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大家好

今天我们讲本课程的最后一课

智能传感器与无线传感器网络

在简短的引言之后

我再重点给大家讲

智能传感器和无线传感器网络

然后对本课程进行总结和展望

大家知道

在未来的十年

机器人技术 无人驾驶技术

可穿戴设备和物联网技术

将会得到大大的发展

这一技术的发展

均依赖于一个关键技术

这就是智能传感器

那么什么是智能传感器呢

智能传感器除产生一个被测量

或被控制量的正确表示之外

还同时还有采用一定算法的

信号处理功能

对环境变化有一定的适应能力

能够输出综合信息的

集成传感器系统

智能传感器是将一个或多个

敏感元件

精密模拟电路 数字电路

微处理器

也就是MCU

通讯接口 智能软件

集成在一个封装组建内的系统

该类传感器具有数据采集

数据处理 数据存储

自诊断 自补偿

在线校准 逻辑判断

双向通讯 数字输出

模拟输出等功能

极大地提高了传感器的准确度

稳定性和可靠性

因为采用标准的数字接口

智能传感器有着很强的

互换性和兼容性

实际上在传感器电路

设计和制造中

根据成本和功能要求不同

目前的智能传感器

可以分为不同的智能等级

比如 第一

有信号补偿功能的智能传感器

对外界的温度参数变化能够

自动补偿

例如 加速度计 压力传感器等

第二

含有自检功能的智能传感器

而器件可自动进行

本身状态性能检测

有自动诊断功能

比如惯性传感器

第三

可进行多参数传感

系统还有多个功能

相同或者不同的传感器

如电子鼻 红外成像仪

第四种有无线传感器

这类传感器具有通信

和自动组网的功能

比如 Smart Dust

也叫做智能尘埃

在本课的后续内容中

我们还要做更多的介绍

下面我们智能传感器

是如何实现的

目前的智能传感器

有两种实现方法

第一种是SoC

即System On Chip

中文叫系统芯片

结构上包括逻辑模块

微处理器 微控制器

CPU内核模块

数字信号处理

DSP模块

的存储器模块

和外部进行通讯的接口模块

另外还有ADC DAC模块

另外还有ADC DAC的模拟

前端模块

电源功耗管理模块

对一个无线SOC来说

还有射频前端模块

用户电路模块

当然还含有微电子器件

即MEMS传感器模块

第二种方法为

SiP方法

即System in Packaging

中文意思是系统及封装

它是将多个具有不同功能的

模拟电路 数字电路 无线模块

和传感器等其它器件

组装到一起

实现一定功能的单个标准封装件

形成一个系统或子系统

下面我们对SoC和SiP进行比较

首先对SoC来说

一个芯片就是一个系统

Sip集成系统

则包括多个多个芯片单元

SoC受材料IC工艺限制

成本高

SiP则基本上装配

它的成本比较低

SoC有更高的集成密度

它的速度更快

SiP则可以集成各种工艺元件

如射频器件 RLC等

有更多的功能

SoC的芯片尺寸较大

SiP测试较复杂

这是它们的缺点

另外一个是SoC有较高的

开发成本

SiP的开发成本较低

因此SoC的开发周期长

而良率较低

SiP开发周期短 良率较高

另外一个就是SoC遵从摩尔定律

发展方向

而SiP超越摩尔定律发展方向

下面我们介绍几种

传感器实例

实例1

ADXRS角速度传感器

ADXRS说完整的角速率传感器

采用ADI公司的表面

微机电加工工艺

和BiCMOS工艺制作

在一块芯片上集成了所有的

所需要的电子组件

芯片包括MEMS传感器

放大电路温度传感器

驱动电路 自检电路

和电源管理电路等

它的功能全面

成本低廉

输出信号的电压

同垂直于封装顶面的

逐项角速率成正比

输出电压与给定的参考电压

也成正比

我们看第二个实例

第二个实例是电子鼻

系统敏感元件为32个单元阵列

每个单元为有机材料与炭黑

混合的传感器

当传感器置于挥发性气体环境中

传感器的电阻变化

阵列的信号输出

构成一个数字图形

用来描述传感器“闻”到的气味

这个传感器的响应时间

小于一分钟

其检测期限可低至ppb级

下一个实例

这是一个含有无线传输功能的

微型吞服摄像胶囊智能传感器

胶囊由一个摄像机

LED 电池 特制芯片

和天线组成

用于胃肠道的诊断

患者吞下成像胶囊后

胶囊经过食道 胃和小肠时

就可以将图像传送出来

进行医疗诊断