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075512 智能式传感器 第12章 智能式传感器 第12章 智能式传感器 12.1.1 智能式传感器的概念与形式 20世纪80年代中期以来，随着微处理器技术的迅猛发展并与传感器的密切结合，使传感器不仅具有传统的检测功能，而且具有存储、判断和信息处理的功能。由微处理器和传感器相结合构成的新颖传感器，即智能式传感器（Smart Sensor）。所谓智能式传感器就是一种以微处理器为核心单元的，具有检测、判断和信息处理等功能的传感器。 第12章 智能式传感器 第12章 智能式传感器 近几年来，人们提出了智能结构的概念，也就是将传感元件、致动元件以及微处理器集成于基底材料中，使材料或结构具有自感知、自诊断、自适应的智能能力。智能结构涉及到传感技术、控制技术、人工智能、信息处理和材料学等多种学科与技术，是当今国内外竞相研究开发的跨世纪前沿科技。对此，本章将作简要介绍。 第12章 智能式传感器 第12章 智能式传感器 （3）检测与处理方便 它不仅具有一定的可编程自动化能力可根据检测对象或条件的改变，方便地改变量程及输出数据的形式等，而且输出数据可通过串行或并行通讯线直接送 人远地计算机进行处理。 第12章 智能式传感器 （4）功能广 不仅可以实现多传感器多参数综合测量，扩大测量与使用范围。而且可以有多种形式输出（如RS232串行输出，PIO并行输出，IEEE—488总线输出以及经D／A转换后的模拟量输出等）。 （5）性能价格比高 在相同精度条件下，多功能智能式传感器与单一功能的普通传感器相比，其性能价格比高，尤其是在采用比较便宜的单片机后更为明显。 第12章 智能式传感器 本节所介绍的智能式传感器的设计，主要从系统的角度考虑硬件和软件的设计，至于传感器本体的设计此处不作介绍。 12.2.1 硬件设计 1．微处理器系统的设计 微处理器系统主要由中央处理器CPU、存储器（ROM、RAM）、总线结构（地址总线、数据总线和控制总线）、输人输出口（串行口和并行口）等组成。 第12章 智能式传感器 第12章 智能式传感器 第12章 智能式传感器 第12章 智能式传感器 第12章 智能式传感器 第12章 智能式传感器 图12－2为程控测量放大器电路原理图，其中增益选择开关S1－S’1，S2－S’2，S3－S’3，成对动作，每一时刻仅有一对开关闭合。当改变数字量输人编码，则可改变闭会树开关号，选择不同的反馈电阻，达到改变放大器增益的目的。目前常用的程控测量达木器为美国AD公司生产的LH0084PGA芯片。 隔离放大器又称隔离器，其输人电路、输出电路和电源之间没有直接的电路耦合，信号的传递与电源电能的传递均通过磁路或光路实现。它不仅具有通用运算放大器的性能，而且输人公共地和输出公共地之间有良好的绝缘性能。它可以有效地消除共模干扰的影响生保证测量系统的安全。目前常用的隔离放大器有美国AD公司生产的Model277和Model288等。 第12章 智能式传感器 3．A/D、D/A的设计 前面各章所介绍的传感器，如温度、压力、流量、电感、电阻等，它们的输出量均为模拟量（电压或电流）。然而微处理器只能接收数字量，因此在智能式传感器中，传感器和微处理器之间要通过模数转换器。 第12章 智能式传感器 它的功能是将输人的模拟电压信号成比例地转化为二进制数字信号。当需要传感器的输出起控制作用时，数模转换器又将微处理器处理后的数字量转换为相应的模拟量信号。因此A/D和D/A转换器是智能式传感器不可缺少的重要环节。这里我们不讲述它们的工作原理，只介绍A/D和D/A的选择及接口电路的设计。 (1)A/D转换器 常用的A/D转换器主要有三种：双积分式、逐次逼近式、并行比较式。 第12章 智能式传感器 第12章 智能式传感器 第12章 智能式传感器 ②转换时间与转换频率 设A/D转换器已处于准备就绪状态，从A/D转换器的启动信号加人时起，到获得与输人信号对应的输出信号为止，所需的时间称为A/D转换器的转换时间。转换频率与转换时间成反比，但是对于A/D转换器的最大可能的转换频率，除了前述的转换时间外，还包括复位信号将A/D转换器全部恢复到零的时间。A/D转换器的转换时间或最高工作频率，一般与A/D转换器的位数、输出形式以及输人信号的大小有关。逐次逼近式ANM换器的转换时间与位数有关，与输人信号大小无关；而双积分式A/D转换器的转换时间随输人信号的幅值而异。 第12章 智能式传感器 第12章 智能式传感器 第12章 智能式传感器 第12章 智能式传感器 （3）ADC、DAC与微处理器接口 ADC在每一次