(工程测试与信号处理课件5集成化智能传感器56.pptx

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1、集成化智能传感器集成化智能传感器集成化智能传感器集成化智能传感器 一、概述一、概述 智能传感器系统是一门现代综合技术，是当今世界正在迅速发展的高新技智能传感器系统是一门现代综合技术，是当今世界正在迅速发展的高新技术，至今还没有形成规范的定义。早期，人们简单、机械地强调在工艺上将术，至今还没有形成规范的定义。早期，人们简单、机械地强调在工艺上将传感器和微处理器两者紧密结合，认为传感器和微处理器两者紧密结合，认为“传感器的敏感元件及其信号调理电传感器的敏感元件及其信号调理电路与微处理器集成在一块芯片上就是智能传感器路与微处理器集成在一块芯片上就是智能传感器”，显然，这种定义过于狭，显然，这种定义过

2、于狭义。义。智能传感器的中、英文称谓很多，目前尚未统一。一般认为智能传感器的中、英文称谓很多，目前尚未统一。一般认为“intelligent Sensor”“intelligent Sensor”是英国人对智能传感器的称谓，而是英国人对智能传感器的称谓，而“Smart“Smart Sensor”Sensor”是美国人对智能传感器的俗称。是美国人对智能传感器的俗称。Johan H.Huijsing Johan H.Huijsing 在在“Integrated Smart Sensor”“Integrated Smart Sensor”一文中按集成化程度的不同，分别称为一文中按集成化程度的不同，分

3、别称为“Smart Sensor”“Smart Sensor”，“Integrated Smart Sensor”“Integrated Smart Sensor”。“Smart Sensor”“Smart Sensor”的的中文译名有的译为中文译名有的译为“灵巧传感器灵巧传感器”，也有译为，也有译为“智能传感器智能传感器”。目前国内大。目前国内大多数采用集成智能传感器（多数采用集成智能传感器（Integrated Smart SensorIntegrated Smart Sensor）的称谓，简称智能）的称谓，简称智能传感器（传感器（intelligent Sensorintelligent

4、 Sensor），并且认为：），并且认为：“传感器与微处理器赋予智能传感器与微处理器赋予智能的结合，兼有信息检测和信息处理的传感器是智能传感器（系统）的结合，兼有信息检测和信息处理的传感器是智能传感器（系统）”；将传；将传感器与微处理器集成在一块芯片上只是构成智能传感器（系统）的一种方式。感器与微处理器集成在一块芯片上只是构成智能传感器（系统）的一种方式。集成化智能传感器集成化智能传感器二、集成化智能传感器的功能与特点二、集成化智能传感器的功能与特点 1.1.集成化智能传感器的功能集成化智能传感器的功能 集成化智能传感器的功能是通过比较人的感官和大脑的协调集成化智能传感器的功能是通过比较人的感

5、官和大脑的协调动作，总结长期以来传感器测量的实际经验而提出的。概括而动作，总结长期以来传感器测量的实际经验而提出的。概括而言，主要功能如下：言，主要功能如下：（1 1）自补偿和计算）自补偿和计算 智能传感器的自补偿和计算功能为传感器的温度漂移和非线智能传感器的自补偿和计算功能为传感器的温度漂移和非线性补偿开辟了新的道路。即使传感器的加工不太精密，只要能性补偿开辟了新的道路。即使传感器的加工不太精密，只要能保证其重复性好，通过传感器的计算功能也能获得较精确的测保证其重复性好，通过传感器的计算功能也能获得较精确的测量结果。量结果。集成化智能传感器集成化智能传感器（2 2）自检、自诊断和自校正）自检

6、、自诊断和自校正普通传感器需要定期检验和标定，以保证其精确度。检验和普通传感器需要定期检验和标定，以保证其精确度。检验和标定时一般要求将传感器从使用现场拆卸下来拿到实验室进标定时一般要求将传感器从使用现场拆卸下来拿到实验室进行，很不方便。而集成化智能传感器的检验校正可以在线进行，很不方便。而集成化智能传感器的检验校正可以在线进行。一般所要调整的参数主要是零位和增益。将校正功能软行。一般所要调整的参数主要是零位和增益。将校正功能软件存储在智能传感器的存储器中，操作者只要输入零位和一件存储在智能传感器的存储器中，操作者只要输入零位和一些已知参数，智能传感器的微处理器就能自动将随时间变化些已知参数，

