供了良好的基础, 材料技术制备为改善性能、技术升级及成本控制提供了有效途径。 (5) 微型化。微机电系统传感器是借助微电子、微机械加工技术制造而成的一种新型传感器, 伴随集成微电子机械加工技术的快速发展, 微机电系统传感器把半导体加工技术带进传感器研发制备中, 达到了规模化生产的目的, 同时有效地促进了传感器微型化的发展。

4 结语

总而言之, 智能电网表明电网中监测的覆盖面和监测物理量变得越来越繁杂, 通过对电网、电网相关设施及电网业务流程等的实时监控, 强化电网的安全运行水平, 改善电力设备的有效利用率和资产管理能力。

参考文献

[1]黄盛.智能配电网通信业务需求分析及技术方案[J].电力系统通信, 2010 (212) :10-12, 17.

智能传感器技术及其应用 篇7

一、智能传感器的概念及其特点

智能传感器 (intelligent sensor) 的概念最初是由美国宇航局在开发宇宙飞船的过程中提出来的, 后来得到全世界仪表界的认同。自智能传感器的概念提出以来, 智能传感器技术已经成为传感器的主要发展方向之一。现在智能传感器技术也已经越来越成熟。

智能传感器系统是一门现代综合技术, 何谓智能传感器?至今还没有规范化的定义。人们普遍认为, 智能传感器是一种对外界信息具有一定的检测、自诊断、数据处理以及自适应能力的传感器。智能传感器主要由基本传感器与微处理器构成, 基本传感器是构成智能传感器的基础, 其性能很大程度上决定着智能传感器的性能。

信号处理模块是智能传感器智能化的原因。强大的信号处理功能使智能传感器具有可靠性与稳定性好、感应精度高、信噪比和分辨率较高、自适应能力较强等优点。信息处理模块以微处理器为核心, 接受基本传感器的输出之后, 能够对该输出信号进行各种处理, 如标度变换、线性化补偿、数字调零、数字滤波等, 这些工作主要通过软件编写相应算法完成。智能传感器的诸多优点正是源于其可编程的软件平台。

二、智能传感器的主要功能

智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作, 结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的。智能传感器的内嵌微处理器结构使其能够克服传统传感器的诸多限制, 通过软件完成相关的数字信号处理。

1、自补偿与自诊断功能

传统传感器往往具有温度漂移和输出非线性的缺点, 而智能传感器的处理器可以根据给定的传统传感器的先验知识, 通过软件计算自动补偿传统传感器硬件线性、非线性和漂移以及环境影响因素引起的信号失真, 以最佳地恢复被测信号。计算方法用软件实现, 达到软件补偿硬件缺陷的目的, 也大大提高了传感器的应用灵活性。

此外, 传统的传感器往往需要定期检验和标定以保证传感器能够保持所需的精度。而智能传感器可以通过微处理器中的诊断算法对传感器的输出进行检验, 并将诊断信息直观的呈现出来, 使传感器具有自诊断的功能。

2、信息存储与记忆功能

传统的传感器在工业自动化系统中只是起到信息检测与传输的作用, 而智能传感器内含一定的存储空间。智能传感器除了能够存储信号处理、自补偿、自诊断等相关程序外, 还能够进行数据存储, 如历史数据、标定日期和各种必需的参数。智能传感器自带的存储空间缓解了自动控制系统控制器的存储压力, 大大提高了控制器的性能。

3、自学习与自适应功能

智能传感器内嵌微处理器的结构使其具有高级的编程特性, 因此可以通过编辑算法使传感器具有学习功能。智能传感器可以在工作过程中学习理想采样值, 处理器利用近似公式和迭代算法可认知新的被测量值, 即有再学习能力。此外, 在工作过程中, 智能传感器还可以通过对被测量的学习, 根据一定的行为准则自适应地重构结构和重置参数。

4、数字输出功能

近年来, 数字控制系统成为了控制系统的主要发展方向。而传统的传感器大多都是模拟输入、模拟输出的, 在数字控制系统中传感器输出的信号要经过A/D转换后才可以进行数字处理。智能传感器内部集成了模数转换电路, 能够直接输出数字信号。智能传感器的数字输出功能大大缓解了控制器的信号处理压力。

