बुद्धिमान युग के आगमन के साथ, विभिन्न स्मार्ट सेंसर के अनुसंधान और अनुप्रयोग पर तेजी से जोर दिया गया है। स्मार्ट सेंसर में पारंपरिक सेंसर के आधार पर समृद्ध सूचना प्रसंस्करण क्षमताएं भी होती हैं और वे अधिक व्यापक कार्य प्रदान कर सकते हैं।
यह पेपर आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले तापमान, दबाव, जड़त्वीय, जैव रासायनिक और आरएफआईडी सेंसर की वर्तमान अनुसंधान स्थिति और औद्योगिक अपग्रेडिंग और इनोवेटिव एप्लिकेशन जैसे इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT), वर्चुअल रियलिटी (VR), रोबोटिक्स, हेल्थकेयर में उनकी प्रमुख भूमिकाओं का परिचय देता है, आदि, और स्मार्ट सेंसर के भविष्य के विकास की प्रवृत्ति के लिए तत्पर हैं।
स्मार्ट सेंसर (स्मार्ट सेंसर) सेंसर को सूचना का पता लगाने, सूचना प्रसंस्करण, सूचना स्मृति, तार्किक सोच और निर्णय कार्यों के साथ संदर्भित करता है।
पारंपरिक सेंसर के सापेक्ष जो केवल एनालॉग वोल्टेज सिग्नल प्रदान करते हैं जो भौतिक मात्रा को मापने के लिए चित्रित करते हैं, स्मार्ट सेंसर एकीकरण प्रौद्योगिकी और माइक्रोप्रोसेसर प्रौद्योगिकी का पूर्ण उपयोग करते हैं, एक में धारणा, सूचना प्रसंस्करण, संचार को निर्धारित करते हैं, और ज्ञान का एक निश्चित स्तर प्रदान कर सकते हैं डिजिटल रूप में प्रसारित जानकारी की।
चूंकि NASA (NASA) ने 1980 के दशक में स्मार्ट सेंसर की अवधारणा का प्रस्ताव रखा था, दशकों के विकास के बाद, स्मार्ट सेंसर सेंसर प्रौद्योगिकी का एक प्रमुख विकास दिशा बन गए हैं, जो एक देश की औद्योगिक और तकनीकी अनुसंधान क्षमताओं का प्रतिनिधित्व करते हैं।
वर्तमान स्मार्ट युग से प्रेरित, सेंसर का महत्व अधिक प्रमुख हो गया है, न केवल "मेड इन चाइना 2025", "जर्मनी 2020 हाई-टेक स्ट्रेटेजी" और यूरोपीय संघ, संयुक्त राज्य अमेरिका, दक्षिण कोरिया, सिंगापुर, आदि में एक महत्वपूर्ण सहायक भूमिका निभाने के लिए स्मार्ट सिटी और अन्य रणनीतियों को बढ़ावा देने के लिए, लेकिन इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT), वर्चुअल रियलिटी (VR), रोबोटिक्स, स्मार्ट होम, सेल्फ-ड्राइविंग कार और अन्य औद्योगिक विकास एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
उच्च-प्रदर्शन, अत्यधिक विश्वसनीय बहुक्रियाशील जटिल स्वचालित, माप और नियंत्रण प्रणाली और रेडियो आवृत्ति पहचान तकनीक के आधार पर इंटरनेट ऑफ थिंग्स के उदय और विकास, अधिक से अधिक धारणा, संज्ञानात्मक क्षमता और इसकी जोरदार और तेजी से स्मार्ट सेंसर के महत्व को उजागर करता है तात्कालिकता का विकास।
