黃康

摘 要：本文主要討論了單片機(jī)在傳感器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用， 并對(duì)此提出了相關(guān)的建議。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)；傳感器設(shè)計(jì)；應(yīng)用

前言：傳感器具有其一定的特點(diǎn)， 在傳感器設(shè)計(jì)的過(guò)程中， 單片機(jī)的應(yīng)用無(wú)疑是優(yōu)化傳感器設(shè)計(jì)的一個(gè)重大突破。單片機(jī)的加入， 讓傳感器的性能得到了大大的提高。在傳感器設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中， 應(yīng)該時(shí)刻把握以實(shí)現(xiàn)傳感器智能化、標(biāo)準(zhǔn)化輸出等為目標(biāo)。單片機(jī)有其一定的優(yōu)點(diǎn)， 單片機(jī)的運(yùn)算優(yōu)勢(shì)和價(jià)格低廉都是單片機(jī)在傳感器設(shè)計(jì)中應(yīng)用的主要原因。

一、單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和在控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用， 以及設(shè)備向小型化、智能化發(fā)展， 單片機(jī)有較多的優(yōu)點(diǎn)， 例如它的體積比較小、功能強(qiáng)大、價(jià)格比較低， 為客戶所青睞。單片機(jī)技術(shù)和一般的集成電路相比， 它有的這些優(yōu)勢(shì)， 可以讓它在工業(yè)條件下穩(wěn)定地工作[1]。單片機(jī)可以用于各種儀表， 提高它的測(cè)量速度和測(cè)量精確度。如MCS-51系列單片機(jī)控制的“船舶航行狀態(tài)自動(dòng)記錄儀”、“煙葉水分測(cè)試儀”、“智能超聲波測(cè)厚儀”等。單片機(jī)可以應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中， 能夠?qū)Ω鞣N窯爐的溫度和酸度進(jìn)行充分地測(cè)量及有效地控制。如果能夠?qū)⑷N技術(shù)相結(jié)合， 則可以有效地發(fā)揮數(shù)據(jù)的處理和實(shí)時(shí)控制功能。當(dāng)然系統(tǒng)如果處于最佳的工作狀態(tài)， 則可以提高商品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量， 間接提高企業(yè)的效率。很多行業(yè)的分布系統(tǒng)與智能控制以及機(jī)電一體化設(shè)備和產(chǎn)品， 單片機(jī)在其中都發(fā)揮了較關(guān)鍵的作用。

因此， 當(dāng)前來(lái)說(shuō)， 單片機(jī)是我國(guó)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的新興事物， 無(wú)論是它本身還是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法， 都會(huì)跟隨者時(shí)代的變化而進(jìn)步。單片機(jī)的相關(guān)技術(shù)為：首先， 8位機(jī)會(huì)保留主流地位， 主要是在最廣大的小型智能電子系統(tǒng)中， 因?yàn)槟壳斑€是采取嵌入式應(yīng)用對(duì)象有限時(shí)間響應(yīng)。其次， 應(yīng)用系統(tǒng)全盤(pán)CMOS化CMOS電路有眾多優(yōu)點(diǎn)， 已成為日前單片機(jī)及其外圍器件流行的半導(dǎo)體工藝。再次， 專(zhuān)用單片機(jī)的發(fā)展和OTPROMFlash ROM的使用， 也是當(dāng)前的發(fā)展模式。最后， 以串行方式為主的外圍擴(kuò)展為應(yīng)用趨勢(shì)[2]。

二、傳感器概述

傳感器是一種檢測(cè)性的儀器， 它主要對(duì)各種精密儀器的質(zhì)量等各方面進(jìn)行檢測(cè)， 以保證儀器的正常。傳感器的類(lèi)型有很多種， 根據(jù)不同的精密儀器的檢測(cè)要求可以區(qū)分出不同的傳感器。比如常見(jiàn)的有光敏傳感器、聲敏傳感器等等。這些傳感器主要是用于檢測(cè)各種不同功能的儀器， 以保證這些儀器的正常使用。

