傳感器技術論文范文

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第1篇

現(xiàn)在在各個領域當中都普遍的運用到了傳感器技術，集成化方向已經(jīng)成為機電系統(tǒng)當中的傳感器技術的發(fā)展趨勢，集成化傳感器具有較強的穩(wěn)定性、較輕的重量、較小的體積以及較高的可靠性等特點，同時還具有較低的生產(chǎn)成本，非常容易實現(xiàn)批量生產(chǎn)，因此具有非常廣闊的發(fā)展前景。

2傳感器技術在機電技術當中的應用

由于傳感器的電磁兼容性能比較強，因此具有較高的數(shù)據(jù)存儲技術可行性，同時還不容易丟失其中的模塊參數(shù)。智能濾波算法以及A/D轉換技術等先進的技術都在傳感器當中得到了應用，就算是滿量程的時候，傳感器仍然可以使穩(wěn)定的輸出碼得到保證。傳感器的通訊接口屬于標準的接口，其能夠與計算機進行直接的連接，同時也可以連接標準的工業(yè)控制總線，具有十分靈活的使用方式。

2.1在機器人中傳感器技術的應用

作為典型的仿生裝置，機器人對傳感器技術進行了充分的應用。通過將感知到的物理量向電量進行轉化，機器人就可以實現(xiàn)信息輸出，在這個過程中對機器人傳感技術進行了充分的利用，其中包括兩方面的內(nèi)容，也就是外部傳感器以及內(nèi)部傳感器。外部傳感器需要通過檢測外部信息，從而對工作環(huán)境進行判別，為機器人提供必要的信息，使之能夠?qū)Σ僮鲗ο筮M行準確的控制。而實施系統(tǒng)的控制是內(nèi)部傳感器的主要功能，其能夠?qū)C器人的狀態(tài)進行有效的檢測，保證機器人在工作的過程中能夠按照要求來進行。內(nèi)部傳感器可以將具有價值的信息提供給外部傳感器，從而能夠使機器人對外部的環(huán)境產(chǎn)生有效的感知，并且將相應的動作做出。與此同時，在科技生產(chǎn)的過程中，還可以利用對機器人的操作從而能夠?qū)Ψ答伒囊庖娺M行獲取。

2.2在機械制造行業(yè)中傳感器技術的應用

由于在機械制造行業(yè)當中需要實施包括加工精度等在內(nèi)的動態(tài)特性測量，因此要利用傳感器針對機械阻抗以及振動等相關部件當中的參數(shù)進行測量，從而對其動態(tài)特性進行檢驗。如果需要在線監(jiān)測與控制超精加工中的零件尺寸的時候，就要利用傳感器將相關的信息提供出來。比如利用傳感器針對數(shù)控車床中車刀的位置進行檢測；由于工件的表面精度以及尺寸在很大程度上都會受到刀尖形狀的影響，可以采用在車刀上放置的振動傳感器對其鋒銳的程度進行檢驗。還可以利用液面?zhèn)鞲衅麽槍σ簤合到y(tǒng)中的油量以及車床中的油進行監(jiān)測。

2.3在環(huán)境當中傳感技術的應用

傳感器網(wǎng)絡在環(huán)境監(jiān)測當中通常具有一系列的優(yōu)點，其中包括無需專人現(xiàn)場維護、可以長期不用對電池進行更換、具有十分簡單的布置等。可以利用對節(jié)點進行密集的布置，從而對微觀的環(huán)境因素進行觀察。在環(huán)境監(jiān)測領域當中對傳感器網(wǎng)絡具有非常廣泛的應用，其中包括微觀觀測生物群落、森林火災報警、觀察氣象現(xiàn)象、觀測海島鳥類的生活規(guī)律等。

2.4在火災報警當中傳感器技術的應用

防災報警裝置是現(xiàn)代建筑必須要具備的，其中最為關鍵的就是火災報警系統(tǒng)。在發(fā)生火災的時候一般都會出現(xiàn)有害氣體、高溫、火光以及煙霧等。如果將傳感器運用到火災報警系統(tǒng)當中，就可以對異常的信號進行轉化，使之變成容易進行傳送的形式，然后就可以利用消防網(wǎng)絡向指揮中心提供火災地點的報告。

