對嵌入式智能傳感器的理論研究

一、引言

傳感器技術是一項當今世界令人矚目的迅猛發展起來的高新技術之一，也是當代科學技術發展的一個重要標志，它與通信技術、計算機技術構成信息產業的三大支柱之一，隨著科學技術的發展，對傳感器性能的要求越來越高，數量越來越大，因此研究集成高性能的傳感器對促進相關技術的發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，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構框圖及智能控制模塊的功能，對未來傳感器的發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、神經網技術、模糊技術）、傳感器技術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合而成的，它兼有檢測、判斷、網絡、通信和信息處理等功能，與傳統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，可多傳感器參數進行測量綜合處理；根據需要可進行自診斷和自校準，提高數據的可靠性；對測量數據進行存取使用方便；有數據通信接口，能與微型計算機直接通信，實現遠程控制；可在網上傳送數據實現全球監測控制；可實現無線傳輸；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；可以實現網上控制；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，執行速度更快；尋址方式靈活簡單，執行效率高；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軟件，但并不影響開發智能嵌入式電子設備；也可以用通用語言（如VC++等）進行開發。

2. 智能理論（人工智能技術、神經網技術、模糊技術）

人工智能技術、神經網技術、模糊技術在很多方面得到了成功的應用，常用的理論相對完備。所以實現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構

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、神經網技術、模糊技術）＋傳感器系統，智能控制模塊是一個智能程序，它具有相關領域的大量專家知識，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域的專家。該系統能進行有效的推理，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，綜合數據庫、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，經驗值及傳感器的基本參數，知識庫中的知識是推理機發出命令的依據。

(2) 綜合數據模塊

用于存放嵌入式智能傳感器的原始數據及各種常用數據及各種參數。

(3) 推理機

根據傳感器及綜合數據中的數據，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進行交互，包括對數據修改，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 負責對數據的采集、處理、存儲、管理、傳送等任務。