Atsiradus intelektualiam laikui, vis labiau pabrėžiami įvairių išmaniųjų jutiklių tyrimai ir pritaikymas. Išmanieji jutikliai taip pat turi turtingas informacijos apdorojimo galimybes remiantis tradiciniais jutikliais ir gali suteikti išsamesnes funkcijas.
Straipsnyje pristatoma dabartinė dažniausiai naudojamos temperatūros, slėgio, inercinių, biocheminių ir RFID jutiklių tyrimų būklė ir jų pagrindinis vaidmuo pramoniniuose atnaujinimuose ir novatoriškose programose, tokiose kaip daiktų internetas (IOT), virtualioji realybė (VR), robotika, sveikatos priežiūros paslaugos, ir tt, ir laukiu intelektualių jutiklių plėtros tendencijos.
„Smart Sensor“ (išmanusis jutiklis) nurodo jutiklį su informacijos aptikimu, informacijos apdorojimu, informacijos atmintyje, loginiu mąstymu ir sprendimo funkcijomis.
Palyginti su tradiciniais jutikliais, kurie pateikia tik analoginius įtampos signalus, apibūdinančius matuojamą fizinį kiekį, išmanieji jutikliai visapusiškai naudoja integracijos technologiją ir mikroprocesoriaus technologiją, nustato suvokimą, informacijos apdorojimą, bendravimą viename ir gali suteikti tam tikro lygio žinių lygį informacijos, skleidžiamos skaitmenine forma.
Nuo tada, kai NASA (NASA) devintajame dešimtmetyje pasiūlė išmaniųjų jutiklių koncepciją, po dešimtmečių vystymosi, išmanieji jutikliai tapo pagrindine jutiklių technologijos plėtros kryptimi, atstovaujančiu šalies pramonės ir technologinių tyrimų galimybėms.
Dabartinė intelektualioji era, jutiklių svarba tapo ryškesnė ne tik „Pagaminta Kinijoje 2025“, „Vokietijos 2020 m. Aukštųjų technologijų strategija“ ir Europos Sąjunga, JAV, Pietų Korėja, Singapūras ir kt. . Vystymasis vaidina pagrindinį vaidmenį.
Aukštos kokybės, labai patikimos daugiafunkcinės kompleksinės automatinės, matavimo ir valdymo sistemos bei daiktų interneto kilimas ir plėtra, pagrįsta radijo dažnio identifikavimo technologija, vis daugiau ir daugiau pabrėžia išmaniųjų jutiklių, turinčių suvokimą, pažinimo gebėjimus, svarbą ir jo energingą bei greitą. Skubos plėtra.
Tobulinant CMOS suderinamą MEMS technologiją, miniatiūrinių išmaniųjų jutiklių kūrimas sulaukė stiprios techninės paramos, išmaniųjų jutiklių pramonė susiduria su labai svarbia istorinės plėtros galimybe.
Straipsnyje apibendrinta įvairių rūšių išmaniųjų jutiklių technologijų ir programų kūrimo būklė ir pateikiama perspektyva apie būsimą plėtros tendenciją.
1 turtingi ir įvairūs intelektualūs jutikliai, kurie
Siekiant patenkinti įvairių intelektualių programų poreikius, jutiklių kategorijos yra labai įvairios, tokios kaip: aplinkos jutikliai, inerciniai jutikliai, analoginiai jutikliai, magnetiniai jutikliai, biosensoriai, infraraudonųjų spindulių jutikliai, vibracijos jutikliai, slėgio jutikliai, ultragarsiniai jutikliai ir pan.
Tarp jų dažniau naudojami šie jutikliai.
Aplinkos jutikliai, daugiausia dujų jutikliai, barometriniai slėgio jutikliai, temperatūros jutikliai, drėgmės jutikliai ir pan.Dujų jutikliai gali būti pritaikyti oro valytuvams, DUI monitoriams, formaldehido ir kitų toksiškų dujų detektoriams namų balduose, taip pat pramoninių išmetamųjų dujų aptikimo įtaisus. Žmonėms atkreipiant dėmesį į aplinkos problemas, aplinkos jutiklių svarba tampa vis ryškesnė, o ateityje yra daug galimybių tobulėti.
Inerciniai jutikliai, daugiausia naudojami nešiojamuose gaminiuose, tokiuose kaip išmaniosios apyrankės, išmanieji laikrodžiai, VR šalmai ir pan.Inercinis jutiklis naudojamas judėjimo stebėjimui ir identifikavimui aptikti, informuojant nešiotoją apie mankštos kiekį, suvartotų kalorijų kiekį ir mankštos poveikį tą dieną.