3結語

第2篇

本文以常用的車載物流過程為研究對象，在貨柜中部署傳感器節(jié)點，來實時監(jiān)測貨物運輸過程的相關環(huán)境參數(shù)，WSN中的匯聚節(jié)點通過藍牙傳輸協(xié)議將數(shù)據(jù)傳給作為網(wǎng)關的智能手機，智能手機通過GPS衛(wèi)星定位將位置信息加入到參數(shù)數(shù)據(jù)中，再通過移動通信網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_系統(tǒng)中。本論文研究主體為車載部分，其架構如圖2所示。

1.1傳感器節(jié)點的設計本系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點的主要任務是實時監(jiān)測相關環(huán)境參數(shù)，并對其他節(jié)點轉發(fā)來的數(shù)據(jù)進行存儲和轉發(fā)，使數(shù)據(jù)通過WSN傳輸?shù)絽R聚節(jié)點處，其處理能力、存儲能力和通信能力要求不高，因此采用簡單節(jié)約的設計方案。如圖3所示，傳感器節(jié)點由傳感器模塊、處理器模塊、射頻模塊、電源模塊和電路等部分組成。傳感器模塊負責對所需參數(shù)進行采集和模數(shù)轉換。處理器模塊負責控制整個傳感器節(jié)點的操作，存儲和處理傳感器模塊采集的以及射頻模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。射頻模塊負責與其他節(jié)點之間的通信，對數(shù)據(jù)進行發(fā)送或接收。電源模塊負責為整個節(jié)點提供運行所需的能量，是決定節(jié)點壽命的關鍵因素之一。電路則包括聲光電路、復位電路及接口電路等。（1）處理器模塊。處理器模塊是傳感器節(jié)點的核心部分，本設計方案中，處理器選用德州儀器（TI）公司的16位超低功耗微控制器MSP430F135，該處理器采用1.8V-3.6V的低電壓供電，可以在低電壓下以超低功耗狀態(tài)工作，非常適合應用在對功耗控制要求甚高的無線傳感器網(wǎng)絡。該處理器同時擁有較強的處理能力和較豐富的片內(nèi)資源，擁有16kB閃存、512BRAM、2個16位的定時器、1個通用同步異步接口（USART）、12位的模數(shù)轉換器（ADC）和6個8位并行接口。（2）射頻模塊。在無線傳感器網(wǎng)絡實際應用中，傳感器節(jié)點既需要發(fā)射又需要接收數(shù)據(jù)，因此本設計方案中的射頻模塊采用收發(fā)一體的無線收發(fā)機。射頻模塊采用Chipcon公司推出的無線收發(fā)芯片CC2420，它的工作電壓位于2.1~3.6V之間，收發(fā)電流不超過20mA，功耗低；其具有很高的集成度，只需要較少的電路就可工作，天線設計采用PCB天線，進一步減小模塊體積。CC2420工作在2.4GHz頻段上，支持IEEE802.15.4和Zig-Bee協(xié)議；采用O-QPSK調(diào)制方式，抗鄰道干擾能力強；128B接收和128B發(fā)射用的數(shù)據(jù)緩存空間，數(shù)據(jù)傳輸速率高達250kb-ps。（3）傳感器模塊。傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)采集部分根據(jù)實際需要選擇相應的傳感器，如溫度、濕度、振動、光敏、壓力等傳感器。本文的研究重點不在傳感器上，因此僅以溫濕度傳感器作為例子。本方案采用Sensirion公司的SHT15溫濕度傳感器，該傳感器將傳感元件和信號處理電路集成在一起，輸出完全標定的數(shù)字信號[3]。其工作溫度范圍在-40℃-123.8℃之間，其在-20℃-70℃范圍內(nèi)，溫度測量精度在±1℃以內(nèi)；濕度范圍在0%-100%之間，在10%-90%范圍內(nèi)，濕度測量精度在±2%以內(nèi)。

