對嵌入式智能傳感器的理論研究

一、引言

傳感器技術(shù)是一項當今世界令人矚目的迅猛發(fā)展起來的高新技術(shù)之一，也是當代科學技術(shù)發(fā)展的一個重要標志，它與通信技術(shù)、計算機技術(shù)構(gòu)成信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱之一，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，對傳感器性能的要求越來越高，數(shù)量越來越大，因此研究集成高性能的傳感器對促進相關(guān)技術(shù)的發(fā)展是很有實際意義的。

目前世界上一些智能傳感器（Smart Sensor）一般都是用單片機＋控制規(guī)則進行控制的，智能性不高，很少加入人工智能的思想，并不是真正意義上的智能傳感器（Intelligence Sensor），本文利用嵌入式微處理機的功能和人工智能技術(shù)，給出了嵌入式智能傳感器的定義及特點，并論證了它的可行性，給出了嵌入式智能傳感器的一般結(jié)構(gòu)框圖及智能控制模塊的功能，對未來傳感器的發(fā)展有較重要的指導意義。

二、嵌入式智能傳感器的定義及特點

1. 嵌入式智能傳感器的定義

利用嵌入式微處理器、智能理論（人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)技術(shù)、模糊技術(shù)）、傳感器技術(shù)等集成而得到的新型傳感器為嵌入式智能傳感器。

2. 嵌入式智能傳感器的性能特點

嵌入式智能化傳感器是一種帶嵌入式微處理器的傳感器，是嵌入式微處理器，智能理論和傳感器相結(jié)合而成的，它兼有檢測、判斷、網(wǎng)絡(luò)、通信和信息處理等功能，與傳統(tǒng)的傳感器相比有很多特點：

具有思維、判斷和信息處理功能，能對測量值進行修正、誤差補償，可提高測量精度；具有知識，可多傳感器參數(shù)進行測量綜合處理；根據(jù)需要可進行自診斷和自校準，提高數(shù)據(jù)的可靠性；對測量數(shù)據(jù)進行存取使用方便；有數(shù)據(jù)通信接口，能與微型計算機直接通信，實現(xiàn)遠程控制；可在網(wǎng)上傳送數(shù)據(jù)實現(xiàn)全球監(jiān)測控制；可實現(xiàn)無線傳輸；主要由嵌入式微處理器和軟件組成，成本低。

三、嵌入式智能傳感器的可行性研究

1. 嵌入式微處理器的性能

目前嵌入式微處理器和嵌入式軟件都達了一定的技術(shù)水平：

(1) 硬件方面

目前嵌入式微處理器具有的功能特點如下：

體積小、低功耗、低成本、高性能；可以實現(xiàn)網(wǎng)上控制；支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集；FLASH存儲器容量大，成本低，可以存貯大量的智能程序，執(zhí)行速度更快；尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高；指令長度固定，因此嵌入式智能傳感器在硬件方已具備了條件。

(2) 軟件方面

目前嵌入式軟件都是與嵌入式微處理器相配套的，功能比較完善，雖然還沒通用的嵌入式系統(tǒng)軟件，但并不影響開發(fā)智能嵌入式電子設(shè)備；也可以用通用語言（如VC++等）進行開發(fā)。

2. 智能理論（人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)技術(shù)、模糊技術(shù)）

人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)技術(shù)、模糊技術(shù)在很多方面得到了成功的應(yīng)用，常用的理論相對完備。所以實現(xiàn)嵌入式智能傳感器從硬件，智能理論和軟件方面是完全可行的。

四、嵌入式智能傳感器的一般結(jié)構(gòu)

一個完整的嵌入式智能傳感器等同于嵌入式微處理器＋智能控制模塊（人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)技術(shù)、模糊技術(shù)）＋傳感器系統(tǒng)，智能控制模塊是一個智能程序，它具有相關(guān)領(lǐng)域的大量專家知識，它可以模擬人類專家解決問題的思維過程，且解決問題的能力不低于人類領(lǐng)域的專家。該系統(tǒng)能進行有效的推理，具有一定的獲得知識的能力，但是總的功能在某些方面遠超過人類專家的能力。具有靈活性，透明性，交互性，有一定的復雜性和難度。智能控模塊通常由知識庫、推理機、知識獲取程序，綜合數(shù)據(jù)庫、四部分組成，并存放在嵌入式微處理器中。

1. 智能控制模的功能分析

(1) 知識庫

用于存放嵌入式智能傳感器運行過程中所需要的專家知識，經(jīng)驗值及傳感器的基本參數(shù)，知識庫中的知識是推理機發(fā)出命令的依據(jù)。

(2) 綜合數(shù)據(jù)模塊

用于存放嵌入式智能傳感器的原始數(shù)據(jù)及各種常用數(shù)據(jù)及各種參數(shù)。

(3) 推理機

根據(jù)傳感器及綜合數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)，利用知識庫中的知識進行思維、判斷、推理后作出判斷，并對嵌入式智能傳感器的各種參數(shù)進行修改。

2. 交互接口單元 用于外界對嵌入式智能傳感器系統(tǒng)進行交互，包括對數(shù)據(jù)修改，添加，除，進行一致性、完整性的維護等功能。

3. 多傳感器系統(tǒng)模塊 由各種類型的普通傳感器組成，負責提供外界信息。

4. 輸出單元 用于輸出正確的傳感器信息，供用戶使用。

5. 嵌入式微處理器 負責對數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲、管理、傳送等任務(wù)。