7、智能传感器的微处理器就能自动将随时间变化了的零位和增益校正过来。了的零位和增益校正过来。（3 3）复合敏感功能）复合敏感功能集成化智能传感器能够同时测量多种物理量和化学量，具有复集成化智能传感器能够同时测量多种物理量和化学量，具有复合敏感功能，能够给出全面反映物质和变化规律的信息。如压合敏感功能，能够给出全面反映物质和变化规律的信息。如压力、真空度，温度梯度、热量和熵，浓度、力、真空度，温度梯度、热量和熵，浓度、pHpH值等分别反映物值等分别反映物质的力、热、化学特性。质的力、热、化学特性。集成化智能传感器集成化智能传感器（4 4）接口功能）接口功能由于传感器中使用了微处理器，其接口容易实现数

8、字化与标准由于传感器中使用了微处理器，其接口容易实现数字化与标准化，可方便地与一个网络系统或上一级计算机进行接口，这样化，可方便地与一个网络系统或上一级计算机进行接口，这样就可以由远程中心计算机控制整个系统工作。就可以由远程中心计算机控制整个系统工作。（5 5）显示报警功能）显示报警功能集成化智能传感器通过接口与数码管或其他显示器结合起来，集成化智能传感器通过接口与数码管或其他显示器结合起来，可选点显示或定时循环显示各种测量值及相关参数。测量结果可选点显示或定时循环显示各种测量值及相关参数。测量结果也可以由打印机输出。此外，通过与预设上下限值的比较还可也可以由打印机输出。此外，通过与预设上下限

9、值的比较还可实现超限值的声光报警功能。实现超限值的声光报警功能。集成化智能传感器集成化智能传感器（6 6）数字通讯功能）数字通讯功能 集成化智能传感器可利用接口或智能现场通讯器（集成化智能传感器可利用接口或智能现场通讯器（SFCSFC）来交）来交换信息。换信息。SFCSFC可挂在传感器两信号输出线的任何位置，通过键盘的可挂在传感器两信号输出线的任何位置，通过键盘的简单操作进行远程设定或变更传感器的参数，如测量范围、线性简单操作进行远程设定或变更传感器的参数，如测量范围、线性输出或平方根输出等。这样，无需把传感器从危险区取下来，极输出或平方根输出等。这样，无需把传感器从危险区取下来，极大地节省了

10、维护时间和费用。大地节省了维护时间和费用。综上所述，集成化智能传感器功能模块可分为两部分：基本综上所述，集成化智能传感器功能模块可分为两部分：基本传感器部分和信号处理单元部分。基本传感器的功能主要是用传传感器部分和信号处理单元部分。基本传感器的功能主要是用传感器测量被测参数，并将传感器的识别特性和计量特性存在可编感器测量被测参数，并将传感器的识别特性和计量特性存在可编程的只读存储器（程的只读存储器（PROMPROM）中，以便校准计算。信号处理单元部分）中，以便校准计算。信号处理单元部分主要是由微处理器计算和处理被测量，并滤除传感器感知的非被主要是由微处理器计算和处理被测量，并滤除传感器感知的非

11、被测量。这两个部分通常是集成在一起，形成一个整体，封装在一测量。这两个部分通常是集成在一起，形成一个整体，封装在一个壳体内。两个部分也可以远距离实现，特别是在测量现场环境个壳体内。两个部分也可以远距离实现，特别是在测量现场环境较差的情况下，这有利于电子元件和微处理器的保护，也便于远较差的情况下，这有利于电子元件和微处理器的保护，也便于远程控制和操作。程控制和操作。集成化智能传感器集成化智能传感器2.2.集成化智能传感器的特点集成化智能传感器的特点集成化智能传感器与传统传感器相比具有以下特点：集成化智能传感器与传统传感器相比具有以下特点：（1 1）精度高）精度高 集成化智能传感器有多项功能来保证

