智能传感器与传感系统发展及应用课件.ppt

1、 1智能传感器与传感器系统的发展及应用 1 智能传感器的定义、功能与特点 2 智能传感器的应用举例 生物识别技术2 目前，传感器正从传统的分立式，朝着单片集成化、智能化、网络化、系统化的方向发展。据光电行业开发协会（OIDA）作出的最新预测，在2003年2020年期间，智能传感器的国际市场销售量将以每年2020的高速度增长。智能传感器可广泛用于工业、农业、商业、交通、环境监测、医疗卫生、军事科研、航空航天、现代办公设备和家用电器等领域。31.传感器技术（信息采集）“感官”2.通信技术（信息传输）“神经”3.计算机技术（信息处理）“大脑”现代信息技术的三大支柱：4智能传感器的定义及功能1、智能传

2、感器的定义 智能传感器的概念是美国宇航局在开发宇宙飞船的过程中首先提出的。宇宙飞船中含有各种各样的传感器，所获取的信号数据量极其庞大。因此，处理这些数据必须由计算机来承担。于是把传感器传感器和计算机或微处理器的结合体叫做智能传感器。和计算机或微处理器的结合体叫做智能传感器。所谓智能传感器，也就是带微处理器、兼有信息检测和信息处理功能的传感器。5 智能传感器的最大特点就是将传感器检测信息的功能与微处理器的信息处理功能有机地融合在一起。从一定意义上讲，它具有类似于人工智能的作用。需要指出，这里讲的“带微处理器”包含两种情况：（1）将传感器与微处理器集成在一个芯片上构成所谓的“单片智能传感器”（2）

3、传感器能够配微处理器。显然，后者的定义范围更宽，但二者均属于智能传感器的范畴。6 世界上第一个智能传感器是美国霍尼韦尔（Honeywell）公司在1983年开发的ST3000系列智能压力传感器。它具有的多参数传感(差压、静压和温度)与智能化的信号调理功能。72、智能传感器的四大功能 具有自校准和自诊断功能。具有数据存储、逻辑判断和信息处理功能具有组态功能，使用灵活具有双向通信功能，能直接与微处理器（P）或单片机（C）通信。83 智能传感器与传感系统的特点 智能传感器采用自调零、自补偿、自校准等多项新技术，能达到高精度指标。美国BB（BURRBROWN）公司：XTR系列精密电流变送器，转换精度

4、0.05，非线性误差0.003。9101112生物识别技术是人体生物特征进行身份鉴别的技术。要求这些特征具有“人各有异”、“终身不变”和“随身携带”这三大特点。生物传感器13的组成如图14所示。图14 生物识别系统的组成 14 指纹具有惟一性（随身携带、无法复制、人人不同、指指相异）。根据指纹学理论，将两个指纹分别匹配上12个特征时的相同几率仅为1/1050。因此，至今找不出两个指纹完全相同的人，即使相貌酷似的孪生兄弟姐妹，或同一个人的十指之间，指纹也存在明显差异。指纹的这一特点，为身份鉴定提供了客观依据。1516指纹图像的获取 取像设备主要有以下4种类型：光学取像设备（例如微型三棱镜矩阵）压

5、电式指纹传感器 半导体指纹传感器 超声波指纹扫描仪。17指纹识别过程：指纹采样指纹图像预处理二值化处理细化，纹路提取细节特征提取指纹匹配（即指纹库的查对）。如图16所示。图16 指纹识别过程 18（1）温差感应式指纹传感器 它是基于温度感应的原理而制成的，每个像素都相当于一个微型化的电荷传感器，用来感应手指与芯片映像区域之间某点的温度差，产生一个代表图像信息的电信号。典型产品：美国Atmel公司的FCD4B14。可在0.1s内获取指纹图像（时间一长，手指和芯片就处于相同的温度了）。19FCD4B14的外形、引脚和安装图分别如图17、图18、图19所示。（a）DIP20陶瓷封装；（b）COB封装

6、图17 FCD4B14的外形图 20（a）表面倾斜式；（b）将传感器装在靠边缘处图18 FCD4B14的安装图 21 FCD4B14是一个基于温度物理效应的单片、高性能、低价格的指纹传感器芯片。芯片有一个线性的外形结构，为了捕捉到指纹，允许手指滑行越过敏感区域。当捕捉到几个指纹图像后，ATMEL公司提供的软件可以将这些图像重新构成完整的8Bit指纹图像。芯片每秒可获取交付的指纹图像是可编程的。22FCD4B14型指纹传感器的内部电路框图如图18所示。图19 FCD4B14的内部电路框图 23 从图19可见，芯片内部电路分为传感器和资料转换两个主要部分。在传感数组中，当 280列中的某一列被选中

7、时，被选择列的每一个象素的电信号传送到放大器（一次一列）放大。在有两列被同时选中时（奇数的和偶数的），两列特定的象素信息被传送到两个4位A/D转换器，两列象素就可在同一个时钟脉冲时间内被读出。24 传感器部分，每一个象素本身就是一个传感器。传感器可检测从启动数据采集到读取信息之间的温度变化，从而输出相应的电信号。25芯片中恒温电路的作用 在手指与传感器之间的温度差很低的时候，图像对比度也低。通常使用温度稳定电路去增加手指与传感器之间的温度差代码，最少增加1.4绝对温标，以获得足够的对比度，来保证指纹的正确识别。26（2）电容感应式指纹传感器 由电容阵列构成 内部包含9万只微型化电容器 基本工作

8、原理：当用户将手指放在正面时，皮肤就组成了电容阵列的一个极板，硅传感器是电容阵列另一极板。由于不同区域指纹的脊和谷之间的距离也不相等，使每个单元的电容量随之而变，利用手纹脊和谷相对于硅传感器之间的电压差由此可获得指纹图像。27282930 典型产品：美国Veridicom公司FPS100 FPS100的外形以及由它构成的指纹识别系统输入设备如图20所示，输入设备与计算机相连。（a）FPS100的外形；（b）指纹识别系统的输入设备图20 FPS100的外形以及指纹识别系统的输入设备 31西门子推出的西门子推出的“ID MouseID Mouse”鼠标。鼠标上端安有指尖传感鼠标。鼠标上端安有指尖传

9、感器，一旦指纹被识别，使用者器，一旦指纹被识别，使用者就可以启动就可以启动PCPC的操作系统。如的操作系统。如果长时间不动鼠标，它将自动果长时间不动鼠标，它将自动启动屏幕保护程序，直到使用启动屏幕保护程序，直到使用者再次触摸者再次触摸ID ID 鼠标为止。这个鼠标为止。这个鼠标在鼠标在0.250.25平方英寸的触摸芯平方英寸的触摸芯片上有片上有6500065000个传感系统个传感系统，可，可捕捉指纹的细节。该系统非常捕捉指纹的细节。该系统非常灵敏，甚至用户的手有伤口它灵敏，甚至用户的手有伤口它都能准确的辨别出来。都能准确的辨别出来。3233 其它生物识别系统其它生物识别系统3435363738 394 结语智能传感器是信息时代的骄子，它正成为推动信息产业发展的强大动力。智能传感器在电子信息工程领域具有特殊重要的意义，需要我们这些学子去深入地研究。4041