淺析單片機(jī)技術(shù)在傳感器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

（廣東省高級(jí)技工學(xué)校，廣東 惠州 516100）

在工業(yè)水平進(jìn)步的推動(dòng)下，我國(guó)制造業(yè)正在不斷縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距，在航空航天中的技術(shù)已經(jīng)超越了西方先進(jìn)水平。在航空航天設(shè)計(jì)研究中，離不開精密儀器的制造，而精密儀器是否符合設(shè)計(jì)要求則需要通過傳感器來檢測(cè)分析。而在檢測(cè)過程中，傳感器本身的穩(wěn)定程度會(huì)對(duì)儀器的測(cè)量造成影響。而單片機(jī)的出現(xiàn)可以有效的解決穩(wěn)定性、可靠性等問題，將制造業(yè)的水平向更高層次提升。單片機(jī)技術(shù)具有很好的靈活性、較強(qiáng)的控制性、便于擴(kuò)展等優(yōu)勢(shì)，很好的彌補(bǔ)了傳感器的缺陷。

1 傳感器基本知識(shí)介紹

傳感器簡(jiǎn)單來講就是一種能夠用來檢測(cè)物體的裝置，它是依據(jù)確定的精確度將被測(cè)物體的基本參數(shù)轉(zhuǎn)化為有相應(yīng)關(guān)系的測(cè)量裝置。傳感器與人類的感覺器官類似。光敏傳感器就好比人類的視覺，對(duì)光的變化十分敏感；氣敏傳感器與人類的嗅覺相似，根據(jù)氣味的變化作出反應(yīng)；聲敏傳感器就好似人類的聽覺，通過聲音的振動(dòng)變化來傳遞信息；溫控傳感器就好比人類的觸覺，當(dāng)物體表面發(fā)生變化時(shí)就會(huì)做出回應(yīng)。傳感器有時(shí)候會(huì)對(duì)某一項(xiàng)性能具有特殊要求，例如溫控開關(guān)傳感器，溫度的細(xì)微變化就是該傳感器的性能體現(xiàn)。如下圖1所示，是某種類型的傳感器在工業(yè)中的應(yīng)用實(shí)例。

2 單片機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用

圖1 工業(yè)傳感器應(yīng)用實(shí)例

單片機(jī)是利用電路芯片進(jìn)行自動(dòng)控制的微機(jī)系統(tǒng)，在這個(gè)芯片上集成了CPU、存儲(chǔ)器、I/O口等各個(gè)功能模塊，共同組成小型化的微機(jī)控制系統(tǒng)。在單片機(jī)的硬件方面來講，它不僅具備半導(dǎo)體硅片的光、熱等特性，還由于集成度高的特點(diǎn)，使單片機(jī)的體積大幅度減小。

目前單片機(jī)的使用已經(jīng)非常普遍，從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)到航空航天的研究，都體現(xiàn)著單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用。在不斷的使用中，也將我國(guó)工業(yè)技術(shù)推向前進(jìn)。雖然將單片機(jī)應(yīng)用于傳感器中是近些年才發(fā)展起來的，但應(yīng)用的效果十分明顯，而且由于半導(dǎo)體硅材料的使用，使得單片機(jī)與傳感器的結(jié)合更加緊密。

3 單片機(jī)技術(shù)在傳感器設(shè)計(jì)上的應(yīng)用

隨著工業(yè)設(shè)備的技術(shù)提高，設(shè)備精度要求也越來越高，對(duì)傳感器也提出了更高的要求。當(dāng)前的傳感器中，普遍具有穩(wěn)定度不夠、可靠性差、成本高和體積大的缺點(diǎn)，給當(dāng)前的系統(tǒng)測(cè)量帶來了不小的誤差。而單片機(jī)的運(yùn)算能力強(qiáng)、控制性好、成本低、小型化等特點(diǎn)，正好彌補(bǔ)了傳感器本身的缺陷。

3.1 單片機(jī)技術(shù)對(duì)提高傳感器的穩(wěn)定性分析

傳感器的穩(wěn)定性越好，測(cè)量精度也就越高。在測(cè)量時(shí)首先要保證其穩(wěn)定性，這也是檢驗(yàn)傳感器工作能力的重要標(biāo)志。目前傳感器的缺陷在于不穩(wěn)定性、可靠度低，因而嚴(yán)重影響了被測(cè)物體的精度，而這個(gè)精度的誤差可以通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)修正。

如圖2所示，是單片機(jī)對(duì)誤差進(jìn)行修正的過程原理框圖。在測(cè)量時(shí)，被測(cè)物體的信號(hào)x通過傳感器接收并輸出y信號(hào)，接著信號(hào)y通過接口電路輸出信號(hào)Y，再將由A/D轉(zhuǎn)換器處理后的x信號(hào)與單片機(jī)接手的數(shù)字信號(hào)Y進(jìn)行對(duì)比修正處理，便可得到標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)Yc。

3.2 單片機(jī)技術(shù)在傳感器抗干擾方面的應(yīng)用分析

圖2 修正非線性誤差原理圖

在測(cè)量過程中，往往會(huì)由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜性而影響到傳感器的測(cè)量精度要求，因而這也就要求傳感器提高自身的抗干擾能力，使得可以在復(fù)雜的環(huán)境下依然能夠正常工作。此外，傳感器屬于靈敏元件，雖然轉(zhuǎn)動(dòng)軸可以保持不轉(zhuǎn)動(dòng)，但由于軸表面材料的不均勻性，就會(huì)造成傳感器上仍有電壓量的輸出，這也會(huì)影響到測(cè)量的精度。當(dāng)加入單片機(jī)技術(shù)后，傳感器每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，便會(huì)對(duì)輸出特性曲線進(jìn)行修正，這樣，就保證了測(cè)量的準(zhǔn)確性。

3.3 在推動(dòng)傳感器發(fā)展演變上的應(yīng)用

由于傳感器的類型越來越多，規(guī)格也大不相同，其輸入輸出信號(hào)也不同，導(dǎo)致對(duì)傳感器的標(biāo)準(zhǔn)化一時(shí)難以實(shí)現(xiàn)。相反，單片機(jī)由于其超強(qiáng)的運(yùn)算能力、微型化的體積、更低的成本，極大的推動(dòng)了以單片機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的傳感器的標(biāo)準(zhǔn)化。因而也對(duì)未來智能化傳感器提出了以下要求：（1）信號(hào)輸出標(biāo)準(zhǔn)化；（2）能夠?qū)崿F(xiàn)溫度補(bǔ)償；（3）可以線性校正誤差；（4）信號(hào)存儲(chǔ)功能；（5）信號(hào)處理功能；（6）可以與其他控制單元連接。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，單片機(jī)技術(shù)在傳感器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，是兩者在技術(shù)優(yōu)勢(shì)上的結(jié)合，既彌補(bǔ)了傳統(tǒng)傳感器的缺陷，又增強(qiáng)了基于單片機(jī)的傳感器的性能，大大提高了傳感器測(cè)量的穩(wěn)定性和可靠性，降低了外界環(huán)境對(duì)傳感器的干擾，提升了傳感器的測(cè)量精度。

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