12、它的高精度，如自动集成化智能传感器有多项功能来保证它的高精度，如自动校零以去除零点误差；与标准参考基准实时对比以自动进行整校零以去除零点误差；与标准参考基准实时对比以自动进行整体系统校定；自动进行整体系统的非线性等系统误差的校正；体系统校定；自动进行整体系统的非线性等系统误差的校正；通过对采集的大量数据的统计处理以消除偶然误差的影响。这通过对采集的大量数据的统计处理以消除偶然误差的影响。这些措施保证了智能传感器有很高的测量精度。些措施保证了智能传感器有很高的测量精度。集成化智能传感器集成化智能传感器（2 2）可靠性与稳定性高）可靠性与稳定性高 集成化智能传感器可以自动补偿因工作条件与环境参数发

13、集成化智能传感器可以自动补偿因工作条件与环境参数发生变化后引起的系统特性的漂移，如温度补偿；自动转换量程生变化后引起的系统特性的漂移，如温度补偿；自动转换量程以适应被测参数的变化；自我检验、分析、判断所采集数据的以适应被测参数的变化；自我检验、分析、判断所采集数据的合理性，并给出异常情况的应急处理（报警或故障提示）等。合理性，并给出异常情况的应急处理（报警或故障提示）等。因此集成化智能传感器具有高可靠性与高稳定性。因此集成化智能传感器具有高可靠性与高稳定性。（3 3）信噪比与分辨力高）信噪比与分辨力高 由于集成化智能传感器具有数据存储、记忆与信息处理功由于集成化智能传感器具有数据存储、记忆与信

14、息处理功能，通过软件进行数字滤波、相关分析等处理，可以去除输入能，通过软件进行数字滤波、相关分析等处理，可以去除输入数据中的噪声，取出有用信号；通过数据融合、神经网络等技数据中的噪声，取出有用信号；通过数据融合、神经网络等技术，可以消除多参数状态下交叉灵敏度的影响，从而保证在多术，可以消除多参数状态下交叉灵敏度的影响，从而保证在多参数状态下对特定参数测量的分辨力。因此集成化智能传感器参数状态下对特定参数测量的分辨力。因此集成化智能传感器具有高信噪比和高分辨力。具有高信噪比和高分辨力。集成化智能传感器集成化智能传感器（4 4）自适应性强）自适应性强 由于集成化智能传感器具有判断、分析与处理功能，

15、它能由于集成化智能传感器具有判断、分析与处理功能，它能根据系统工作情况决策各部分供电情况、与上位计算机的数据根据系统工作情况决策各部分供电情况、与上位计算机的数据传输速率，使系统工作在最低功耗状态和优化传送效率。传输速率，使系统工作在最低功耗状态和优化传送效率。（5 5）性能价格比高）性能价格比高 集成化智能传感器所具有的上述高性能，不是像传统传感集成化智能传感器所具有的上述高性能，不是像传统传感器技术追求传感器本身的完善、对传感器的各个环节进行精心器技术追求传感器本身的完善、对传感器的各个环节进行精心设计与调试、进行设计与调试、进行“手工艺品手工艺品”式的精雕细琢来获得，而是通式的精雕细琢来

16、获得，而是通过与微处理器过与微处理器/微计算机相结合，采用廉价的集成电路工艺和芯微计算机相结合，采用廉价的集成电路工艺和芯片以及强大的软件来实现的，所以其性能价格比高。片以及强大的软件来实现的，所以其性能价格比高。集成化智能传感器集成化智能传感器三、智能传感器的实现三、智能传感器的实现 目前，智能传感器主要有如下三条实现途径：目前，智能传感器主要有如下三条实现途径：1.1.非集成化实现非集成化实现 非集成化智能传感器是将传统的经典传感器（采用非集成化非集成化智能传感器是将传统的经典传感器（采用非集成化工艺制作的传感器，仅具有获取信息的功能）、信号调理电路、工艺制作的传感器，仅具有获取信息的功能