三、智能传感器的应用与发展

1、智能传感器的应用

自智能传感器的概念提出以来就收到了广泛的关注, 智能传感器的独特结构与优点吸引着众多研究者对其开发应用的不断探索。目前, 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。

在工业生产中, 智能传感器主要应用于生产过程中参数的测量。世界上第一个智能传感器是美国霍尼韦尔 (Honeywell) 公司在1983年开发的ST3000系列智能压力传感器。它具有的多参数传感 (差压、静压和温度) 与智能化的信号调理功能。智能传感器已经被应用到汽车电子系统之中, 例如汽车的胎压监测系统。在汽车四个轮胎上安装高灵敏的智能传感器, 在汽车行驶状态下实时、动态地监测轮胎压力并将数据通过无线电信号发射到接收器, 接收器以数字形式反映出气压值, 驾驶员能随时掌握漏气与温度升高时的轮胎状况。

2、智能传感器的发展方向

从技术角度来看, 智能传感器技术发展的三个主要方向是虚拟化、网络化和信息融合技术。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。传感器的虚拟化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。

四、结束语

智能传感器是传感器技术的主要发展方向之一, 其可编程的软件平台及强大的信号处理功能使其能够应用于各个领域之中。智能传感器不仅为传统工业领域注入了新鲜的血液, 也引领了许多新兴产业的发展。随着相关制造工艺及科学理论的不断发展, 我们有理由相信智能传感器的发展前景必将是非常可观的。

摘要：智能传感器是一种具有信息处理功能的传感器, 它的产生极大地推动了自动化领域的发展。本文主要阐述了智能传感器的功能、特点, 探讨了智能传感器在工程中的应用及其未来的发展方向。

关键词：智能传感器,功能,发展,应用

参考文献

[1]张子栋等:《智能传感器原理及应用》, 《河南科技学院学报》, 2008年6月。

无线传感器网在智能电网中的应用 篇8

随着经济的不断发展,用户对电力系统的要求也在不断提高,未来电网的建设和发展必须能够满足不同用户的需求,而且要具备交互性以及高安全性等特点。智能电网被认为是未来电网建设的首要解决方案。智能电网是基于新技术、新能源、新架构的智能电力系统。我国智能电网定义是:智能电网应该是利用先进的信息、通信和控制技术,骨干网架采用特高压电网,以各级电网相互协调配合的坚强电网为基础,建设成具有互动化、信息化、自动化特点的统一智能化坚强电网。智能电网的主要特点有以下几个方面[1]:自愈性,当智能电网设备及网络出现异常,智能电网可以自动快速检测故障并恢复网络;互动性,可实现用户与智能电网的交互行为;安全性,在电网遭受人为攻击或外力破坏情况下可以自动做出应对恢复运行;兼容性,智能电网应兼容未来的分布式电源、新电子设备;市场化,拥有非常成熟的市场运行模式;高效性,提高单个电力设备的利用效率;电能优质性,拥有电能质量问题的快速诊断和解决方案;集成性,能够与其他各种信息系统综合集成,集成多种业务。

传感器网络技术是智能电网的关键基础技术,智能电网架构中每个角落都分布着输电、配电网络,为了及时正确地调整电力资源达到有效利用电力资源的目标,必须对智能电网的电力参数及时感知,了解电网运行状态;必须利用网络传感器对电力设备进行实时监控,快速定位并维护电力故障;网络传感器也可以自动收集记录分析电力数据为用户以及电力企业的行为作出指导。

2 无线传感网及其关键技术

无线传感网络是一个新的研究热点,它与各领域交叉融合。在一定区域中大量部署传感器节点,节点之间通过多跳路由自主成网,采集区域内的数据信息并转发至控制中心,控制中心对数据进行分析后判断该区域内发生了什么并作出决策,这就是无线传感器网络的核心内容。无线传感器网络有鲜明特点:以数据为中心的对等网络,网络拓扑具有动态性,传输能力有限,具有多跳路由等[2]。