Magnetiniai jutikliai, kurie daugiausia naudojami buitiniuose prietaisuose, pavyzdžiui, kavos virimo aparatai, vandens šildytuvai, oro kondicionieriai ir kt., Naudojami norint nustatyti, kiek kampo buvo pasuktas ar kiek kelionių buvo padaryta, ir paprastai rodomi prietaisų skydelyje. Be to, magnetiniai jutikliai taip pat naudojami durų magnetuose ir langų magnetuose ir tt Robotų intelektui ir tikslumui taip pat reikia magnetinių jutiklių.
Analoginiai jutikliai, kurie daugiausia naudojami išmaniuosiuose medicinos prietaisuose,Gali būti naudojamas kaip signalų, tokių kaip širdies plakimas ir elektrokardiogramos, įvestis ir vizualizuoti sveikatos duomenų išvestį, kad vartotojai galėtų suprasti savo pirmosios sveikatos ir mankštos duomenis.
Infraraudonųjų spindulių jutikliai dažnai naudojami infraraudonųjų spindulių kamerose, plačiuose robotuose ir kituose išmaniuosiuose namuose.
2 Smart jutiklių techninių tyrimų pažanga
Tikrai intelektualus jutiklis turėtų turėti šias funkcijas:
1) savęs kalibravimas, savęs kalibravimas ir automatinės kompensavimo funkcijos;
2) automatinis duomenų rinkimas, loginis sprendimo ir duomenų apdorojimo funkcijos;
3) savarankiškumo ir savarankiško priėmimo funkcijos;
(4) tam tikras saugojimo, identifikavimo ir informacijos apdorojimo funkcijų laipsnis;
5) dvipusis ryšys, standartinė skaitmeninio išėjimo ar simbolio išvesties funkcija;
(6) Algoritminis sprendimas, sprendimų priėmimo ir apdorojimo funkcijos.
Toliau pateiktas dažniausiai naudojamos temperatūros, slėgio, inercinio, biocheminio ir RFID jutiklių pavyzdys, siekiant įvesti intelektualios jutimo technologijos tyrimų progresą.
2.1 Išmaniosios temperatūros jutikliai
Temperatūros jutiklių vystymasis išgyveno šiuos dalykusTrys etapai: tradiciniai diskretiški temperatūros jutikliai, analoginiai integruoti temperatūros jutikliai ir visi intelektualūs temperatūros jutikliai.
Į XXI amžių intelektualūs temperatūros jutikliai juda link aukšto tikslumo, daugiafunkcinio, autobusų standartizacijos, didelio patikimumo ir saugumo, virtualių jutiklių ir tinklo jutiklių kūrimo, monolitinės temperatūros matavimo sistemos kūrimo ir kitų greito vystymosi krypčių.
Dabartiniame išmaniosios temperatūros jutiklyje yra temperatūros jutiklis, A/D keitiklis, signalo procesorius, atminties ir sąsajos grandinės, kai kurie produktai taip pat turi multiplekserį, centrinį valdiklį, atsitiktinės prieigos saugyklą ir tik skaitymo atmintį.
Intelektualiems temperatūros jutikliams būdingi galimybė išvesti temperatūros duomenis ir susijusį temperatūros valdymo tūrį, pritaikytą įvairiems mikrovaldikliams, ir yra pagrįsti aparatine įranga per programinę įrangą, kad būtų pasiekta bandymo funkcija, intelekto laipsnis priklauso nuo lygio. programinės įrangos kūrimo.
(1) Pagerinkite matavimo tikslumą ir skiriamąją gebą
Ankstyviausi intelektualūs temperatūros jutikliai prasidėjo viduryje -1990 s, naudojant 8- bitų A/D keitiklį, jo temperatūros matavimo tikslumas yra mažas, skiriamoji geba gali pasiekti tik 1 laipsnį.
Šiuo metu užsienio šalys išleido įvairius didelio tikslumo, didelės skiriamosios gebos intelektualiųjų temperatūros jutiklius, naudodamos 9 ~ 12- bitų A/D keitiklį, skiriamoji geba gali pasiekti 0. 5 ~ {{6 }}. 625 laipsnis. JAV Dalaso „Semiconductor Corporation“ naujai sukurtas DS 1624- tipo aukštos skiriamosios gebos intelektualiojo temperatūros jutiklis, kuris gali išvesti {{1 0}} bitų dvejetainių duomenų, tokių, kaip {0. 03 laipsnio. , temperatūros matavimo tikslumas ± 0,2 laipsnio.