17、）、信号调理电路、带数字总线接口的微处理器组合为一整体而构成的一个智能传带数字总线接口的微处理器组合为一整体而构成的一个智能传感器系统。其组成框图如图所示。感器系统。其组成框图如图所示。集成化智能传感器集成化智能传感器2.2.集成化实现集成化实现 这种智能传感器系统是用微机械加工技术和大规模集成电这种智能传感器系统是用微机械加工技术和大规模集成电路工艺技术，利用硅作为基本材料来制作敏感元件、信号调理路工艺技术，利用硅作为基本材料来制作敏感元件、信号调理电路、微处理单元，并把它们集成在一块芯片上而构成的。故电路、微处理单元，并把它们集成在一块芯片上而构成的。故又可称为集成智能传感器（又可称为集成

18、智能传感器（integrated smart/intelligent integrated smart/intelligent sensor sensor）。其外形如图所示。）。其外形如图所示。集成化智能传感器集成化智能传感器这类集成化智能传感器以硅材料为基础，采用微米（这类集成化智能传感器以硅材料为基础，采用微米（1m1mm1m1mm）级的微机械加工技术和大规模集成电路工艺来实现各种集成智级的微机械加工技术和大规模集成电路工艺来实现各种集成智能传感器系统的微米级尺寸化，其特点：能传感器系统的微米级尺寸化，其特点：（1 1）微型化。微型压力传感器已经可以小到放到注射针头内送）微型化。微型压力传

19、感器已经可以小到放到注射针头内送进血管测量血液流动情况，装在飞机或发动机叶片表面用以测进血管测量血液流动情况，装在飞机或发动机叶片表面用以测量气体的流速和压力。目前最新研究成功的微型加速度计可以量气体的流速和压力。目前最新研究成功的微型加速度计可以使火箭或飞船的制导系统质量从几公斤下降至几克。使火箭或飞船的制导系统质量从几公斤下降至几克。无线药丸式内窥镜无线药丸式内窥镜 1 1 图像采集、处理与控制部分图像采集、处理与控制部分胶丸式内窥镜这部分包括带数字图像输出的胶丸式内窥镜这部分包括带数字图像输出的CMOS CMOS 图像传感器、图像压缩模块、图像传感器、图像压缩模块、MEMS MEMS 微

20、电机、发微电机、发白光与具有两种不同红外波长的白光与具有两种不同红外波长的LEDLED光源光源(采集采集三维深度图像数据三维深度图像数据)等。等。2 2 无线传输部分无线传输部分胶丸式内窥镜无线传输部分包括信道编码、无线收胶丸式内窥镜无线传输部分包括信道编码、无线收发器、射频功放和天线等发器、射频功放和天线等 3 3 能量供给部分能量供给部分对于无线药丸式内窥镜系统，能量供给包括电池和能源管理电路对于无线药丸式内窥镜系统，能量供给包括电池和能源管理电路,它是整它是整个体内部分硬件电路最关键的部分之一，为保证实现全消化道检查，必须个体内部分硬件电路最关键的部分之一，为保证实现全消化道检查，必须采

21、用低功耗设计以延长电池寿命。采用低功耗设计以延长电池寿命。4.4.无线接收与数据传输部分无线接收与数据传输部分体外的便携式无线接收和数据传输装置的功能主要是把天线接收阵列接收体外的便携式无线接收和数据传输装置的功能主要是把天线接收阵列接收的内窥图像数据分成两路，一路送给胶囊定位模块获得胶囊的定位信息，的内窥图像数据分成两路，一路送给胶囊定位模块获得胶囊的定位信息，另一路送入相连接的无线接收器，然后把定位信息和图像一起存入便携式另一路送入相连接的无线接收器，然后把定位信息和图像一起存入便携式存储体上或转发给计算机控制与处理装置。存储体上或转发给计算机控制与处理装置。Z Z轴加速度传感器：轴加速度