三、單片機(jī)提高傳感器穩(wěn)定性的作用

傳感器在使用的過(guò)程中， 需要極高的穩(wěn)定性。因?yàn)樵趥鞲衅魇褂玫倪^(guò)程中， 穩(wěn)定性越高， 自然也就能更好的進(jìn)行儀器的檢測(cè)， 檢測(cè)出來(lái)的結(jié)果也就越準(zhǔn)確。目前， 傳感器在使用的過(guò)程中容易出現(xiàn)穩(wěn)定性差的情況。一旦發(fā)生這種狀況， 那么在檢測(cè)儀器的過(guò)程中自然會(huì)令檢測(cè)結(jié)果有失準(zhǔn)確， 造成誤差的出現(xiàn)。針對(duì)目前傳感器穩(wěn)定性差的這一問(wèn)題來(lái)說(shuō)， 單片機(jī)的使用能在很大程度上修正這一問(wèn)題。傳感器的長(zhǎng)時(shí)間使用增大了傳感器的線性誤差， 這時(shí)加入單片機(jī)技術(shù)能在很大程度上對(duì)這些誤差進(jìn)行修正[3]。這樣一來(lái)， 非線性誤差的減少正是大大增加了傳感器的穩(wěn)定性， 讓傳感器能更加穩(wěn)定的進(jìn)行儀器測(cè)量的工作。單片機(jī)的加入對(duì)傳感器的穩(wěn)定性的增加有很重要的作用， 這也是單片機(jī)在傳感器中發(fā)揮的一個(gè)巨大的作用。

四、單片機(jī)減少傳感器干擾的作用

（一）常見(jiàn)干擾

傳感器在進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)， 外界的各種因素都有可能對(duì)傳感器的精確度造成影響。這時(shí)， 為了保證傳感器能正常的工作， 需要減少這些外界因素的影響。提高傳感器的抗干擾能力正是提高傳感器精確度的一個(gè)有效途徑。在實(shí)際的儀器測(cè)量的環(huán)節(jié)中， 傳感器有可能在一些較為復(fù)雜多變的環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量工作。這樣一來(lái)， 外界的干擾因素就成了傳感器工作的一個(gè)阻礙。傳感器本身比較靈敏， 加之外界的干擾會(huì)大大影響其使用效果。這時(shí)， 單片機(jī)的加入就可以起到抗干擾的效果[4]。

（二）外界干擾

傳感器在進(jìn)行實(shí)際測(cè)量工作時(shí)的外界環(huán)境時(shí)不確定的， 有時(shí)候傳感器的工作環(huán)境會(huì)特別惡劣， 從而造成對(duì)傳感器測(cè)量工作的干擾。傳感器在進(jìn)行測(cè)量后， 會(huì)有一個(gè)信號(hào)輸出的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中， 外界嘈雜雜亂的環(huán)境會(huì)對(duì)輸出結(jié)果造成一定的影響。這時(shí)， 單片機(jī)的加入能適當(dāng)?shù)南@些外界干擾因素的影響。傳感器在進(jìn)行工作時(shí)， 單片機(jī)可以利用其軟件進(jìn)行好干擾的消除工作， 從而達(dá)到減少誤差的作用。

五、傳感器設(shè)計(jì)中單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)今， 傳感器特別是智能傳感器的發(fā)展方向是微型化、低成本、低功耗、高精度、可靠性、穩(wěn)定性， 可是， 當(dāng)今不少的傳感器大都面臨體積大、穩(wěn)定性差、可靠性低、成本高的不足之處， 而單片機(jī)具備的優(yōu)勢(shì)是成本低、體積小、控制力強(qiáng)、運(yùn)算能力強(qiáng)等， 因此這有助于傳感器的設(shè)計(jì)。

