一、传感器的发展方向
1、向高精度发展:随着自动化生产程度的不断提高,对传感器的要求也在不断提高,必须研制出具有灵敏度高、**度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性。目前能生产精度在万分之一以上的传感器的厂家为数很少,其产量也远远不能满足要求。
2、向高可靠性、宽温度范围发展:传感器的可靠性直接影响到电子设备的抗干扰等性能,研制高可靠性、宽温度范围的传感器将是**性的方向。提高温度范围历来是大课题,大部分传感器其工作范围都在-20℃~70℃,在**系统中要求工作温度在-40°C~85°C范围,而汽车锅炉等场合要求传感器工作在-20°C ~120°C,在冶炼、焦化等方面对传感器的温度要求更高,因此发展新兴材料(如陶瓷)的传感器将很有前途。
3、向微型化发展:各种控制仪器设备的功能越来越大,要求各个部件体积能占位置越小越好,因而传感器本身体积也是越小越好,这就要求发展新的材料及加工技术,目前利用硅材料制作的传感器体积已经很小。如传统的加速度传感器是由重力块和弹簧等制成的,体积较大、稳定性差、寿命也短,而利用激光等各种微细加工技术制成的硅加速度传感器体积非常小、互换性可靠性都较好。
4、向微功耗及无源化发展:传感器一般都是非电量向电量的转化,工作时离不开电源,在野外现场或远离电网的地方,往往是用电池供电或用太阳能等供电,开发微功耗的传感器及无源传感器是必然的发展方向,这样既可以节省能源又可以提高系统寿命。目前,低功耗损的芯片发展很快,如TI2702运算放大器,静态功耗只有1.5mA,而工作电压只需2~5V。
5、向智能化数字化发展:随着现代化的发展,传感器的功能已突破传统的功能,其输出不再是一个单一的模拟信号(如0~10mV),而是经过微电脑处理好后的数字信号,有的甚至带有控制功能,这就是所说的数字传感器。
二、数字传感器在传感器中的地位
1、数字传感器现状:今天随着计算机的飞速发展以及单片机的日益普及,世界进入了数字时代,人们在处理被测信号时首先想到的是电脑(单片机或计算机),具有输出信号便于电脑处理的传感器就是所谓的数字传感器。图1为数字传感器的结构框图。模拟传感器产生的信号经过放大、A/D转换、线性化及量纲处理后变成纯粹的数字信号,该数字信号可根据要求以各种标准的接口形式(如232、422、485、SUB等)与中央处理机相连;数字传感器系统可以输出线性化无漂移的再现模拟信号,也可以输出代表特定含义的串行脉冲,甚至可以按照给定程序去控制某个对象(如电机),这就是数字传感器的巨大优势。
2、数据传感器展望:数字传感器发展很快,早几年为了实现数字传感器的功能,传感器生产厂家一般都是委托半导体生产厂家制作传感器专用芯片,由于这种专用芯片产量小换代慢,因而总是存在不尽人意的地方,比如说价格高、功耗大、功能少等等。这种现象随着通用半导体事业的飞速发展正在很快的改变,如果说过去传统的单片机对数字传感器的发展起了**性的作用的话,那么一种超低功耗的具有多种功的能混合型单片机将会对数字传感器的发展产生一次飞跃。这种单片机由美国德州仪器公司(TI)率先推出,叫做MSP430系列。该单片机在设计上打破常规采用了全新的概念,其性能概括如下:2.5V~5V低电压供电;在*低功耗模式下工作只需1.8μA;具有6路14位A/D转换;自带看门狗及复位电路;有92段的LCD驱动器及自动的驱动程序;1路脉宽调制输出;强大的中断功能;具有串行通行口;16位硬件乘法器;多路定时器等。此外,MSP430系列单片机在结构上还有两大特点,其一是各个模块完全是独立运行的,定时器(Timer)、输入/输出口(I/O Port)、A/D转换、看门狗(Watchdog)、液晶显示器(LCD)等都可以在主CPU休眠的状态下独立运行。当需要主CPU工作时任何一个模块都可以通过中断唤醒CPU从而使系统以*低功耗运行。这一点是MSP430系列单片机*突出的优点也是与其他单片机的*大的区别。 其二是MSP430系列单片机的晶振系统,其晶振用的是市场上*价廉的手表晶振(32768HZ),然而系统在运行时主频高达3MHZ,这是因为其内部使用了数字控制震荡器DCO(Digital Controlled Oscillator)和锁频环技术FLL(Frequency Locked Loop)将32768HZ的晶频倍频到2MH~3MH,用户通过程序可以选择低频或高频,这样可以根据实际需要来选择合适的系统时钟频率,从而更合理地利用系统的电源,这一点对于电池供电的系统来讲至关重要。
由此可见MSP430系列单片机对于数字传感器是非常合适的,因而一上市便受到传感器厂家及仪器仪表等各行业的青睐。目前其他单片机生产厂家也在加紧研制新一代的单片机,相信在不久的将来会有更好的适合于数字传感器的单片机问世。
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