22、传感器：汽车运动时使汽车运动时使Z Z轴传感器悬浮轴传感器悬浮扭矩梁因向心力的作用而发扭矩梁因向心力的作用而发生旋转，旋转引起了可旋转生旋转，旋转引起了可旋转梁与硅底间的电容量变化，梁与硅底间的电容量变化，即即旋转速度旋转速度=电容量。电容量。其其MEMSMEMS照片如左图。照片如左图。X X轴加速度传感器在汽车运动轴加速度传感器在汽车运动时使传感器中间悬浮可动板时使传感器中间悬浮可动板因加速度的作用而发生左右因加速度的作用而发生左右位移，左右位移引起中间可位移，左右位移引起中间可动板与左右固定板间的电容动板与左右固定板间的电容量变化，即量变化，即加速度加速度=电容电容量。其量。其MEMSME

23、MS照片如左图。照片如左图。x x轴加速度传感器：轴加速度传感器：集成化智能传感器集成化智能传感器（2 2）结构一体化。压阻式压力（差）传感器是最早实现一体）结构一体化。压阻式压力（差）传感器是最早实现一体化结构的。传统的应变式压力（差）传感器的做法是先分别由化结构的。传统的应变式压力（差）传感器的做法是先分别由宏观机械加工金属圆膜片与圆柱状环，然后将两者粘贴形成周宏观机械加工金属圆膜片与圆柱状环，然后将两者粘贴形成周边固支结构的边固支结构的“金属环金属环”，再在圆膜片上粘贴电阻应变片而构，再在圆膜片上粘贴电阻应变片而构成压力（差）传感器，这就不可避免的存在蠕变、迟滞、非线成压力（差）传感器，

24、这就不可避免的存在蠕变、迟滞、非线性等误差。采用微机械加工和集成化工艺，不仅弹性敏感元件性等误差。采用微机械加工和集成化工艺，不仅弹性敏感元件“硅杯硅杯”一次整体成型，而且电阻应变片（转换元件）和硅杯一次整体成型，而且电阻应变片（转换元件）和硅杯是完全一体化的。进而可在硅杯非受力区制作调理电路、微处是完全一体化的。进而可在硅杯非受力区制作调理电路、微处理器单元，甚至微执行器，从而实现不同程度乃至整个系统的理器单元，甚至微执行器，从而实现不同程度乃至整个系统的一体化。一体化。集成化智能传感器集成化智能传感器（3 3）高精度。传感器结构一体化后，迟滞、重复性指标将大大）高精度。传感器结构一体化后，

25、迟滞、重复性指标将大大改善，时间漂移大大减小，精度提高。后续信号调理电路与敏改善，时间漂移大大减小，精度提高。后续信号调理电路与敏感元件一体化后还可大大减小由引线长度带来的寄生参量的影感元件一体化后还可大大减小由引线长度带来的寄生参量的影响，这对电容式传感器更有特别重要的意义。响，这对电容式传感器更有特别重要的意义。（4 4）多功能。由于敏感元件结构的微型化（微米级），这有利）多功能。由于敏感元件结构的微型化（微米级），这有利于在同一片硅片上制作不同功能的多个传感器，实现多功能测于在同一片硅片上制作不同功能的多个传感器，实现多功能测量。如量。如2020世纪世纪8080年代初期年代初期Honey

26、well Honeywell 公司生产的公司生产的-型智能压力（差）和温度变送器，就是在一块硅片上制作了感型智能压力（差）和温度变送器，就是在一块硅片上制作了感受压力、压差及温度三个参量的、具有三种功能（测压力、压受压力、压差及温度三个参量的、具有三种功能（测压力、压差、温差）的敏感元件结构的传感器。这样，不仅增加了传感差、温差）的敏感元件结构的传感器。这样，不仅增加了传感器的功能，而且可以通过采用数据融合技术消除交叉灵敏度影器的功能，而且可以通过采用数据融合技术消除交叉灵敏度影响，提高传感器的稳定性和精度。响，提高传感器的稳定性和精度。集成化智能传感器集成化智能传感器（5 5）阵列化。传感器