1.2匯聚節(jié)點的設計在本系統(tǒng)中，匯聚節(jié)點的主要任務是接收傳感器節(jié)點轉發(fā)來的數(shù)據(jù)，進行存儲和處理后傳輸?shù)骄W(wǎng)關節(jié)點處，同時，接收來自網(wǎng)關節(jié)點的信息，向傳感器節(jié)點監(jiān)測任務。匯聚節(jié)點是連接WSN和外部網(wǎng)絡的接口，實現(xiàn)兩種協(xié)議間的轉換，使用戶能夠訪問、獲取和配置WSN的資源，對其處理能力、存儲能力和通信能力要求較高。而為了與傳感器節(jié)點匹配，匯聚節(jié)點的硬件結構與傳感器節(jié)點基本相似，如圖4所示，匯聚節(jié)點沒有傳感器模塊，增加了存儲器模塊和藍牙通信模塊。（1）處理器模塊。同樣的，處理器模塊也是匯聚節(jié)點的核心部分，主要負責控制整個匯聚節(jié)點的操作，存儲和處理來自射頻模塊或者藍牙通信模塊的數(shù)據(jù)，再將處理結果交給射頻模塊或者藍牙通信模塊發(fā)送出去。本設計方案中，處理器選用TI公司的16位超低功耗微控制器MSP430F1611，該處理器和MSP430F135一樣，可以在1.8V~3.6V的低電壓下以超低功耗狀態(tài)工作，但其擁有更強的處理能力和更豐富的片內(nèi)資源，48kB閃存和10KBRAM、2個16位定時器、1個快速12位ADC、雙12位DAC、2個USART接口和6個8位并行I/O接口。（2）存儲器模塊。考慮到物流運輸過程中環(huán)境多變，容易帶來一些不確定因素，這些不確定因素可能引起處理器自帶的存儲器中的數(shù)據(jù)丟失，因此匯聚節(jié)點需要存儲一些重要的數(shù)據(jù)。本設計方案中，匯聚節(jié)點的外部存儲器芯片選用由Mi-crochip公司生產(chǎn)的24AA64，工作電壓低至1.8V，它采用低功耗CMOS技術，工作時電流僅為1mA，而且可以在惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定工作。由于匯聚節(jié)點對存儲容量要求不高，而且24AA64芯片的存儲容量為64KB，擦寫次數(shù)可達到百萬次，因此一塊芯片即可滿足本系統(tǒng)的存儲要求。（3）藍牙通信模塊。本系統(tǒng)采用智能手機作為后臺系統(tǒng)和WSN之間的網(wǎng)關，來實現(xiàn)遠距離的數(shù)據(jù)傳輸。為了使匯聚節(jié)點與智能手機能夠進行通信，采用藍牙通信協(xié)議。而在匯聚節(jié)點使用藍牙通信方式需要增加一個藍牙通信模塊。本設計方案中，采用SparkFun公司的BlueSMiRF模塊，其工作電壓為3.3V-6V，工作電流最大為25mA，功耗較低；其最大傳輸距離為100m，通信速率最高可達115200bps；其天線為PCB天線，所需器件很少，故模塊的體積很小，可以通過串行接口直接與處理器模塊相連。

1.3網(wǎng)關節(jié)點的設計本系統(tǒng)要求在后臺系統(tǒng)和WSN部署點間進行雙向通信，為了實現(xiàn)遠距離的數(shù)據(jù)傳輸功能，有兩種方案，一是匯聚節(jié)點增加移動通信模塊，如GPRS模塊[4]；二是采用智能手機作為后臺系統(tǒng)和匯聚節(jié)點之間的網(wǎng)關。方案一對匯聚節(jié)點的要求進一步提高，不僅處理過程更加復雜，其能量消耗也大大提高；另一方面要實現(xiàn)物流過程的跟蹤，還需有定位功能，一般采用GPS模塊[5]，這樣成本也將大大提高。相比之下，方案二優(yōu)勢明顯，采用智能手機可以進行各種復雜的數(shù)據(jù)處理，進行大量數(shù)據(jù)的存儲，使用移動通信網(wǎng)絡與后臺系統(tǒng)進行通信，使用內(nèi)置的GPS定位功能，后臺用戶可以在緊急事件發(fā)生時直接聯(lián)系貨車司機等。因此，本系統(tǒng)采用智能手機作為網(wǎng)關節(jié)點。本設計方案中，采用中國移動M811手機作為測試對象，其支持4G/3G/GPRS等移動網(wǎng)絡，可以方便地使用移動網(wǎng)絡與后臺系統(tǒng)進行通信；其具有GPS定位功能，可以實現(xiàn)貨車定位；具有藍牙通信功能，可與匯聚節(jié)點間采用藍牙通信；使用An-droid4.0操作系統(tǒng)，擁有豐富的開源資源，方便軟件的設計。