CMOS- संगत MEMS प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, लघु स्मार्ट सेंसर के विकास को मजबूत तकनीकी सहायता मिली है, स्मार्ट सेंसर उद्योग को एक बहुत ही महत्वपूर्ण ऐतिहासिक विकास अवसर का सामना करना पड़ रहा है।
यह पत्र विभिन्न प्रकार के स्मार्ट सेंसर प्रौद्योगिकियों और अनुप्रयोगों के विकास की स्थिति को सारांशित करता है, और भविष्य के विकास की प्रवृत्ति पर एक दृष्टिकोण बनाता है।
1 समृद्ध और विविध बुद्धिमान सेंसर कि
विभिन्न बुद्धिमान अनुप्रयोगों की जरूरतों को पूरा करने के लिए, सेंसर श्रेणियां बहुत विविध हैं, जैसे: पर्यावरण सेंसर, जड़त्वीय सेंसर, एनालॉग सेंसर, चुंबकीय सेंसर, बायोसेंसर, इन्फ्रारेड सेंसर, कंपन सेंसर, प्रेशर सेंसर, अल्ट्रासोनिक सेंसर और इतने पर।
उनमें से, निम्नलिखित सेंसर अधिक सामान्यतः उपयोग किए जाते हैं।
पर्यावरण सेंसर, मुख्य रूप से गैस सेंसर, बैरोमीटर के दबाव सेंसर, तापमान सेंसर, आर्द्रता सेंसर और इतने पर।गैस सेंसर को एयर प्यूरीफायर, DUI मॉनिटर, फॉर्मलाडेहाइड के डिटेक्टरों और घर के सामान में अन्य विषाक्त गैसों के साथ -साथ औद्योगिक निकास गैसों के लिए उपकरणों का पता लगाने के लिए लागू किया जा सकता है। जैसा कि लोग पर्यावरणीय मुद्दों पर ध्यान देते हैं, पर्यावरण सेंसर का महत्व अधिक से अधिक प्रमुख होता जा रहा है, और भविष्य में विकास के लिए बहुत जगह है।
जड़त्वीय सेंसर, मुख्य रूप से पहनने योग्य उत्पादों में उपयोग किया जाता है, जैसे कि स्मार्ट कंगन, स्मार्ट घड़ियों, वीआर हेलमेट और इतने पर।जड़त्वीय सेंसर का उपयोग आंदोलन की ट्रैकिंग और पहचान का पता लगाने के लिए किया जाता है, जो उस दिन व्यायाम की मात्रा, कैलोरी की खपत और उस दिन व्यायाम के प्रभाव को सूचित करता है।
चुंबकीय सेंसर, जो मुख्य रूप से घरेलू उपकरणों में उपयोग किए जाते हैं, जैसे कि कॉफी मेकर्स, वॉटर हीटर, एयर कंडीशनर, आदि का उपयोग यह पता लगाने के लिए किया जाता है कि कोण कितना बदल गया है या कितनी यात्रा की गई है, और आमतौर पर डैशबोर्ड पर प्रदर्शित की जाती है। इसके अलावा, चुंबकीय सेंसर का उपयोग डोर मैग्नेट और विंडो मैग्नेट, आदि में भी किया जाता है। रोबोट की बुद्धि और सटीकता को भी समर्थन के लिए चुंबकीय सेंसर की आवश्यकता होती है।
एनालॉग सेंसर, जो मुख्य रूप से स्मार्ट मेडिकल उपकरणों में उपयोग किए जाते हैं,दिल की धड़कन और इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम जैसे संकेतों के लिए इनपुट के रूप में उपयोग किया जा सकता है, और स्वास्थ्य डेटा के आउटपुट की कल्पना कर सकता है, ताकि उपयोगकर्ता अपने पहले हाथ के स्वास्थ्य और व्यायाम डेटा को समझ सकें।
इन्फ्रारेड सेंसर का उपयोग अक्सर इन्फ्रारेड कैमरों, स्वीपिंग रोबोट और अन्य स्मार्ट होम में किया जाता है।