无线传感器网络的设计和建设中,必须运用到多种基本技术,这些主要技术有:(1)网络协议,无线传感器网络属于自组织网络,所以其网络协议与传统网络有很大差别,网络协议设计中也需考虑传感器节点的硬件局限性、网络脱皮的动态性等;(2)时间同步,只有无线传感器网络中各节点时间同步才能共同完成网络任务;(3)定位技术,位置信息是未来数据分析中涉及的重要方面,所以传感器采集到的数据需要附带有该节点的位置信息;(4)数据管理,由于无线传感器网络受通信带宽、存储容量等限制,需要对收集到的信息进行去除冗余等预处理,所以对节点数据的融合和有效管理非常必要;(5)能量管理,无线传感器节点常常处于无人区域及恶劣环境中,对节点电能的补充也是一个需要考虑的问题;(6)安全管理,确保无线传感器网络的通信安全和信息安全[3]。

在无线传感器网络中,传感器节点定位技术是网络的核心技术之一,节点定位过程中需要网络中所有节点相互合作,通过已知节点的位置确定观察节点的位置进而确定检测目标的位置。定位算法的性能将对无线传感器网络产生重要影响,定位算法性能评价指标有:(1)规模,在一定时间内,对同一无线传感器网络,不同定位算法可以定位的目标规模;(2)定位精度,是定位算法最直接的评价参数;(3)容错性及自适应性,性能良好的定位算法可以通过自我调整、减少误差,达到提高定位精度的目的;(4)节点密度,传感器节点密度大会增加节点之间通信冲突,浪费带宽,节点密度会影响定位算法精度;(5)代价,不同定位算法在资金、空间、时间上的代价不同,相同性能下代价小的算法更加有优势;(6)功耗,传感器功耗会直接影响到对传感器的供电,直接关系传感器网络性能。经典的无线传感器定位算法有Dv-hop定位算法、凸规划定位算法、APIT算法等。

3 无线传感器在智能电网中的应用

无线传感器在设备状态检修中的应用,在电力系统中,建立远程控制监视系统是提高管理水平的关键技术,远程监控系统通过检测电力设备状态数据对设备状态进行评估,在设备出现故障时及时提醒维修人员使维修成本及故障损失最小化,无线传感器网络无需布线、灵活多变的优势克服了传统有线通信设备的不足,降低了电力运营成本,提高了设备检修效率。

无线传感网在智能家居中的应用,未来智能电网通过为用户安装智能电表可以掌握比传统电表更为全面的数据信息,能够实时掌握用电负载情况,指导电网建设。将无线传感器网络引入智能家居系统,在家电中安装传感器节点,通过智能电表与无线传感器网络协调工作,可以使用户更合理使用电力,使电力企业有针对性地开展供电等工作。

无线传感器网络在分布式母线保护中的应用,作为电力系统中的重要组成部分,母线工作状态的稳定对电力系统非常重要,一般情况下重要变电站以及一些大型发电厂设母线保护,传统的母线保护需要布线且灵活性低,不能灵活组网,无线传感器网络引入到分布式母线保护中可以通过网络对各线路数据进行交换,完成故障判断,克服了传统母线保护中存在的不足之处。

摘要：智能电网可以克服传统电力系统存在的问题,是未来电力系统发展方向,无线传感器网络技术在智能电网中扮演着重要角色。本文首先对介绍了智能电网的概念以及具有的特征,接下来阐述了无线传感器网络及其关键技术,最后分析了无线传感器网络在智能电网中的应用。

关键词：智能电网,无线传感器网络,电力系统

参考文献

[1]余贻鑫,栾文鹏.智能电网[J].电网与清洁能源,2009,25(1):7-11.

[2]吕九一,陈楠.无线传感器网络的应用与发展概述[J].科技广场,2011(3):52-54.

传感器技术及在智能手机中的应用 篇9

传感器是一种检测装置, 能感受到被测量的信息, 并能将感受到的信息, 按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出, 以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

传感器已越来越多地被应用到社会及人类生活的各个领域, 如工业自动化、农业现代化、航天技术、军事工程、机器人技术、资源开发、海洋探测、环境监测、安全保卫、医疗诊断、交通运输、家用电器等。

近年来, 全球传感器产业飞速发展。传感器不仅进入人们的日常工作和家庭生活中, 并已在国民经济各部门以及国防建设中得到广泛应用, 从最初在机械设备制造, 农业生产, 到用电器、科学仪器仪表、医疗卫生、通信电子以及汽车等领域, 直到现在的智能家居。无处不见传感器的身影。