2系統(tǒng)軟件部分設計

本系統(tǒng)使用WSN中的傳感器節(jié)點檢測物流過程中相關環(huán)境參數(shù)并發(fā)送到匯聚節(jié)點處，由其將數(shù)據(jù)通過藍牙連接傳輸?shù)街悄苁謾C，智能手機通過移動通信網(wǎng)絡將加入GPS信息的數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_服務器。系統(tǒng)各部分的工作任務不一，硬件條件也有很大差別，因此系統(tǒng)的軟件設計也十分關鍵。

2.1傳感器節(jié)點程序設計傳感器節(jié)點主要承擔數(shù)據(jù)采集和發(fā)送的工作，由于其能量及處理資源有限，因此需要采取節(jié)能和減少數(shù)據(jù)處理的設計方案。本設計方案中，傳感器節(jié)點采取按需求喚醒的工作方式，檢測等待時間（等待時間可由后臺設置）未到或者沒有收到匯聚節(jié)點命令時節(jié)點處于休眠狀態(tài)；當?shù)却龝r間一到或者收到命令時，立刻開始工作，進行采集數(shù)據(jù)并發(fā)送，或者根據(jù)命令完成相應操作，完成后又進入休眠狀態(tài)，等待下一次激活，其程序流程如圖5所示。

2.2匯聚節(jié)點程序設計匯聚節(jié)點的主要任務是接收傳感器節(jié)點轉發(fā)來的數(shù)據(jù)，處理后通過藍牙傳輸?shù)骄W(wǎng)關節(jié)點處，同時接收來自網(wǎng)關的命令，完成相應的操作。相比于傳感器節(jié)點，匯聚節(jié)點的工作更加復雜，而且其能量和處理資源也不多，因此采取與傳感器節(jié)點相似的節(jié)能設計方案，將復雜的數(shù)據(jù)處理工作交予網(wǎng)關節(jié)點，其程序流程如圖6所示。

2.3智能手機APP設計智能手機作為本系統(tǒng)的網(wǎng)關節(jié)點，承擔協(xié)議轉換、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理等復雜工作，因此開發(fā)相應的應用程序（Applica-tionProgram，簡稱APP）來實現(xiàn)上述功能，其流程圖如圖7所示。該APP實現(xiàn)對智能手機內(nèi)部藍牙模塊的調(diào)用，通過藍牙連接與匯聚節(jié)點通信；利用智能手機的GPS模塊獲取位置信息，加入到接收到的傳感器數(shù)據(jù)中，再通過移動通信網(wǎng)絡傳輸?shù)胶笈_系統(tǒng)；接收后臺系統(tǒng)的命令，完成相應的操作；同時通過智能手機對應的界面提供數(shù)據(jù)顯示、告警提醒以及日志功能。