27、的微加工技术（微米级）已可以在）阵列化。传感器的微加工技术（微米级）已可以在1cm 2大小的硅片上制作含有几千个压力传感器阵列，如集成化应变大小的硅片上制作含有几千个压力传感器阵列，如集成化应变计式面阵列触觉传感器，在计式面阵列触觉传感器，在8mm8mm 的硅片上制作了的硅片上制作了10241024个个（3232）敏感触点（桥），基片四周还制作了信号处理电路，敏感触点（桥），基片四周还制作了信号处理电路，其元件总数约其元件总数约1600016000个。敏感元件阵列化后，配合相应图像处理个。敏感元件阵列化后，配合相应图像处理软件，可以实现图像成像且构成多维图像传感器。这时的智能软件，可以实现图像

28、成像且构成多维图像传感器。这时的智能传感器就达到了它的最高级形式。传感器就达到了它的最高级形式。敏感元件组成阵列后，通过计算机敏感元件组成阵列后，通过计算机/微处理器解耦运算、模微处理器解耦运算、模式识别、神经网络技术的应用，有利于消除传感器的时变误差式识别、神经网络技术的应用，有利于消除传感器的时变误差和交叉灵敏度的不利影响，可提高传感器的可靠性、稳定性与和交叉灵敏度的不利影响，可提高传感器的可靠性、稳定性与分辨能力。分辨能力。(6)(6)全数字化。微机械加工技术可以制作各种形式的微结构，全数字化。微机械加工技术可以制作各种形式的微结构，其固有谐振频率可以设计成某种物理参量（如温度或压力等）

29、其固有谐振频率可以设计成某种物理参量（如温度或压力等）的单值函数，因此，可以通过检测其谐振频率来检测被测物的单值函数，因此，可以通过检测其谐振频率来检测被测物理量。这种谐振式传感器，直接输出数字量（频率）。其性理量。这种谐振式传感器，直接输出数字量（频率）。其性能极为稳定，精度高，不需能极为稳定，精度高，不需A/DA/D转换器便能与微处理器方便的转换器便能与微处理器方便的接口。省去接口。省去A/DA/D转换器后，对于节省芯片面积、简化集成化工转换器后，对于节省芯片面积、简化集成化工艺均十分有利。艺均十分有利。集成化智能传感器集成化智能传感器 3.3.混合实现混合实现 根据需要和可能，将系统各个

30、集成化环节，如敏感元件、根据需要和可能，将系统各个集成化环节，如敏感元件、信号调理电路、微处理单元、数字总线接口等，以不同的组信号调理电路、微处理单元、数字总线接口等，以不同的组合方式集成在两块或三块芯片上，并装在一个外壳里，图示合方式集成在两块或三块芯片上，并装在一个外壳里，图示为几种混合集成方式。为几种混合集成方式。四、几种单片智能传感器介绍四、几种单片智能传感器介绍1.SHT11/151.SHT11/15型型单片智能片智能传感器感器 SHT11SHT11和和SHT15SHT15是是瑞瑞士士森森士士瑞瑞(Sensirion)(Sensirion)公公司司于于20022002年年推推出出的的

31、两两种种超超小小型型、高高精精度度、自自校校准准、多多功功能能式式智智能能传感感器器，可可以以用用来来测量量相相对湿湿度度、温温度度和和露露点点等等参参数数。SHT11/15SHT11/15的的外外形形尺尺寸寸仅为7.62mm5.08mm2.5mm7.62mm5.08mm2.5mm，质量量只只有有0.1g0.1g，其其体体积与与一一个个大大火火柴柴头相近，如相近，如图所示。所示。SHT11/15SHT11/15的的测量参数指量参数指标如下：如下：(1)(1)相相对湿湿度度。测量量范范围：0%0%100%RH100%RH；测量精度：量精度：2%RH2%RH；分辨力：；分辨力：0.01%RH0.0