二、常见传感器的分类和工作原理

传感器的种类很多, 常见的有电量传感器、电阻式传感器、称重传感器、温度传感器、压力传感器、液位传感器、位移传感器、指纹识别传感器、智能传感器等。

电阻式传感器是将被测量转换成电阻值的器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。

称重传感器是一种能够将重力转变为电信号的转换装置, 是电子衡器的一个关键部件。

温度传感器用于测量环境温度, 温度传感器的种类很多, 现在经常使用的有热电阻:PT100、PT1000、Cu50、Cu100;热电偶:B、E、J、K、S等。温度传感器不但种类繁多, 而且组合形式多样, 应根据不同的场所选用合适的产品。

位移传感器又称为线性传感器, 把位移转换为电量。位移传感器是一种属于金属感应的线性器件, 分为电感式位移传感器, 电容式位移传感器, 光电式位移传感器, 超声波式位移传感器, 霍尔式位移传感器。在这种转换过程中有许多物理量 (例如压力、流量、加速度等) 常常需要先变换为位移, 然后再将位移变换成电量。因此位移传感器是一类重要的基本传感器。

在生产过程中, 位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。机械位移包括线位移和角位移。按被测变量变换的形式不同, 位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型 (如自发电式) 和结构型两种。常用位移传感器以模拟式结构型居多, 包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。这种传感器发展迅速, 应用日益广泛。手机使用的距离传感器是利用测时间来实量的一种传感器。

当前市场上比较流行的指纹传感器有两类, 一种接触式, 一种滑动式。接触式传感器要求手指在指纹采集区域内进行触摸, 而滑动式传感器要求手指在传感器表面擦过。

智能传感器是具有信息处理功能的传感器, 带有微处理机, 具有采集、处理、交换信息的能力, 是传感器集成化与微处理机相结合的产物。智能电网与众多智慧体系一样, 不是单独的个体, 而是众多装备与技术共同作用的产物。其中在监测第一线的传感器设备虽小, 但绝对重要。在智能电网发展中, 利用传统的传感器已经无法对某些电力产品的质量、故障定位等作出快速直接测量并在线监控。而利用智能传感器可直接测量, 对产品质量指标、以及故障等进行测量 (如温度、压力、流量) 。目前, 智能传感器已经成为国际上传感器研究的热点和前沿。

三、传感器在智能手机中的应用

智能手机近年来发展非常迅速, 短短几年, 已从2G、3G、发展到4G。在智能手机的带动下, 以陀螺仪、加速计、压力传感器为代表的传感器得到了快速的发展。随着应用种类的不断丰富和功能的提高, 一台移动终端设备上需要的传感器感测功能越来越多。

手机功能一般由内置的传感器来实现, 手机传感器的应用有霍尔传感器、三轴陀螺仪、重力传感器、电子罗盘、光线感应器、位移传感器等。

霍尔传感器一个使用非常广泛的电子器件, 在录像机、电动车、汽车、电脑散热风扇中都有应用。在手机中主要应用在翻盖或滑盖的控制电路中, 通过翻盖或滑盖的动作来控制挂掉电话或接听电话、锁定键盘及解除键盘锁等。

指纹识别在当前智能手机应用过程中, 主要是用于身份识别, 将指纹作为了一种密码, 只有主人的指纹信息得到进一步验证后, 才能够允许使用设备。在长期的发展和利用过程中, 随着我国科学技术的不断发展和进步, 手机逐渐发展成为了一种可以随时随地获取个人或者是企业数据信息的客户端, 因此要想保证用户访问的安全性, 避免出现未授权访问的情况就必须要在电子商务发展过程中, 广泛地利用指纹识别, 一方面指纹识别可以提高密保安全性能, 另一方面指纹识别可以避免多次繁琐地输入密码, 对于用户的操作记忆也要求较低。通过采用指纹识别, 可以有效地简化操作流程, 同时明显提高了整个设备的安全级别[1]。

三轴陀螺仪最早由苹果i Phone 4采用, 后来逐渐被各类智能手机所应用。三轴陀螺仪可以测出手机的运动方向, 使手机做出正确回应。通过移动手机相应的位置, 就可以达到改变方向的目的, 同时操作也更加简便。目前三轴陀螺仪主要体现在游戏的操控上。