3結語

第3篇

傳感器是一種檢測裝置，其測量對象是被檢測系統(tǒng)的信息，然后將其以不同的形式進行傳輸、處理和管理等工作，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對被檢測系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的自動測量和控制。簡單來說，傳感器的作用就是類似于人的感覺器官，幫助機電一體化系統(tǒng)探索和發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)當中存在的問題。因此，將傳感器技術應用于檢測機電一體化系統(tǒng)的操作對象以及運行環(huán)境狀態(tài)，能夠精確、快速的獲取機電一體化系統(tǒng)的運作信息，有效地提高了機電一體化系統(tǒng)的運行水平。目前，傳感器技術已經(jīng)被廣泛用于人們的生活和生產(chǎn)當中，引起了人們的高度重視。但是與此同時，由于傳感器技術在我國的起步較晚，在發(fā)展過程中仍然存在著一些局限性，因此為了提高傳感器技術的精確度，還需要對其進行進一步的改進與完善。

2傳感器技術在機電一體化中的應用價值

機電一體化技術包含機械制造技術、微電子技術、信息處理技術、自動控制技術以及人工智能技術等多方面內(nèi)容，在發(fā)展過程中直接導致了自動化技術的產(chǎn)生。而從某種程度上說，傳感器技術是機電一體化發(fā)展過程中不可缺少的關鍵技術，影響著機電一體化系統(tǒng)的自動化程度，具有非常重要的應用價值。

2.1傳感器技術在機械加工過程中的應用

眾所周知，在機械加工的過程中，需要檢測的地方有很多，下面將從兩個個方面進行簡要介紹：第一，將傳感器技術應用于機械的切削過程和機床運行過程。現(xiàn)階段，在切削方面，傳感器技術主要是對切削過程中的機械設備切削力的變化狀態(tài)進行控制，通過分析這個過程當中的相關數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對設備運行狀態(tài)的了解，保證切削過程的順利進行，提高切削過程的生產(chǎn)效率，以及降低材料的消耗量。將傳感器技術應用到機床的運行當中，主要是為了對機床的驅(qū)動系統(tǒng)、溫度進行檢測，從而保證機床運行的安全性，通過分析得到的相應參數(shù)，從而不斷提高機床的運行效率和精度。第二，將傳感器技術應用到工件的生產(chǎn)過程。與切削和機床的運行過程相比，工件的生產(chǎn)過程監(jiān)視是非常重要，而且研究和應用也是最早、最多的。首先，在加工之前需要對所用的加工設備和坯件進行自動檢查，從而保證加工過程的正常進行，比如說自動判斷和調(diào)整坯件的夾持方位等；其次，在加工過程中，也有嚴格的要求，對切削的剫、力度、扭矩等參數(shù)都需要進行自動檢測，以保證加工條件處于最佳狀態(tài)，除此之外，對于在這個過程中加入傳感技術的其他目的還在于提高切削過程的生產(chǎn)效率；最后，在加工完成之后還需要對工件的合格與否進行測量，例如工件的尺寸、粗糙程度、形狀等，由于檢查的過程比較繁瑣和復雜，所以這些檢測需要能夠自動的進行，并且可以將檢測結果直接輸入到下一道程序，從而選用合格的產(chǎn)品。

2.2傳感器技術在汽車行業(yè)中的應用

近年來，隨著傳感器技術在汽車行業(yè)中的廣泛應用，現(xiàn)代汽車不斷朝著智能化、小型化和電子化發(fā)展，進入了全新時期。目前，在汽車的制造過程中，為了實現(xiàn)汽車的機電一體化，需要用自動控制系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械式控制裝置，將先進的監(jiān)測和控制技術擴大到汽車的全身，從而全面改善汽車的功能，不斷增加汽車的人性化服務、減少排氣污染和汽油損耗、提高汽車的安全駕駛和舒適性。比如說，在實現(xiàn)汽車的一體化過程中，凡是和電子控制有關的系統(tǒng)或是裝置都離不開傳感器的應用，尤其是在安全報警裝置、信息裝置和自動變速器等裝置當中，所以這也要求傳感器能夠適應惡劣的環(huán)境，無論是塵土彌漫還是風雨交加的時候，都能夠保證具有很好的密封性，與此同時還應該具備一定的抗干擾能力，尤其是安裝在汽車發(fā)動機內(nèi)的傳感器，需要能夠承受得住發(fā)動機在工作時的高溫和高壓環(huán)境。

3我國傳感器技術在機電一體化中的發(fā)展現(xiàn)狀和未來方向