32、1%RH。(2)(2)温温度度。测量量范范围：-40-40+123.8+123.8；测量精度：量精度：11；分辨力：；分辨力：0.010.01。(3)(3)露露点点。测量量精精度度：11；分分辨辨力力：0.010.01。SHT11/15SHT11/15采采用用表表面面安安装装式式LCC-8LCC-8封封装装，引引脚脚排排列列如如图所所示示。在在0.8mm0.8mm厚厚的的基基座座上上有有一一个个用用液液晶晶聚聚合合物物(LCP)(LCP)制制成成的的帽帽，上上面面开开着着传感感器器窗窗口口，以以便便与与空空气气接接触触。另另外外有有一一块环氧氧树脂脂起起到到粘粘接接作作用用。U UDDDD、G

33、NDGND端端分分别接接电源源和和公公共共地地。DATADATA为串串行行数数据据输入入/输出出端端(I/O)(I/O)。SCKSCK为串串行行时钟输入入端端，当当U UDDDD+4.5V+4.5V时，最最高高时钟频率率为10MHz10MHz；当；当U UDDDD4.5V4.5V时，最高，最高时钟频率率为1MHz1MHz。SHT11/15SHT11/15型湿度型湿度/温度传感器的内部电路框图温度传感器的内部电路框图 SHT15SHT15智能传感器的应用智能传感器的应用集成化智能传感器集成化智能传感器微处理器对微处理器对SHT11/15SHT11/15的控制是通过的控制是通过5 5个个5 5位命

34、令代码实现的：位命令代码实现的：测量温度和相对湿度的顺序如下：上电后测量温度和相对湿度的顺序如下：上电后SHT15SHT15经过经过10ms10ms时间就进入休眠时间就进入休眠模式，在此之前不应传输任何命令。在发出测量命令模式，在此之前不应传输任何命令。在发出测量命令(测温命令为测温命令为0000001100000011，测湿度为，测湿度为00000101)00000101)后，芯片即被后，芯片即被“唤醒唤醒”，89C5189C51就启动就启动SCKSCK直至完成测直至完成测量；然后将数据线拉成低电平，量；然后将数据线拉成低电平，89C5189C51又重新启动又重新启动SCKSCK，接着传输温

35、，接着传输温/湿度两湿度两个测量数据字节和一个循环冗余检验码数据的字节。传输数据的顺序是从最个测量数据字节和一个循环冗余检验码数据的字节。传输数据的顺序是从最高位高位(MSB)(MSB)到最低位到最低位(LSB)(LSB)。集成化智能传感器集成化智能传感器 2.MPX51002.MPX5100系列集成硅压力传感器系列集成硅压力传感器 MPX5100 MPX5100系列压阻式传感器是一种高集成度、大信号输出的系列压阻式传感器是一种高集成度、大信号输出的硅压力传感器，它不仅能构成各种性能优良的压力计，而且还硅压力传感器，它不仅能构成各种性能优良的压力计，而且还能优化单片机输入通道的设计。由于采用了

36、先进激光微调技术，能优化单片机输入通道的设计。由于采用了先进激光微调技术，薄膜金属化、双极型半导体和各种补偿功能（如温度补偿、失薄膜金属化、双极型半导体和各种补偿功能（如温度补偿、失调和增益校准、信号调理等），所以它具有精度高、输出电压调和增益校准、信号调理等），所以它具有精度高、输出电压大、线性好、功能多、易与大、线性好、功能多、易与A/DA/D转换器和单片机接口等特点。转换器和单片机接口等特点。MPX5100 MPX5100系列有很多型号，常用的有系列有很多型号，常用的有MPX5100DMPX5100D和和MPX5100AMPX5100A两两种，它们的压力测量范围分别是种，它们的压力测量范

37、围分别是0 0100kPa100kPa和和1515115kPa115kPa，过，过压力能力均为压力能力均为700kPa700kPa，满量程输出信号为，满量程输出信号为4V4V，偏差为，偏差为0.5V0.5V，温，温度系数为度系数为1%/1%/。集成化智能传感器集成化智能传感器 MPX5100 MPX5100压力传感器剖面图如图所示，图中的敏感元件是硅半压力传感器剖面图如图所示，图中的敏感元件是硅半导体应变片。导体应变片。（a a）压差式）压差式 (b)(b)绝压式绝压式 主要性能指标主要性能指标压力测试范围：压力测试范围：0 0100kPa100kPa（MPX5100DMPX5100D）；）；

