智能传感器设计方法
系统构成 智能网络化传感器系统有四部分组成,即数据采集子系统、数据处理子系统、无线通信子系统、电源子系统。数据采集子系统中,敏感组件面对的是外界环境的模拟信号,与环境中检测的物理量有关,为了满足控制实时性要求,信号采样必须保证实时性,要求输出的信号为数字信号。数据处理子系统由微控制器、存贮器、嵌入式操作系统、测试和下载接口构成,微控制器是一个低功耗的系统级芯片,可以把采集子系统的信息经A/D转化成相应的数据直接处理。存贮器用于存贮数据、测量值及其它用户定义的数据。嵌入式实时操作系统,用于提供实时的调度与管理。接口为调试和下载程序提供标准接口。无线通信子系统由天线连接器和无线射频电路组成。电源子系统由电源供电单元和动态电源管理单元构成;动态电源管理单元支持运行相应的低功耗运算法则,最大限度延长电池的使用寿命。
信号处理方法 在网络化使用环境中,即插即用是对网络中的每个设备最基本的要求。但由敏感组件检测的物理量其输入输出关系不确定,有些是线性的,通常是非线性的,必须保证系统准确识别被测对象,确定被测对象信号位置,确定被测对象经由敏感组件后输入输出的关系,确定输入输出的物理量。类似于传统传感器设计时涉及的性能标定问题,信号处理必须满足上述要求。
接口设计 智能网络化传感器在物联网中应用时,通常涉及流程工业连续测控领域,可用于不同的网络场合,遵循不同的协议标准,要保证所设计的传感器完全满足这些协议较困难,就必须考虑接口问题,接口设计是智能网络化传感器与普通传感器的区别之一。
软件工具开发 传统传感器的研发主要由硬件构成,研究对象局限于传感机理、材料、结构、工艺等物理方面,而智能传感器的智能性则是在硬件基础上通过软件实现其价值,软件在智能传感器中占有重要成份,而智能化的程度与软件开发水平成正比。软件开发工具包括设计、通信、管理等,一般C、Labview,ActiveX等工具软件均可完成,用于实现传感器模型建立、标定参数建立、最佳标定模型选择等。
智能传感器的关键技术
智能传感器在硬件制造方面的关键技术主要有:
● 智能传感器模块中各芯片的设计技术。设计必须满足小型化、低成本、低功耗、抗干扰、灵活性要求,利用Ansys和MSC.Patran、MSC.Marc、MSC.Fatigue软件进行芯片设计和仿真。需建立数学模型、线路设计、可靠性设计等工作。
● 智能传感器的制备工艺技术。需突破MEMS工艺与集成电路IC工艺的相容性技术,智能传感器的小型化封装技术,智能传感器规模化生产技术等。
● 智能传感器的可靠性技术。目前国产传感器最大问题是产品可靠性不高,直接影响传感器应用,可靠性性设计、可靠性试验、可靠性筛选、可靠性管理这些技术问题必须贯穿产品制备始终。
● 智能传感器接口技术,特别是与外部网络的接口。