2 स्मार्ट सेंसर पर तकनीकी अनुसंधान की प्रगति
वास्तव में बुद्धिमान सेंसर के पास निम्नलिखित कार्य होने चाहिए:
1) स्व-कैलिब्रेशन, स्व-अंशांकन और स्वचालित मुआवजा कार्यों;
2) स्वचालित डेटा संग्रह, तार्किक निर्णय और डेटा प्रसंस्करण कार्यों;
3) आत्म-समायोजन और आत्म-अनुकूलन कार्य;
(4) भंडारण, पहचान और सूचना प्रसंस्करण कार्यों की एक निश्चित डिग्री;
5) दो-तरफ़ा संचार, मानक डिजिटल आउटपुट या प्रतीक आउटपुट फ़ंक्शन;
(6) एल्गोरिथम निर्णय, निर्णय लेने और प्रसंस्करण कार्य।
निम्नलिखित बुद्धिमान संवेदी प्रौद्योगिकी के अनुसंधान प्रगति को पेश करने के लिए आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले तापमान, दबाव, जड़त्वीय, जैव रासायनिक और आरएफआईडी सेंसर का एक उदाहरण है।
2.1 स्मार्ट तापमान सेंसर
तापमान सेंसर का विकास निम्नलिखित से गुजरा हैतीन चरण: पारंपरिक असतत तापमान सेंसर, एनालॉग एकीकृत तापमान सेंसर और एक पूरे के रूप में बुद्धिमान तापमान सेंसर।
21 वीं सदी में, बुद्धिमान तापमान सेंसर उच्च परिशुद्धता, बहु-कार्यात्मक, बस मानकीकरण, उच्च विश्वसनीयता और सुरक्षा, आभासी सेंसर और नेटवर्क सेंसर के विकास, अखंड तापमान माप प्रणाली के विकास और तेजी से विकास की अन्य दिशाओं की ओर बढ़ रहे हैं।
वर्तमान स्मार्ट तापमान सेंसर में एक तापमान सेंसर, ए/डी कनवर्टर, सिग्नल प्रोसेसर, मेमोरी और इंटरफ़ेस सर्किट होते हैं, कुछ उत्पादों में एक मल्टीप्लेक्स, सेंट्रल कंट्रोलर, रैंडम एक्सेस स्टोरेज और रीड-ओनली मेमोरी भी होती है।
बुद्धिमान तापमान सेंसर को तापमान डेटा और संबंधित तापमान नियंत्रण की मात्रा को आउटपुट करने की क्षमता की विशेषता होती है, जो विभिन्न प्रकार के माइक्रो-कंट्रोलर के लिए अनुकूलित होती है, और परीक्षण फ़ंक्शन को प्राप्त करने के लिए सॉफ़्टवेयर के माध्यम से हार्डवेयर पर आधारित है, बुद्धि की डिग्री स्तर पर निर्भर करती है सॉफ्टवेयर विकास की।
(1) माप सटीकता और संकल्प में सुधार करें
सबसे पहले बुद्धिमान तापमान सेंसर मध्य -1990 s में शुरू हुआ, 8- बिट ए/डी कनवर्टर का उपयोग करते हुए, इसका तापमान माप सटीकता कम है, संकल्प केवल 1 डिग्री तक पहुंच सकता है।
वर्तमान में, विदेशों ने 9 ~ 12- बिट ए/डी कनवर्टर का उपयोग करते हुए विभिन्न प्रकार के उच्च-परिशुद्धता, उच्च-रिज़ॉल्यूशन इंटेलिजेंट तापमान सेंसर की एक किस्म लॉन्च की है, संकल्प 0 तक पहुंच सकता है। }}। 625 डिग्री। यूएस डलास सेमीकंडक्टर कॉरपोरेशन के नए विकसित डीएस 1624- द्वारा उच्च-रिज़ॉल्यूशन इंटेलिजेंट टेम्परेचर सेंसर टाइप करें जो {{1 {0}}} बिट बाइनरी डेटा को आउटपुट कर सकते हैं, 0 के रूप में उच्च , 0.2 डिग्री की तापमान माप सटीकता।