（一）應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)使傳感器可靠性提高

傳統(tǒng)意義上的無(wú)單片機(jī)技術(shù)的傳感器具備比較差的可靠性， 而比較低的可靠性常常造成傳感器的穩(wěn)定性比較差?？煽啃允侵?jìng)鞲衅髟陂L(zhǎng)期不間斷地運(yùn)行中輸出量出現(xiàn)的改變， 它在跟其它像是抗干擾能力、分辨率、靈敏度等方面的指標(biāo)和性能上具備非常關(guān)鍵的地位。為此， 傳感器一直分析的重點(diǎn)就是增強(qiáng)可靠性的一系列指標(biāo)。傳感器可靠性的提高借助單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的原理是， 通過(guò)單片機(jī)技術(shù)將傳感器的非線性誤差進(jìn)行修復(fù)， 進(jìn)而使它的可靠性提高。像是在智能濕度傳感器的設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)用具備高速A/D轉(zhuǎn)換器的高速增強(qiáng)單片機(jī)， 結(jié)合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化的單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具， 借助定時(shí)器控制A/D轉(zhuǎn)換器通過(guò)相應(yīng)的采樣頻率實(shí)施A/D轉(zhuǎn)換， 借助PC串口對(duì)接收智能濕度傳感器A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果， 且將它的相對(duì)濕度計(jì)算出來(lái)。如此進(jìn)行測(cè)算顯著地簡(jiǎn)化了計(jì)算相對(duì)濕度的電路設(shè)計(jì)， 進(jìn)而使得它的精確性與穩(wěn)定性大大地提高。

（二）應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)使傳感器抗干擾性能增強(qiáng)

在惡劣的運(yùn)行環(huán)境當(dāng)中， 傳感器往往會(huì)受到電磁波、濕度、溫度等一些要素的制約， 為此， 要求傳感器具備相應(yīng)的抗干擾性能， 進(jìn)而在不利的環(huán)境當(dāng)中能夠順利地運(yùn)行， 且?guī)?lái)精確的數(shù)據(jù)。像是在渦流位移傳感器運(yùn)行的時(shí)候， 被測(cè)物體有著異樣均勻性的材料， 對(duì)磁的傳導(dǎo)性能也存在著差異性， 這大大地影響了設(shè)備的順利運(yùn)行。因?yàn)楸砻娌痪鶆虻牟牧腺|(zhì)地， 在實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候， 轉(zhuǎn)動(dòng)軸較難精確地運(yùn)行， 在進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候， 盡管可以確保位置不出現(xiàn)改變， 可這個(gè)時(shí)候的傳感器依舊能夠出現(xiàn)小的電壓輸出， 這影響到了最后檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為此， 在完善固有設(shè)備的時(shí)候， 增強(qiáng)其抗干擾性能是非常必要的。在這種設(shè)備上應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)， 在實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候， 每一次轉(zhuǎn)動(dòng)一周之后的傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)軸， 單片機(jī)設(shè)備就能夠修正它所輸出的結(jié)果， 如此能夠使得因?yàn)椴痪鶆蛐缘臏y(cè)量體而導(dǎo)致的誤差彌補(bǔ)， 最終使得傳感性設(shè)備的測(cè)量準(zhǔn)確性提高。

（三）應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)促進(jìn)傳感器的演變和發(fā)展

當(dāng)今， 在工農(nóng)業(yè)需要與傳感器有關(guān)技術(shù)發(fā)展的影響下， 傳感器的種類(lèi)日益增多， 規(guī)格和品種也日益成熟， 可是， 由于歷史遺留的原因， 傳感器的I/O （輸入/輸出） 信號(hào)面臨著不一致的地方， 電路系統(tǒng)與運(yùn)行原理也存在非常大的差異性， 這使得傳感器的統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程變慢， 這為傳感器用戶帶來(lái)一些麻煩的過(guò)程中， 也不利于有關(guān)測(cè)試儀和傳感器的應(yīng)用以及發(fā)展。而單片機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)為促使傳感器的統(tǒng)一化帶來(lái)的機(jī)會(huì)與奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。由于單片機(jī)的運(yùn)算性能比較強(qiáng)， 越來(lái)越低的成本與小型化的體積有利于測(cè)試儀和陳舊傳感器的淘汰， 單片機(jī)技術(shù)的完整性與系統(tǒng)性以及傳感器設(shè)備中單片機(jī)技術(shù)的獨(dú)特角色使得傳感器中的很多設(shè)備都跟單片機(jī)技術(shù)有關(guān)聯(lián)， 這有助于推動(dòng)以單片機(jī)有關(guān)技術(shù)作為主導(dǎo)的統(tǒng)一化與標(biāo)準(zhǔn)化。當(dāng)前以后將來(lái)的一段時(shí)期內(nèi)， 我國(guó)傳感器的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)就是傳感器的統(tǒng)一化與標(biāo)準(zhǔn)化。綜合研究發(fā)現(xiàn)， 電路標(biāo)準(zhǔn)化下的傳感器需要具備下面的一些作用：能夠連接高一級(jí)的控制單元的作用、具備簡(jiǎn)單化的處理信號(hào)的作用、具備存儲(chǔ)信號(hào)的作用、具備線性校正技術(shù)的作用， 具備溫度補(bǔ)償技術(shù)的作用。除此之外， 傳感器運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)化也有利于智能儀表規(guī)范化的推動(dòng)， 從而使得測(cè)試儀器的穩(wěn)定性能增強(qiáng)， 減少成本支出。

