1、传感器传感器是物联网的基础技术之一，处于物联网架构的感知层。本章将介绍几种常用的传感器，包括温度传感器、湿度传感器、MEMS传感器等内容。3.1 传感器基础知识传感器基础知识3.2 几种常用的传感器3.3 智能传感器3.4 MEMS技术3.5 传感器接口技术本章目录3.1传感器概述定义定义把特定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置”。传感器的作用传感器的作用1.工业自动化2.航空航天3.资源探测与环境保护4.医学5.家用电子6.军事 3.1.3 传感器的组成传感器的组成：敏感元件与转换元件传感器的组成：敏感元件与转换元件显示器记录仪数据处理测量电路辅助电源无线传感节点的组成：
2、无线传感节点的组成：电池、传感器、微处理器、无线通信芯片；1. 按输入量分类2. 按输出量分类3. 按基本效应分类4. 按工作原理分类5. 按能量变换关系分类3.1.4 传感器的分类3.1.5 传感器的基本特性1.静态特性1）线性度 2）灵敏度3）迟滞4）重复性2.动态特性例3-1液体温度传感器是一阶传感器，已知某玻璃汞温度计特性的微分方程式为：4dy/dx +2y=2*10-3x 试确定时间常数与静态灵敏度？解：一阶传感器的方程式为：解：一阶传感器的方程式为： a a1 1dy/dx +ady/dx +a0 0y=by=b0 0 x x化为标准式：化为标准式：2dy/dx +y=12dy/d
3、x +y=1* *1010-3 -3x x则时间常数则时间常数:2s, :2s, 静态灵敏度静态灵敏度k=10k=10-3 -3/ /0 0C C 3.2.1 温度传感器1.1.基本概念基本概念1）接触式2）非接触式2.2.常用温度传感器分类常用温度传感器分类1）水分子亲和力型2) 非水分子亲和力型3）有机高分子温度传感器 电阻式 电容式3.2.2 湿度传感器1.1.基本概念基本概念1）绝对温度和相对温度2）露点2.2.湿度传感器分类湿度传感器分类1）DS18B20数字温度传感器2) AD590温度传感器供电电压：330V,灵敏度1A/0C传送距离可达1Km以上，阻抗20M欧3.2.3 超声波
4、传感器1.1.基本概念基本概念利用超声波的特性研制成的传感器2.2.主要性能指标主要性能指标1）工作频率 2）工作温度 3）灵敏度3.3.工作原理工作原理4.4.系统组成系统组成 由发送传感器、接收传感器、控制部分与电源组成由发送传感器、接收传感器、控制部分与电源组成3.2.43.2.4 气敏传感器1.1.基本概念基本概念 将被测气体浓度转换成一定关系电量输出的装置2.2.工作原理工作原理 半导体、接触燃烧式、化学反应式、光干涉式、热传导式、红外吸收散式等3.3.类类型与参数型与参数 3.33.3 智能传感器1.1.智能传感器概念智能传感器概念(intelligent Sensor)(inte
5、lligent Sensor) 带有微处理器，具有采集、处理、交换信息的能力，带有微处理器，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理器相结合的产物。是传感器集成化与微处理器相结合的产物。2.2.智能传感器的组成智能传感器的组成 3.43.4 MEMS技术（微型元器件）1.概念：指亚微米至亚毫米范围的装置2.特点：体积小、集成度高、功能灵活，使人类的操作延伸到微米级空间3.应用： 信息 航空 医疗和生物 环境科学几种常见的MEMS传感器微加速度传感器原理图微加速度传感器微加速度传感器 随后随后Zimmermann 等人报道了利用等人报道了利用SIMOX SOI 芯片制作的类似芯片制
6、作的类似结构的微加速度传感器，另外结构的微加速度传感器，另外Chan 等人还报道了测量范围在等人还报道了测量范围在5g 和和1g 的改进型的力平衡式加速度计。这种传感器在汽车的防撞气的改进型的力平衡式加速度计。这种传感器在汽车的防撞气袋控制等领域有着广泛应用，而且成本较低袋控制等领域有着广泛应用，而且成本较低(在在15 美元以下美元以下) ，因，因而引起了产业界极大的兴趣和投资热情。而引起了产业界极大的兴趣和投资热情。几种常见的MEMS传感器微机械陀螺仪微机械陀螺仪 微机械陀螺仪是另一种惯性微机械器件微机械陀螺仪是另一种惯性微机械器件, , 它在诸如汽它在诸如汽车牵引控制系统、行驶稳定系统车牵
7、引控制系统、行驶稳定系统, ,摄像机稳定系统摄像机稳定系统, , 飞飞机稳定系统机稳定系统, , 计算的惯性鼠标以及机器人、军事等领域计算的惯性鼠标以及机器人、军事等领域均有广泛的应用前景。微机械陀螺仪的结构与常见陀螺均有广泛的应用前景。微机械陀螺仪的结构与常见陀螺仪差别很大仪差别很大, , 常见的结构有双平衡环结构、悬臂梁结构、常见的结构有双平衡环结构、悬臂梁结构、音叉结构、振动环结构等几种音叉结构、振动环结构等几种, ,其中最先进的是振动环其中最先进的是振动环结构。结构。微机械位移控制器原理图3.5 传感器接口技术I2I13.5.3传感器与微机接口的一般结构被测量传感器放大器转换器微机隔离
8、转换器驱动器 微机是系统核心 输入通道的特点：1) 结构类型取决于传感器信号大小和类型 2) 技术指标：精度和实时性3) 模拟、数字信号混沌电路4) 电磁干扰 输出通道的特点：1) 通道结构取决于系统 2) 电平功率小 3)抗干拢3.5.4 接口电路应用实例图3-25 自动温度测控仪电路原理框图节点操作系统功能：硬件驱动资源管理任务调度编程借口TinyOSTinyOS由加州伯克莱分校开发,是目前无线传感网络研究领域使用最为广泛的OS (http:/)TinyOS开发语言：nesCnesC语言是专门为资源极其受限、硬件平台多样化的传感节点设计的开发语言 使用nesC编写的应用程序是基于组件的 组件之间的交互必须通过使用接口 用nesC编写的应用程序一般有一个最顶层的配置文件 本章小结传感器的基本概念和典型应用温度传感器湿度传感器气敏、超声波传感器TinyOS操作系统。