मल्टी-चैनल इंटेलिजेंट तापमान सेंसर की रूपांतरण दर में सुधार करने के लिए, उच्च गति क्रमिक सन्निकटन ए/डी कनवर्टर का उपयोग करके चिप्स भी हैं। AD7817 प्रकार 5- चैनल इंटेलिजेंट तापमान सेंसर, उदाहरण के लिए, यह स्थानीय सेंसर है, प्रत्येक रिमोट सेंसर रूपांतरण समय क्रमशः केवल 27 एमएस, 9 एमएस का है।
उच्च-सटीक तापमान माप के संदर्भ में, कुछ विद्वानों ने एक उच्च-प्रदर्शन डिजिटल तापमान सेंसर डिज़ाइन किया है, जिसमें एक क्वार्ट्ज ट्यूनिंग फोर्क रेज़ोनेटर, एक डिजिटल इंटरफ़ेस सर्किट और एक सेंसर रीसेट नियंत्रण एल्गोरिथ्म होता है जो फील्ड-प्रोग्रामेबल गेट सरणी पर आधारित होता है, और सेंसर की संवेदनशीलता 10 -6 डिग्री की संख्या तक पहुंच सकती है, यानी तापमान माप संकल्प 0। 0 01 डिग्री, 1 s की प्रतिक्रिया समय, और माप की सटीकता 0.01 डिग्री है।
(२) परीक्षण कार्यों को बढ़ाया
नया इंटेलिजेंट टेम्परेचर सेंसर टेस्ट फ़ंक्शन लगातार बढ़ाया जाता है। इंटेलिजेंट टेम्परेचर सेंसर में सिंगल रूपांतरण मोड, निरंतर रूपांतरण मोड, स्टैंडबाय मोड सहित चुनने के लिए विभिन्न प्रकार के ऑपरेटिंग मोड होते हैं, और कुछ ने कम-तापमान सीमा विस्तार मोड को भी जोड़ा।
कुछ बुद्धिमान तापमान सेंसर के लिए, मेजबान (बाहरी माइक्रोप्रोसेसर या माइक्रोकंट्रोलर) को इसकी ए/डी रूपांतरण दर, संकल्प और अधिकतम रूपांतरण समय के संबंधित रजिस्टरों के माध्यम से भी सेट किया जा सकता है।
इसके अलावा, बुद्धिमान तापमान सेंसर एकल चैनल से मल्टी-चैनल दिशा में विकसित हो रहे हैं, जो मल्टी-चैनल तापमान माप और नियंत्रण प्रणाली के विकास के लिए अच्छी स्थिति बनाता है।
(3) बस प्रौद्योगिकी का मानकीकरण और मानकीकरण
वर्तमान में, इंटेलिजेंट टेम्परेचर सेंसर बस तकनीक को भी मानकीकृत और सामान्य किया गया है, इस्तेमाल की गई बस में मुख्य रूप से सिंगल-वायर (-वायर) बस, I 2 C बस, SMBUS BUS और SPI बस हैं।
(४) विश्वसनीयता और सुरक्षा डिजाइन
झूठी कार्रवाई से बचने के लिए जब तापमान नियंत्रण प्रणाली को शोर हस्तक्षेप के अधीन किया जाता है, तो कुछ बुद्धिमान तापमान सेंसर के आंतरिक में, एक प्रोग्राम योग्य गलती कतारबद्ध काउंटर सेट किया जाता है, जिसे मापा तापमान मूल्य से अधिक समय की संख्या निर्धारित करने के लिए समर्पित है। ऊपरी और निचली सीमाएं। इंटरप्ट पोर्ट को केवल तभी ट्रिगर किया जा सकता है जब मापा गया तापमान लगातार ऊपरी सीमा से अधिक हो जाता है या निचली सीमा से नीचे गिर जाता है, जो समय की निर्धारित संख्या तक पहुंच जाता है, जो तापमान नियंत्रण प्रणाली पर सामयिक शोर के हस्तक्षेप के प्रभाव से बचता है।
