隨著微處理器技術的迅猛發(fā)展及測控系統(tǒng)自動化、智能化的發(fā)展，要求傳感器準確度高、可靠性高、穩(wěn)定性好，而且具備一定的數(shù)據(jù)處理能力，并能夠自檢、自校、自補償。傳統(tǒng)的傳感器已不能滿足這樣的要求。高性能的傳感器，需要利用計算機技術與傳感器技術相結合來彌補其性能的不足。計算機技術使傳感器技術發(fā)生了巨大的變革，微處理器(或微計算機)和傳感器相結合，產生了功能強大的智能式傳感器。

什么是智能傳感器

硅微電子技術的成熟使得在單個芯片中實現(xiàn)復雜結構的微電子機械系統(tǒng)成為現(xiàn)實，也給傳感器的微型化提供了基礎。同時采用IC技術將信號處理和控制電路集成到單個芯片中，大大提高了傳感器的性能并擴展了傳感器的功能，即實現(xiàn)所謂的智能化。

所謂智能傳感器(intelligentsensor或smartsensor)，就是一種帶有微處理器的兼有檢測、判斷與信息處理功能的傳感器。智能傳感器的最大特點就是將傳感器檢測信息的功能與微處理器的信息處理功能有機融合在一起，從一定意義上講，它具有類似于人工智能的作用。

一般來說，智能傳感器是能夠實現(xiàn)對傳感器的原始數(shù)據(jù)進行加工處理，而并非僅僅是將模擬信號轉換為數(shù)字信號。根據(jù)EDC(ElectronicDevelopmentCorporation)的定義，智能傳感器應具備如下的特征：

可以根據(jù)輸入信號值進行判斷和制定決策

可以通過軟件控制作出多種的決定

可以與外部進行信息交換，有輸入輸出接口

具有自檢測、自修正和自保護功能

所謂的智能傳感器并非是簡單的單片機嵌入傳感器中將模擬信號轉換為數(shù)字信號，其實際所包括的內容要廣泛得多。從智能傳感器的概念產生和發(fā)展歷史來看，其經(jīng)歷了一個內涵不斷豐富的過程。即使是傳統(tǒng)意義上的智能傳感器也并不具備這種功能。正如上面所提到的，在80年代，將信號處理電路(濾波、放大、調零)與傳感器設計在一起，輸出0~5V電壓或4~20mA電流，這樣的傳感器即為當時意義上的“智能傳感器”;在80年代末期到90年代中后期，隨著單片機技術的發(fā)展，將單片微處理器嵌入傳感器中實現(xiàn)溫度補償、修正、校準，同時A/D變換器直接將原來的模擬信號轉換為數(shù)字信號，這樣一來將“智能傳感器”所包含的含義推進了一步。這種類型的傳感器在設計方法上已開始有所轉變，不再象以前是簡單的硬件構成，需要通過軟件對信號進行簡單處理，相應輸出的信號是數(shù)字信號;自“現(xiàn)場總線”概念提出以后，基于現(xiàn)場總線的測量控制系統(tǒng)得到了廣泛的應用，相應對傳感器的設計又提出了新的要求。從發(fā)展的角度看，未來單個傳感器獨立使用的場合將越來越少，更多的是多傳感器系統(tǒng)的應用以實現(xiàn)多參數(shù)的測量和多對象的控制。測量和控制信息的交換在底層主要是通過現(xiàn)場總線來完成。數(shù)據(jù)交換主要是通過Internet等網(wǎng)絡來實現(xiàn)。為了滿足這種多傳感器之間的信息交換，傳感器設計上軟件占主要的地位，通過軟件將傳感器內部各個敏感單元或與外部的智能傳感器單元聯(lián)系在一起。軟件對象不再是以前的單個對象，而是整個系統(tǒng)，其輸出的數(shù)字信號是符合某種協(xié)議格式的。從而可以實現(xiàn)傳感器與傳感器之間、傳感器與執(zhí)行器之間、傳感器與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和共享。因此智能網(wǎng)絡化是傳感器的未來發(fā)展方向。

智能網(wǎng)絡化傳感器及其系統(tǒng)的結構

從原理結構上看來，智能傳感器結構可以用下圖所示框圖來表示。

從上面的框圖可以發(fā)現(xiàn)，一般意義上的傳感器(即敏感單元)在智能傳感器中僅僅占很少的一部分，信號處理電路占主要部分。與普通傳感器相比，智能傳感器將傳感器使用過程中所涉及到的所有問題都包括了。

例如上圖所示的靈敏度、零點漂移、標定等，即使是單物理量測量傳感器，也必須有標準的接口獲取所，加上輸出顯示單元，這種單智能傳感器系統(tǒng)已經(jīng)涵蓋了傳統(tǒng)的儀表概念。

基于分布式智能傳感器的測量控制系統(tǒng)是由一定的網(wǎng)絡將各個控制節(jié)點、傳感器節(jié)點及中央控制單元共同構成。其中傳感器節(jié)點是用來實現(xiàn)參數(shù)測量并將數(shù)據(jù)傳送給網(wǎng)絡中的其他節(jié)點;控制節(jié)點是根需要的信息(如溫度、濕度等)以實現(xiàn)對被測物理量的標定和校準。在很多場合下?lián)枰獜木W(wǎng)絡中獲取所需要的數(shù)據(jù)并根據(jù)這些數(shù)據(jù)制訂相應的控制方法和執(zhí)行控制輸出。在整個系統(tǒng)中，每個傳感器節(jié)點和控制節(jié)點是相互獨立且能夠自治?？刂乒?jié)點和傳感器節(jié)點的數(shù)目可多可少，根據(jù)要求而定。網(wǎng)絡的選擇可以是傳感器總線、現(xiàn)場總線，也可以是企業(yè)內部的Ethernet，也可以直接是Internet。一個智能傳感器節(jié)點是由三部分構成：傳統(tǒng)意義上的傳感器、網(wǎng)絡接口和處理單元。根據(jù)不同的要求，這三個部分可以是采用不同芯片共同組成合成式的，也可以是單片式的。首先傳感器將被測量物理量轉換為電信號，通過A/D轉化為數(shù)字信號，經(jīng)過微處理器的數(shù)據(jù)處理(濾波、校準)后將結果傳送給網(wǎng)絡，與網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)交換有網(wǎng)絡接口模塊完成。

控制節(jié)點由微處理器、網(wǎng)絡接口及人機接口的輸入輸出設備組成。用來收集傳感器節(jié)點所發(fā)送來的信息，并反饋給用戶和輸出到執(zhí)行器，以實現(xiàn)一定的輸出。將所有的傳感器連接在一個公共的網(wǎng)絡上。為保證所有的傳感器節(jié)點和控制節(jié)點能夠實現(xiàn)即插即用，必須保證網(wǎng)絡中所有的節(jié)點能夠滿足共同的協(xié)議。無論是硬件還是軟件都必須滿足一定的要求，只要符合協(xié)議標準的節(jié)點都能夠接入系統(tǒng)。因此為了保證這種即插即用的功能，智能傳感器的節(jié)點內部必須包含微處理芯片和存儲器。一方面用來存儲傳感器的物理特征：偏移、靈敏度、校準參數(shù)，甚至傳感器的廠家信息(維護等)，另一方面用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和補償，以及輸出校準。由于這些功能的實現(xiàn)是在每個傳感器內部完成，相應的內部參數(shù)在傳感器出廠的時候已經(jīng)寫入內部寄存器中固定的單元，因此在更換和增加新的節(jié)點時候，無須對傳感器進行標定、校準。