对嵌入式智能传感器的理论研究

一、引言 传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱之一，随着科学技术的发展，对传感器性能的要求越来越高，数量越来越大，因此研究集成高性能的传感器对促进相关技术的发展是很有实际意义的。 目前世界上一些智能传感器（Smart Sensor）一般都是用单片机＋控制规则进行控制的，智能性不高，很少加入人工智能的思想，并不是真正意义上的智能传感器（Intelligence Sensor），本文利用嵌入式微处理机的功能和人工智能技术，给出了嵌入式智能传感器的定义及特点，并论证了它的可行性，给出了嵌入式智能传感器的一般结构框图及智能控制模块的功能，对未来传感器的发展有较重要的指导意义。 二、嵌入式智能传感器的定义及特点 1. 嵌入式智能传感器的定义 利用嵌入式微处理器、智能理论（人工智能技术、神经网技术、模糊技术）、传感器技术等集成而得到的新型传感器为嵌入式智能传感器。 2. 嵌入式智能传感器的性能特点 嵌入式智能化传感器是一种带嵌入式微处理器的传感器，是嵌入式微处理器，智能理论和传感器相结合而成的，它兼有检测、判断、网络、通信和信息处理等功能，与传统的传感器相比有很多特点： 具有思维、判断和信息处理功能，能对测量值进行修正、误差补偿，可提高测量精度；具有知识，可多传感器参数进行测量综合处理；根据需要可进行自诊断和自校准，提高数据的可靠性；对测量数据进行存取使用方便；有数据通信接口，能与微型计算机直接通信，实现远程控制；可在网上传送数据实现全球监测控制；可实现无线传输；主要由嵌入式微处理器和软件组成，成本低。 三、嵌入式智能传感器的可行性研究 1. 嵌入式微处理器的性能 目前嵌入式微处理器和嵌入式软件都达了一定的技术水平： (1) 硬件方面 目前嵌入式微处理器具有的功能特点如下： 体积小、低功耗、低成本、高性能；可以实现网上控制；支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集；FLASH存储器容量大，成本低，可以存贮大量的智能程序，执行速度更快；寻址方式灵活简单，执行效率高；指令长度固定，因此嵌入式智能传感器在硬件方已具备了条件。 (2) 软件方面 目前嵌入式软件都是与嵌入式微处理器相配套的，功能比较完善，虽然还没通用的嵌入式系统软件，但并不影响开发智能嵌入式电子设备；也可以用通用语言（如VC++等）进行开发。 2. 智能理论（人工智能技术、神经网技术、模糊技术） 人工智能技术、神经网技术、模糊技术在很多方面得到了成功的应用，常用的理论相对完备。所以实现嵌入式智能传感器从硬件，智能理论和软件方面是完全可行的。 四、嵌入式智能传感器的一般结构 一个完整的嵌入式智能传感器等同于嵌入式微处理器＋智能控制模块（人工智能技术、神经网技术、模糊技术）＋传感器系统，智能控制模块是一个智能程序，它具有相关领域的大量专家知识，它可以模拟人类专家解决问题的思维过程，且解决问题的能力不低于人类领域的专家。该系统能进行有效的推理，具有一定的获得知识的能力，但是总的功能在某些方面远超过人类专家的能力。具有灵活性，透明性，交互性，有一定的复杂性和难度。智能控模块通常由知识库、推理机、知识获取程序，综合数据库、四部分组成，并存放在嵌入式微处理器中。 1. 智能控制模的功能分析 (1) 知识库 用于存放嵌入式智能传感器运行过程中所需要的专家知识，经验值及传感器的基本参数，知识库中的知识是推理机发出命令的依据。 (2) 综合数据模块 用于存放嵌入式智能传感器的原始数据及各种常用数据及各种参数。 (3) 推理机 根据传感器及综合数据中的数据，利用知识库中的知识进行思维、判断、推理后作出判断，并对嵌入式智能传感器的各种参数进行修改。 2. 交互接口单元 用于外界对嵌入式智能传感器系统进行交互，包括对数据修改，添加，除，进行一致性、完整性的维护等功能。 3. 多传感器系统模块 由各种类型的普通传感器组成，负责提供外界信息。 4. 输出单元 用于输出正确的传感器信息，供用户使用。 5. 嵌入式微处理器 负责对数据的采集、处理、存储、管理、传送等任务。