मानव इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज के कारण चिप को नुकसान को रोकने के लिए, कुछ बुद्धिमान तापमान सेंसर ने इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रोटेक्शन सर्किट को भी बढ़ाया है, आमतौर पर इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज वोल्टेज के 1 ~ 4 केवी का सामना कर सकते हैं।
उदाहरण के लिए, TCN75 इंटेलिजेंट तापमान सेंसर सीरियल इंटरफ़ेस, इंटरप्ट/तुलना सिग्नल आउटपुट और एड्रेस इनपुट इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज वोल्टेज के 1 केवी का सामना कर सकते हैं। LM83 इंटेलिजेंट तापमान सेंसर इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज वोल्टेज के 4 केवी का सामना कर सकता है।
2.2 स्मार्ट प्रेशर सेंसर
इंटेलिजेंट प्रेशर सेंसर माइक्रोप्रोसेसर्स और प्रेशर सेंसर का एक संयोजन है, इसलिए उनके कार्यान्वयन पथों को विभाजित किया जा सकता है: गैर-एकीकृत इंटेलिजेंट प्रेशर सेंसर, इंटीग्रेटेड इंटेलिजेंट प्रेशर सेंसर और हाइब्रिड इंटेलिजेंट प्रेशर सेंसर।
गैर-एकीकृत स्मार्ट प्रेशर सेंसर स्मार्ट प्रेशर सेंसर सिस्टम हैं जो पारंपरिक प्रेशर सेंसर, सिग्नल कंडीशनिंग सर्किट और माइक्रोप्रोसेसर्स को डिजिटल बस इंटरफेस के साथ एक सिस्टम में जोड़ते हैं।
यह गैर-एकीकृत दबाव सेंसर वास्तव में एक जोड़ा माइक्रोप्रोसेसर कनेक्शन के साथ एक पारंपरिक दबाव सेंसर प्रणाली है। इसलिए, यह सबसे तेज़ तरीकों में से एक है और स्मार्ट प्रेशर सेंसर सिस्टम का एहसास करना है।
एकीकृत इंटेलिजेंट प्रेशर सेंसर सिग्नल प्रोसेसिंग, अंशांकन, क्षतिपूर्ति, माइक्रोकंट्रोलर आदि के साथ दबाव संवेदनशील तत्वों का एक अखंड एकीकरण है। यह मुख्य रूप से माइक्रोइलेक्ट्रोमेकेनिकल सिस्टम (एमईएमएस) प्रौद्योगिकी और बड़े पैमाने पर एकीकृत सर्किट प्रक्रिया को अपनाता है, और बेस सामग्री के रूप में सिलिकॉन का उपयोग करता है संवेदनशील तत्वों को बनाने के लिए, सिग्नल कंडीशनिंग सर्किट और माइक्रोप्रोसेसर इकाइयां, और उन्हें एक ही चिप पर एकीकृत करती हैं।
माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकी के तेजी से विकास और माइक्रो-नैनो टेक्नोलॉजी के अनुप्रयोग के साथ, परिणामस्वरूप स्मार्ट प्रेशर सेंसर में लघु, संरचनात्मक एकीकरण, उच्च परिशुद्धता, मल्टी-फंक्शन, सरणी, पूर्ण डिजिटलाइजेशन, उपयोग करने में आसान, संचालित करने में आसान और इसलिए और इसलिए आसान स्मार्ट प्रेशर सेंसर हैं। पर।
हाइब्रिड इंटेलिजेंट प्रेशर सेंसर विभिन्न एकीकृत लिंक की प्रणाली की जरूरतों और संभावनाओं के अनुसार है, जैसे कि संवेदनशील इकाइयाँ, सिग्नल कंडीशनिंग सर्किट, माइक्रोप्रोसेसर इकाइयाँ, डिजिटल बस इंटरफेस, 2 ~ 3 चिप्स में एकीकृत विभिन्न संयोजनों में, और एक शेल में पैक किया गया ।