Norint pagerinti daugiakanalio intelektualios temperatūros jutiklio konversijos koeficientą, taip pat yra lustų, kuriuose naudojami greitaeigiai iš eilės A/D keitiklis. AD7817 5- kanalo intelektualiojo temperatūros jutiklis, pavyzdžiui, tai yra vietinis jutiklis, kiekvienas nuotolinio jutiklio konvertavimo laikas atitinkamai tik 27 ms, 9 ms.
Kalbant apie aukšto tikslumo temperatūros matavimą, kai kurie mokslininkai sukūrė aukštos kokybės skaitmeninio temperatūros jutiklį, kurį sudaro kvarco derinimo šakutės rezonatorius, skaitmeninės sąsajos grandinės ir jutiklio iš naujo valdymo algoritmas, pagrįstas lauko programuojamu vartų masyvo ir Jutiklio jautrumas gali pasiekti 10 -6 laipsnio skaičių, tai yra, temperatūros matavimo skiriamąją gebą 0. 0 01 laipsnis, 1 s reakcijos laikas, o matavimo tikslumas yra 0,01 laipsnis.
(2) Patobulintos bandymo funkcijos
Nauja intelektualios temperatūros jutiklio bandymo funkcija yra nuolat tobulinama. Intelektualūs temperatūros jutikliai turi įvairius eksploatavimo režimus, iš kurių galima rinktis, įskaitant vieno konversijos režimą, nuolatinį konvertavimo režimą, budėjimo režimą, o kai kurie taip pat pridėjo žemos temperatūros ribos išplėtimo režimą.
Kai kuriems intelektualiems temperatūros jutikliams pagrindinį kompiuterį (išorinį mikroprocesorių ar mikrovaldiklį) taip pat galima nustatyti per atitinkamus jo A/D konversijos kurso, skiriamąją gebą ir maksimalų konvertavimo laiką.
Be to, intelektualūs temperatūros jutikliai vystosi iš vieno kanalo iki daugiakanalės krypties, o tai sukuria gerų sąlygų daugiakanalio temperatūros matavimo ir valdymo sistemos kūrimui.
(3) Autobusų technologijos standartizavimas ir standartizavimas
Šiuo metu intelektualios temperatūros jutiklio magistralės technologija taip pat buvo standartizuota ir normalizuota, naudojama magistralė daugiausia yra vienos laidos (-WIRE) magistralė, I 2 C magistralė, SMBUS autobusas ir SPI autobusas.
(4) Patikimumas ir saugos dizainas
Siekiant išvengti klaidingų veiksmų, kai temperatūros valdymo sistema yra trikdoma triukšmo, kai kuriems intelektualiems temperatūros jutikliams yra nustatytas programuojamas gedimo eilės skaitiklis, skirtas nustatyti, kiek kartų išmatuota temperatūros vertė leidžiama viršyti viršutinė ir apatinė ribos. Pertraukimo prievadą galima suaktyvinti tik tada, kai išmatuotos temperatūros skaičius nuolat viršija viršutinę ribą arba patenka žemiau apatinės ribos, pasiekia nustatytą kartų skaičių, o tai išvengia atsitiktinio triukšmo trukdžių įtakos temperatūros valdymo sistemai.
Siekiant išvengti lusto pažeidimo dėl žmogaus elektrostatinės iškrovos, kai kurie intelektualūs temperatūros jutikliai taip pat padidino elektrostatinę apsaugos grandinę, paprastai gali atlaikyti 1 ~ 4 kV elektrostatinės iškrovos įtampos.
Pvz., TCN75 intelektualios temperatūros jutiklio nuoseklioji sąsaja, pertraukimo/palyginimo signalo išėjimai ir adresų įėjimai gali atlaikyti 1 kV elektrostatinės iškrovos įtampos. LM83 intelektualus temperatūros jutiklis gali atlaikyti 4 kV elektrostatinės iškrovos įtampos.
2.2 Smartaus slėgio jutikliai
Intelektualūs slėgio jutikliai yra mikroprocesorių ir slėgio jutiklių derinys, todėl jų diegimo kelius galima suskirstyti į: neintegruotus integruotus integentiškus slėgio jutiklius, integruotus intelektualius slėgio jutiklius ir hibridinius intelektualius slėgio jutiklius.
Ne integruoti išmaniųjų slėgio jutikliai yra išmaniųjų slėgio jutiklių sistemos, sujungusios tradicinius slėgio jutiklius, signalo kondicionavimo grandines ir mikroprocesorius su skaitmeninėmis magistralės sąsajomis į vieną sistemą.