目前來(lái)看， 傳感器的種類(lèi)多重多樣， 規(guī)格也是大有不同。不同類(lèi)型的傳感器有著不同的作用， 自然也會(huì)有有很大的差別。傳感器有很多不同的類(lèi)型， 在工藝制作中也會(huì)存在很大的差異。有的傳感器電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單， 但也有的傳感器的電路設(shè)計(jì)相當(dāng)復(fù)雜。由此可見(jiàn)， 傳感器目前還沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)則， 傳感器標(biāo)準(zhǔn)化的問(wèn)題也沒(méi)有得到解決。這樣一來(lái)， 不僅會(huì)對(duì)傳感器使用者帶來(lái)一定的麻煩， 也給傳感器的發(fā)展帶來(lái)了很大的難題。

隨著單片機(jī)發(fā)展的越來(lái)越快， 單片機(jī)的成本在不斷的降低， 同時(shí)單片機(jī)各方面的性能也在不斷的提高。比如單片機(jī)的便捷性越來(lái)越強(qiáng)， 單片機(jī)的計(jì)算能力也在修步的提升等等。單片機(jī)的應(yīng)用可以說(shuō)給傳感器的發(fā)展帶來(lái)了新的曙光， 單片機(jī)的應(yīng)用大大提高了傳感器各方面的性能， 讓傳感器的發(fā)展有了一個(gè)更好的前提。如今， 傳感器標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程在不斷的推進(jìn)， 這與傳單片機(jī)的巨大作用是分不開(kāi)的。單片機(jī)的應(yīng)用加快了傳感器標(biāo)準(zhǔn)化的步伐， 讓傳感器能更快的進(jìn)步， 更好的發(fā)展。

另外， 單片機(jī)的加入為傳感器標(biāo)準(zhǔn)化的推進(jìn)有效的降低了成本。單片機(jī)已經(jīng)越來(lái)越普及， 價(jià)格也會(huì)越來(lái)越低廉。用有限的金錢(qián)來(lái)達(dá)到開(kāi)發(fā)的目的是以后傳感器標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)步的目標(biāo)。傳感器標(biāo)準(zhǔn)化之后， 傳感器的功能也會(huì)遵從標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)律。

結(jié)論：總之，單片機(jī)在傳感器中的應(yīng)用走著很廣闊的發(fā)展前景。單片機(jī)在傳感器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用可以提高傳感器各方面的性能， 還能改善傳統(tǒng)傳感器中的各種缺陷。單片機(jī)在傳感器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用讓傳感器得到了優(yōu)化， 讓傳感器能上升一個(gè)層次。并且單片機(jī)的應(yīng)用還提高了傳感器的穩(wěn)定性， 和精確性， 讓傳感器減少外界因素的影響?？傊?， 傳感器中單片機(jī)的應(yīng)用整體的提高了傳感器各方面的性能， 為傳感器的優(yōu)化起到了很大的作用。關(guān)于傳感器中單片機(jī)的應(yīng)用還需要更多的專(zhuān)業(yè)人士提出更加合理的建議， 未來(lái)傳感器的設(shè)計(jì)必定能在大家的共同努力之下更上一層樓。

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