与三轴陀螺仪有异曲同工之妙的就是重力传感器在手机中的应用。由于可以将重力变化转换为电信号, 使得在手机横竖的时候屏幕会自动转。利用摇晃切换所需的界面和功能, 尤其是在玩游戏的时候, 不需要按键, 只要左右摇摆模拟移动就可以操控。可以根据重力感应产生的加速度来推算出手机相对于水平面的倾斜度。

MEMS三轴加速度传感器可以感知内容有重力、手机的静态姿态以及运动方向等。装有加速度传感器的手机屏幕会随着角度的不同智能旋转, 如手机中甩歌功能、微信中摇一摇功能。

电子罗盘也被广泛应用于智能手机中, 用来导航指向, 同时还可以将数字信号接送到自动舵。现代实用的电子罗盘一般能耗低、体积小、重量轻、精度高、内置温度补偿, 能够实现精确导航。

光线感应器。一般设计在手机屏幕上方, 能够根据现实环境光线亮度, 来自觉调节手机屏幕亮度。不仅使手机更加省电, 而且能够提供最佳视觉效果。

位移传感器应用于手机中, 可以使用户在接打电话时, 感应到用户头与手机之间的距离。当头靠近手机听筒时, 手机屏幕背景灯就会熄灭, 当距离再次拉远时, 便会恢复正常背景灯。在智能手机电池续航能力备受吐槽的今天, 距离感应器的应用可以为用户节能更多电量, 来提升手机续航能力。

第一代i Phone可以自动调整画面至横向或纵向显示, 让加速度传感器得到普遍采用;i Phone 3GS采用电子罗盘用于导航;i Phone 4以及第一代i Pad则为运动感测的陀螺仪创造出一个新市场。重力感应器是出现比较早的手机传感器。大多数主流智能机都装有这个配置。很多游戏都运用到重力感应器, 它们带给用户新鲜的体验。重力感应技术是基于压电效应, 通过测量内部一片重物重力正交两个方向分力的数值, 这样判别水平方向。一般手机系统默认重力感应的中心为水平放置。但是在应用中, 用户在娱乐时难以做到让手机永远保持水平姿势。所以, 用户也可以自己选择设置持握状态下的中心。

四、传感器技术发展现状

现代信息技术的三大支柱是传感器技术、通信技术和计算机技术, 它们分别完成对被测量的信息提取、信息传输及信息处理[2]。在传感器设备领域, 我国产业目前还不能满足市场发展需要。有关人士表示, 目前国产的传感器芯片已经大规模使用, 例如公交卡、酒店的房卡, 以及手机近场支付等领域。

但是, 高频和超高频等高端芯片, 如酒品和服装的标签, 和国外相比依然有欠缺, 有待进一步的技术突破。我国在低端的温度、湿度传感器方面取得了一些进展, 但是在比较高端的传感器方面, 尤其是那种将感知、传输和处理集成到小尺寸芯片中的高端微机电系统方面, 和国外相比仍有较大差距。

传感器领域发展遇阻, 也对我国未来一段时间的物联网产业推广造成相当大的困扰, 如果用国外产品, 在安全性可能会有很多的顾虑。随着科学技术的发展, 传感器技术发展的趋势将是开发新材料与传感器智能化发展相结合。

传感器材料是传感器技术的重要基础, 是传感器技术升级的重要支撑。随着材料科学的进步, 传感器技术日臻成熟, 其种类越来越多, 除了早期使用的半导体材料、陶瓷材料以外, 光导纤维以及超导材料的开发, 为传感器的发展提供了物质基础。传感器技术的不断发展, 也促进了更新型材料的开发, 如纳米材料等。美国NRC公司已开发出纳米Zr O2气体传感器, 控制机动车辆尾气的排放, 对净化环境效果很好, 应用前景比较广阔。由于采用纳米材料制作的传感器, 具有庞大的界面, 能提供大量的气体通道, 而且导通电阻很小, 有利于传感器向微型化发展, 随着科学技术的不断进步将有更多的新型材料诞生。

五、结束语

近年来, 智能化传感器开始同人工智能相结合, 创造出各种基于模糊推理、人工神经网络、专家系统等人工智能技术的高度智能传感器, 它已经在家用电器方面得到利用, 相信未来将会更加成熟。智能化传感器是传感器技术未来发展的主要方向。

在今后的发展中, 智能化传感器无疑将会进一步扩展到化学、电磁、光学和核物理等研究领域。未来, 传感器将与智能技术完美契合, 一步一步地向智能化的完美生活迈进, 不仅将颠覆我们的视野, 更将便利我们的生活和日常工作的各个方面。

摘要：介绍了传感器的分类和工作原理, 智能手机中霍尔传感器、指纹识别传感器、光电传感器、加速度传感器等技术的应用及传感器发展现状。

关键词：智能传感器,指纹识别传感器,三轴陀螺仪,位移传感器

参考文献

[1]严宏剑.传感器技术在生产实践中的研究与应用[J].计量与测试技术, 2006 (6) :39-40.