Šis neintegruotas slėgio jutiklis iš tikrųjų yra įprasta slėgio jutiklio sistema, turinti pridėtą mikroprocesoriaus jungtį. Todėl tai yra vienas greičiausių būdų ir priemonių įgyvendinti intelektualiojo slėgio jutiklių sistemą.
Integruotas intelektualus slėgio jutiklis yra monolitinė slėgio jautrių elementų integracija su signalo apdorojimu, kalibravimu, kompensacija, mikrovaldikliu ir kt. Jis daugiausia naudoja mikroelektromechaninės sistemos (MEMS) technologiją ir didelio masto integruotos grandinės proceso technologiją, ir naudoja silicį kaip bazinę medžiagą. Norėdami sukurti jautrius elementus, signalo kondicionavimo grandines ir mikroprocesorių blokus, ir integruoja juos į vieną lustą.
Sparčiai plėtojant mikroelektronikos technologijas ir taikant mikro-nanotechnologijas, gautas intelektualiojo slėgio jutiklis pasižymi miniatiūrizacijos, struktūrinės integracijos, aukšto tikslumo, daugiafunkcės, masyvo, visiško skaitmeninimo, lengvai naudojamo, lengvai veikiančio ir tokio veikimo charakteristikomis. ant.
Hibridinis intelektualus slėgio jutiklis yra atsižvelgiant į įvairių integruotų jungčių, tokių kaip jautrūs blokai, signalo kondicionavimo grandinės, mikroprocesoriaus blokai, skaitmeninės magistralės sąsajos, įvairių derinių, integruotų į 2 ~ 3 lustus, ir supakuotų į apvalkalą, ir supakuotos į apvalkalą, ir supakuotos į apvalkalą .
Hibridinė integracija siekiant intelekto yra intelektualus kelias, kuris puikiai tinka dabartinei technologinei plėtrai. Intelektualiojo slėgio jutiklio sistemoje mikroprocesorius gali realizuoti jutiklio programinės įrangos valdymą pagal nurodytą programą, pakeisdamas jutiklį iš vienos funkcijos į daugiafunkcinę funkciją. Intelektualūs slėgio jutikliai paprastai turi šias pagrindines funkcijas.
(1) Duomenų apdorojimo funkcijos.Intelektualūs slėgio jutikliai ne tik išmatuoja išmatuotus parametrus, bet ir pagal žinomus išmatuotus parametrus, galima automatiškai nulis, automatiškai subalansuoti, automatiškai kompensuoti ir pan.
(2) Automatinė diagnostinė funkcija.Tai yra pagrindinė intelektualaus slėgio jutiklių, intelektualių slėgio jutiklių funkcija per jo gedimų diagnozės programinę įrangą ir savaiminio patikrinimo programinę įrangą, automatinius jutiklius ir sistemos būseną reguliariai ir netaisyklingam aptikimui, bandymui, laiku aptikti gedimus, kad būtų galima diagnozuoti priežasties diagnozę gedimo, vietos ir pateikimo patarimų.
(3) Programinės įrangos konfigūracijos funkcija.Intelektualūs slėgio jutikliai dėl mikroprocesorių naudojimo, todėl yra ne tik būtini aparatūros komponentai, tokie kaip aptikimas, amplifikacija, A / D, D / A, ryšių sąsajos ir kt. duomenys. Intelektualiame slėgio jutiklyje yra nustatyta daugiarmodinė aparatūra ir programinė įranga, kad vartotojas per mikroprocesorių galėtų nusiųsti komandas, kad atliktų skirtingas funkcijas, o tai padidina jutiklio lankstumą ir patikimumą.
2.3 Pažangūs inerciniai jutikliai
Inerciniai jutikliai, plačiausiai naudojami MEMS jutiklių tipas, apima akselerometrus, giroskopus ir orientacijos jutiklius. „Mems“ technologija turi unikalų miniatiūrizuojančių inercinių jutiklių pranašumą ir sumažina išlaidas.
Šiandienos inercinio matavimo moduliai (IMU) gali integruoti triašį akselerometrą, triašį giroskopą ir triašį magnetometrą, kurio dydis yra 10 mm x 10 mm x 4 mm, kainuojant mažesnę nei dolerį. Šis inercinio matavimo modulis gali būti pritaikytas išmaniesiems telefonams ir nešiojamuose įrenginiuose, kad būtų galima įgyvendinti sporto ir sveikatos funkcijas, įskaitant eisenos stebėjimą, žingsnių skaičiavimą, kritimo aptikimą, miego stebėjimą, navigaciją patalpose ir kt.