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对嵌入式智能传感器的理论研究

作者:时间:2011-03-27来源:网络收藏
一、引言

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。


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