38、1515115kPa115kPa（MPX5100AMPX5100A）；）；输出电压大：输出电压大：0.20.24.8V4.8V；温度补偿范围宽：温度补偿范围宽：-40-40+125+125；灵敏度：灵敏度：4.5mv/kPa4.5mv/kPa；稳定性：稳定性：0.5%FS0.5%FS。集成化智能传感器集成化智能传感器MPX5100MPX5100的的6 6个引脚中实际应用的只个引脚中实际应用的只有有3 3个，其中个，其中VOUTVOUT（引脚（引脚1 1）为输出，）为输出，而而VSVS（引脚（引脚3 3）为电源电压正输入端。）为电源电压正输入端。另外另外GNDGND（引脚（引脚2 2）为地线。）

39、为地线。MPX5100MPX5100和单片机（和单片机（MCUMCU）的典型接口电路）的典型接口电路 由由MPX5100MPX5100和单片机组成的数字式压力表和单片机组成的数字式压力表 集成化智能传感器集成化智能传感器3.3.单片双轴加速度传感器单片双轴加速度传感器ADXL202ADXL202ADXL202ADXL202是一款低成本、低功耗、功能完善的双轴加速度传感是一款低成本、低功耗、功能完善的双轴加速度传感器，其功能特点如下：器，其功能特点如下：（1 1）将敏感元件和调理电路集成在一个芯片上，小巧紧凑，）将敏感元件和调理电路集成在一个芯片上，小巧紧凑，提高了可靠性，可广泛地应用在斜度测量

40、、惯性导航、地震监提高了可靠性，可广泛地应用在斜度测量、惯性导航、地震监测装置和交通安全系统等领域；测装置和交通安全系统等领域；（2 2）既能测量动态加速度（如振动加速度），又能测量静态）既能测量动态加速度（如振动加速度），又能测量静态加速度（如重力加速度）；加速度（如重力加速度）；（3 3）在）在3dB3dB带宽情况下的频率响应达带宽情况下的频率响应达5kHz5kHz；（4 4）与电解质型、水银型、热敏型等加速度传感器相比，）与电解质型、水银型、热敏型等加速度传感器相比，ADXL202ADXL202响应速度更快；响应速度更快；（5 5）耐冲击性好，可耐高达）耐冲击性好，可耐高达1000g10

41、00g的冲击。的冲击。集成化智能传感器集成化智能传感器ADXL202ADXL202采用采用QC-14QC-14封装，引脚排列如图所示。封装，引脚排列如图所示。U UDDDD和和COMCOM分别为两分别为两个电源端和两个接地端；个电源端和两个接地端；U UTPTP为测试端，供厂家测试芯片用；为测试端，供厂家测试芯片用；STST是自检测端，可进行功能自检；是自检测端，可进行功能自检；T T端接电阻端接电阻R RSETSET，用于设定输出，用于设定输出脉冲的周期；脉冲的周期；X XFILTFILT、Y YFILTFILT端分别接端分别接X X通道、通道、Y Y通道的滤波电容通道的滤波电容C CX X

42、、C CY Y。X XOUTOUT、Y YOUTOUT为传感器为传感器X X轴、轴、Y Y轴的输出端；轴的输出端；NCNC为空脚。为空脚。集成化智能传感器集成化智能传感器ADXL202ADXL202工作原理工作原理 集成化智能传感器集成化智能传感器ADXL202ADXL202的电路原理的电路原理 集成化智能传感器集成化智能传感器占空比信号的周期占空比信号的周期 式中，式中，R=125M，T的单位为秒。的单位为秒。利用利用PP中的计数器可分别测出中的计数器可分别测出T T1 1、T T值，进而求出沿值，进而求出沿X X轴和轴和Y Y轴轴方向的加速度方向的加速度X、Y值。值。X X或或Y Y向的加速度为向的加速度为