智能传感器的典型应用 篇10

关键词：RTP协议,视频监控,视频传感器

1、智能视频传感器应用意义

视频监控以其直观、内容丰富的特点, 对现代生活方式产生了巨大的影响。利用当今的计算机视觉理论、成像学理论和视频内容分析技术我们可以容易的检测、识别监控目标。使用现代的多功能智能传感器将这些先进技术运用于视频监控, 使得监控系统具有更大的灵活性和更多的选择性。这样以来可以满足更多的业务需求, 提供更方便、更好的视频服务性能。目前, 视频监控市场的应用主要局限于局域网络传输, 这就需要全职人员负责管理网络, 这与互联网信息时代给人们带来的便利相背离。充分利用有效的视频采集和处理的软件和硬件设备、移动端的新趋势和Internet网络通信技术以及宽带传输网络, 在智能手机等移动终端实时视频监控终端, 具有广阔的应用和市场空间。

2、总体架构与设计

与传统的智能网络视频监控系统相比, 本系统监控前端和用户直接交互, 随时随地介入和访问等功能都是一个创新的设计, 是智能前端视频监控系统集成;智能化特性和易于使用是本系统的一个亮点。智能视频传感器:布控在监控现场, 由视频摄像机和嵌入式电脑设备组成。它能够完成视频的实时采集、分析及早期预警并反馈;对实时视频进行压缩编码并传输, 同时接收监控工作人员命令或控制中心命令, 执行相应动作, 如摄像机旋转等。

3、开发及运行环境介绍

建立交叉编译环境:在一种平台上交叉编译后的可执行代码在另一个平台上运行。

本系统开发平台采用虚拟机上的GNU/Linux系列的Ubuntu 10.10操作系统和英特尔X86架构的CPU处理器体系, 目标板平台的操作系统是Red Hat Linux 9和平台采用ARM 9架构体系。

安装GNU工具链:arm-linux-gcc

Qt库的移植:Qt是一个跨平台的C++图形用户界面应用程序开发框架。它既可以开发GUI程序, 也可用于开发非GUI程序, 比如控制台工具和服务器。使用Qt/Embedded的嵌入式系统具有QT的PC系统的所有功能。

①用上述交叉编译工具编译并安装完成后, 在所需使用的工具和库目录/usr/local/arm/qt-4.7.3_forarm中, 可以查看开发机交叉编译目标板程序的makefile生成工具qmake。

②实际目标板只用到字体和动态库等, 将编译过的文件全部拷贝到目标板lib目录中 (系统默认库位置) , 就可完成移植Qt库。

x264库的移植:x264库是开源的H.264标准实现, 在Video Lan官网http://www.videolan.org/上可以下载源码包, 针对本项目开发板也需要同Qt库类似进行交叉编译移植。

①以下是编译安装脚本:

②完成后生成x264.h、静态库及动态库libx264.so, 存放在include和lib文件夹下, 与Qt的移植相同, 复制到目标板上即可完成x264的移植。

总结:

无论从技术还是市场角度, 实时流媒体传输技术在网络视频监控系统中的应用具有无可比拟的优越性。特别是对于窄带远程监控尤为重要。当然, 这种方法可能会影响图像质量, 然而, 随着数字视频技术的发展, 当前的数字视频压缩格式, 如H.264, 完全满足视频监控和记录的需要。因此, 将嵌入式终端芯片处理技术融入到智能网络监控系统进行开发与应用, 将传统的数字视频监控技术与实时流媒体技术相结合是一种必然趋势。

参考文献

[1]Collins R T, Lipton A, Kanade T, et al.A system for video surveillance and monitoring[M].Pittsburg:Carnegie Mellon University, the Robotics Institute, 2000.