关于单片机在传感器中的运用分析

【摘要】传感器分类可对照人类5大感觉器官来一一对应，如光敏传感器好比人类视觉，气敏传感器犹如人类嗅觉，声敏传感器好比人类听觉，化学传感器犹如人类味觉，压敏和温敏传感器好比人类触...

摘要：本文从介绍传感器概念及其缺陷和单片机概念及其技术应用出发，分析了二者在技术上的结合点，并以此结合点作为依据对单片机技术在传感器设计中的应用作了阐述

关键词：单片机传感器

中图分类号： TP212 文献标识码： A 文章编号：

1 传感器介绍及其缺陷

传感器简单说就是一种检测装置，是依照一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的测量装置。传感器依靠本身具备的敏感元件和转换元件能灵敏地感触到被测量元件包含的信息，并将按照某种特定的参数公式转换成可用信号。以满足信息传输、处理、存储、显示以及控制等要求。

传感器分类可对照人类5大感觉器官来一一对应，如光敏传感器好比人类视觉，气敏传感器犹如人类嗅觉，声敏传感器好比人类听觉，化学传感器犹如人类味觉，压敏和温敏传感器好比人类触觉，这些不同功用的传感器对传感器的性能要求不一样，有的传感器对所有性能均要求严格，而一些传感器则对某一项性能要求苛刻，如温控开关传感器对传感器可靠性要求严格，但体积大是其缺陷，再如用于计量仪器的高精度温度测量传感器对传感器的动态精度、稳定性、动态性能(响应速度、工作频率、稳定时间)和体积等具有苛刻要求。目前在工农业领域，传感器的应用范围越来越广，虽然传感器的某些缺陷在不断完善，一些技术在不断改进，但如何找到一种更符合实际的材料来弥补技术缺陷是传感器设计上研究的课题。考虑到未来传感器设计开发的方向是发现更加敏感的传感材料，其实际具备力、热、光、磁等物理量的半导体硅材料会使传感器的性能发生革命性的变化，由此制造出更加优质的敏感元件。而在半导体硅片基础上制造出的单片机在具备了硅材料性能的同时，其本身的一些性能优势正好是当前传感器存在的一些缺陷，所以，将单片机技术应用于传感器设计上不但是技术需要，也代表了未来的发展方向，即智能传感器。

2 单片机技术及其应用

单片机是单片微型计算机的简称，它是一种电路芯片集成，利132用超大规模集成电路技术将具有数据处理能力的CPU、RAM、ROM、多种I／O和中断系统、定时器等功能集成到一块硅片构成的一个微型的计算机系统。从单片机硬件性能来看，它首先具备了半导体硅片应用的原始特性，如光、热、磁等物理量：其次是单片机集成度高，这使其体积小；此外，单片机可靠性高，连续工作lO6～107 h无故障；还有就是单片机借助强大的中央处理系统而“天生”具备强处理能力、运算速度快且精确度高。

正是由于以上的优势和特性，单片机的应用范围极为广泛，几乎在所有工业领域都有单片机的影子，但其主要应用于智能仪器仪表、工业控制如数据采集系统、计算机通信领域、汽车设备领域以及家用电气上等。而单片机技术应用于传感器设计是近几年兴起的研究方向，随着传感器对半导体硅片材料的需求，使单片机技术与传感器的结合的趋势更加明显。

3 单片机技术在传感器设计上的应用

目前，传感器尤其是智能传感器正在向高可靠性、稳定性、高精度、低功耗、低成本、微型化等方向发展，而目前许多传感器却普遍存在高成本、稳定性和可靠性差、体积大等缺陷，而单片机凭借其超强的运算能力、强控制力、体积小型化和低成本等优势给传感器设计带来了重大变革。

3．1 单片机技术有助于提高传感器的稳定性

传统的无单片机技术支持下的传感器稳定性差，而稳定性差又往往导致传感器可靠性差。稳定性指的是传感器在长时间连续工作状态下输出量发生的变化，它在与其他诸如灵敏度、分辨率、抗干扰能力等一系列性能指标评比上处于最重要的位置，因此，提高稳定性指标一直是传感器研究的重点。而通过单片机技术提高传感器的稳定性的原理是，借助单片机技术修正传感器一些非线性误差，从而提高稳定性。如带有高速A／D 转换器的STC12C2052AD高速增强单片机应用于智能湿度传感器设计中，通过使用标准的8051单片机开发工具，使用定时器控制A／D转换器以一定的采样频率进行A／D转换，通过PC串口对接收智能湿度传感器A／D转换结果计算出相对湿度。这种测算相对湿度的电路设计明显得到简化，从而大大提高了可靠性和精确度。

3．2 单片机技术有助于降低对传感器的干扰

抗干扰能力是传感器的基本性能之一，在实际工业环境下，条件常常极为恶劣，存在温湿度、电磁波等干扰。如电涡流位移传感器在检测过程中，由于被测物体材料存在不同的均匀性和导磁性，常常对正常测量造成干扰。转动轴因表面的不均匀特点导致在实际测量上存在困难，而且在转动过程中，虽然轴的位置基本保持不动，但传感器此时仍有电压输出，这也对测量的精度造成干扰。因此，在设计上需要考虑装置的抗干扰性。引入单片机技术，在实际测量中，传感器每当轴转动一周后，会对传感器的输出特性曲线进行定量修正，这样保证了被测量物体材质的均匀性，利于精确测量。

3．3 在推动传感器发展演变上的应用

当前，随着传感器相关技术的发展和工农业的需求，传感器的类型越来越越多，品种规格也越来越成熟，但历史遗留问题是，由于传感器I／O(输入／输出)信号上存在不统一，工作原理和电路系统也千差万别，导致推进传感器标准化统一化的进程缓慢，这在给传感器用户带来不必要的麻烦的同时，也反过来制约着传感器及其相关的测试仪的发展和应用。不过，单片机技术的出现为推动传感器标准化奠定了技术基础和提供了时机。因单片机超强的运算能力、微型化的体积和日益低廉的成本为淘汰旧传感器和测试仪提供了环境，单片机技术在传感器装置中的特殊角色以及单片机技术本身的系统性和完整性，使传感器上大量装置都与单片机技术相关，这有利于促进以单片机相关技术为主导的标准统一化。目前及今后一段时间，着手开展传感器的标准化工作将是我国传感器研究的一个重要方向。从分析来看，电路标准化下的传感器应具有如下功能：一是具有放大和标准化输出传感器信号功能；二是具有温度补偿技术；三是应具有线性校正技术；四是应具有信号存储功能：五是应具有简单的信号处理功能；六是能实现与高一级控制单元的连接。另外，传感器的标准化工作也有助于推进智能仪表的规范化，以提高测试仪器的可靠性，降低成本。

4 结语

单片机技术有助于大大提升传感器的稳定性和可靠性，有助于降低外界对传感器的干扰，提高其抗干扰能力，而且单片机技术在传感器上的突出优势还为传感器及测试仪的标准化和规范化奠定了条件。随着信息时代的来临，传感器固有的一些性能缺陷随着外部环境的变化而逐渐暴露出来，而单片机技术也面临着信息技术的冲击，因此必须加快单片机技术的升级以应对未来市场对高性能传感器的需求。

参考文献：

[1]张旭;单片机技术在传感器设计中的应用；《机电信息》2011年第36期

[2]苏强;林旭梅; 一种基于单片机的超声波传感器的研究与设计《微型机与应用》2010年第15期