इंटेलिजेंस प्राप्त करने के लिए हाइब्रिड एकीकरण एक बुद्धिमान मार्ग है जो वर्तमान तकनीकी विकास के लिए अच्छी तरह से अनुकूल है। इंटेलिजेंट प्रेशर सेंसर सिस्टम में, माइक्रोप्रोसेसर दिए गए प्रोग्राम के अनुसार सेंसर के सॉफ्टवेयर नियंत्रण का एहसास कर सकता है, सेंसर को एकल फ़ंक्शन से एक मल्टी-फंक्शन में बदल सकता है। बुद्धिमान दबाव सेंसर में आम तौर पर निम्नलिखित बुनियादी कार्य होते हैं।
(1) डेटा प्रोसेसिंग फ़ंक्शन।बुद्धिमान दबाव सेंसर न केवल मापा मापदंडों को मापते हैं, बल्कि ज्ञात मापा मापदंडों के अनुसार भी, स्वचालित रूप से शून्य हो सकते हैं, स्वचालित रूप से संतुलित, स्वचालित रूप से मुआवजा और इतने पर।
(2) स्वचालित नैदानिक कार्य।यह अपने फॉल्ट डायग्नोसिस सॉफ्टवेयर और सेल्फ-टेस्टिंग सॉफ्टवेयर के माध्यम से इंटेलिजेंट प्रेशर सेंसर, इंटेलिजेंट प्रेशर सेंसर का मुख्य कार्य है, जो नियमित और अनियमित डिटेक्शन के लिए स्वचालित सेंसर और सिस्टम स्टेटस है, जो कारणों के निदान में सहायता के लिए, दोषों का समय पर पता लगाने के लिए है। विफलता, स्थान, और परिचालन युक्तियाँ देने के लिए।
(3) सॉफ्टवेयर कॉन्फ़िगरेशन फ़ंक्शन।माइक्रोप्रोसेसरों के उपयोग के कारण बुद्धिमान दबाव सेंसर, इसलिए न केवल आवश्यक हार्डवेयर घटक हैं, जैसे कि पता लगाने, प्रवर्धन, ए / डी, डी / ए, संचार इंटरफेस, आदि, बल्कि नियंत्रण और प्रसंस्करण के लिए सॉफ्टवेयर संसाधन भी हैं डेटा। इंटेलिजेंट प्रेशर सेंसर में, एक मल्टी-मॉड्यूलर हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर सेट अप होता है ताकि उपयोगकर्ता विभिन्न कार्यों को पूरा करने के लिए माइक्रोप्रोसेसर के माध्यम से कमांड भेज सके, जिससे सेंसर के लचीलेपन और विश्वसनीयता को बढ़ाया जा सके।
2.3 बुद्धिमान जड़त्वीय सेंसर
जड़त्वीय सेंसर, सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले प्रकार के एमईएमएस सेंसर शामिल हैं, जिसमें एक्सेलेरोमीटर, गायरोस्कोप और ओरिएंटेशन सेंसर शामिल हैं। एमईएमएस तकनीक में जड़त्वीय सेंसर को छोटा करने और लागत को कम करने का अनूठा लाभ है।
आज के जड़त्वीय माप मॉड्यूल (IMU) एक डॉलर से कम की लागत पर 10 मिमी x 10 मिमी x 4 मिमी के आकार में एक ट्रायक्सियल एक्सेलेरोमीटर, ट्रायक्सियल गायरोस्कोप और ट्रायक्सियल मैग्नेटोमीटर को एकीकृत कर सकते हैं। इस जड़त्वीय माप मॉड्यूल को स्मार्टफोन और पहनने योग्य उपकरणों पर लागू किया जा सकता है, जिसमें खेल और स्वास्थ्य कार्यों को महसूस करने के लिए गेट मॉनिटरिंग, स्टेप काउंटिंग, फॉल डिटेक्शन, स्लीप मॉनिटरिंग, इनडोर नेविगेशन, आदि, साथ ही मनोरंजन फ़ंक्शन जैसे कि इशारा मान्यता और दिशा संवेदी शामिल हैं।