試論如何提高單片機(jī)獲取傳感器數(shù)據(jù)的可靠性

摘 要 眾所周知，我國(guó)正處于工業(yè)快速發(fā)展的時(shí)代。在此時(shí)代背景下，傳感器設(shè)備在當(dāng)前工業(yè)設(shè)備控制系統(tǒng)中的應(yīng)該也越來(lái)越廣泛和深入。傳感器在判斷所使用設(shè)備的準(zhǔn)確性和精確性等方面起到過(guò)關(guān)鍵作用。然而，以前所使用的傳統(tǒng)傳感器因其體積大、可靠性差和穩(wěn)定性不足等缺點(diǎn)給設(shè)備測(cè)量帶來(lái)了極為嚴(yán)重的后果。因此，傳感器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)針對(duì)這些不足進(jìn)行改善，而單片機(jī)的特點(diǎn)剛好可以解決這些問(wèn)題。本文在分別闡述了傳感器和單片機(jī)技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了傳感器設(shè)計(jì)中單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】傳感器 單片機(jī) 穩(wěn)定性 抗干擾

1 傳感器技術(shù)

在現(xiàn)代設(shè)備控制系統(tǒng)中，傳感器是能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行檢測(cè)的一種設(shè)備，其主要作用是：按照預(yù)設(shè)好的精確度將被檢測(cè)物體的最基本參數(shù)轉(zhuǎn)換為某種特定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。傳感器對(duì)光具有較高的敏感性，這主要是由于傳感器中的氣敏傳感器與人體的嗅覺(jué)器官的敏感程度極為類似。因此，氣敏傳感器可依據(jù)氣味的不同，做出相應(yīng)的反應(yīng)。與之類似，聲敏傳感器和人體的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)也同樣極為相似，其可依據(jù)聲波的傳遞與變化做出相應(yīng)的反應(yīng)和判斷。與以上兩種傳感器類似，溫控傳感器和人體的觸覺(jué)系統(tǒng)極為相似，主要是依據(jù)溫度變化做出相應(yīng)的反應(yīng)和判斷。因此，傳感器因其使用場(chǎng)合的不同具有不同的使用要求，以常見(jiàn)的溫控開(kāi)關(guān)傳感器為例，其主要依據(jù)溫度的細(xì)微變化而做出相應(yīng)反應(yīng)從而體現(xiàn)自身功能。

2 單片機(jī)技術(shù)

所謂單片機(jī)，即利用電路芯片進(jìn)行自動(dòng)控制的微機(jī)系統(tǒng)，在這個(gè)芯片上集成了可以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的CPU、存儲(chǔ)器、I/O 口和定時(shí)器等各功能模塊，共同組成小型化的微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。單片機(jī)的硬件具有如下特點(diǎn)：

（1）具備較高的集成度，因而體積較小。

（2）具備較高的可靠性，因而可在持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)（106小時(shí)到107小時(shí)）進(jìn)行無(wú)故障工作。

（3）具備半導(dǎo)體硅片諸如磁、光和熱等諸多物理量的原始特性。

（4）具備可利用中央處理系統(tǒng)提高自身的運(yùn)算速度、處理能力和精確度。

單片機(jī)具備的以上優(yōu)勢(shì)和人特點(diǎn)使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大和深化。到今天，單片機(jī)技術(shù)再幾乎所有的工業(yè)控制系統(tǒng)中均有應(yīng)用實(shí)例。然而，單片機(jī)自身特點(diǎn)決定了其應(yīng)用范圍主要集中于以下控制系統(tǒng)領(lǐng)域：

（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

（2）計(jì)算機(jī)通信控制系統(tǒng)。

（3）汽車設(shè)備控制系統(tǒng)。

（4）精確儀器和儀表控制系統(tǒng)。

隨著現(xiàn)代科技技術(shù)水平的不斷提高和更新，將單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用于傳感器的設(shè)計(jì)中正成為當(dāng)前單片機(jī)技術(shù)的研究熱點(diǎn)，這主要是由于半導(dǎo)體硅片的材料對(duì)傳感器需求的提高為單片機(jī)技術(shù)和傳感器設(shè)計(jì)領(lǐng)域的融合提供了應(yīng)用保障。

3 提高單片機(jī)獲取傳感器數(shù)據(jù)的可靠性

3.1 提高傳感器的抗干擾能力

眾所周知，傳感器在較為惡劣的外部運(yùn)行環(huán)境中，容易受到諸如溫度、濕度、光照和電磁波等不利因素的影響和制約。因此，傳感器設(shè)計(jì)中尤其應(yīng)注意提高傳感器的抗干擾能力，從而使其在惡劣的外部運(yùn)行環(huán)境中仍能順利操作和運(yùn)行，并檢測(cè)出精確可靠的數(shù)據(jù)。以渦流位移傳感器為例，其在運(yùn)行過(guò)程中容易受到異樣均勻性材料的影響，從而使其對(duì)磁的傳導(dǎo)性能收到制約，最終影響了設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，在此傳感器設(shè)備被中應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)，在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)每轉(zhuǎn)動(dòng)一周后的傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)軸，單片機(jī)設(shè)備剛好可以修正傳感器輸出的誤差，從而使得設(shè)備因不均勻性的測(cè)量體而引起的運(yùn)行誤差可以得到有效的修正，并最終提高傳感器設(shè)備的檢測(cè)結(jié)果的精確性和可靠性。

3.2 提高傳感器的運(yùn)行穩(wěn)定性

眾所周知，傳統(tǒng)的傳感器不并未應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)，因而其設(shè)備運(yùn)行可靠性和精確性較低，而這也是導(dǎo)致傳感器運(yùn)行穩(wěn)定性較差的主要原因之一。所謂傳感器的可靠性，即指其在長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)運(yùn)行過(guò)程中的輸出量的變化，因而該指標(biāo)和靈敏度、分辨率和抗干擾能力等指標(biāo)在性能和地位上具備相似之處。因此，傳感器分析的重點(diǎn)之一就是增強(qiáng)可靠性的諸多指標(biāo)。單片機(jī)技術(shù)增強(qiáng)傳感器的可靠性的原理如下：傳感器的非線性誤差通過(guò)運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)修復(fù)，從而提高其運(yùn)行可靠性。以智能濕度傳感器的設(shè)計(jì)為例，應(yīng)用高速增強(qiáng)單片機(jī)（具備高速A/D 轉(zhuǎn)換器），并結(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，且計(jì)算出其相對(duì)濕度。按此測(cè)算，可使計(jì)算相對(duì)濕度的電路設(shè)計(jì)得到極大的簡(jiǎn)化，進(jìn)而提高傳感器的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。

3.3 提高傳感器的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程速度

在當(dāng)前工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展進(jìn)程中，傳感器技術(shù)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，傳感器的種類越來(lái)越多，功能越來(lái)越豐富，規(guī)格和品種越來(lái)越成熟。然而，傳感器固有的輸入/ 輸出信號(hào)（I/O 信號(hào)）很難完全一致，系統(tǒng)的運(yùn)行原理和電路同樣存在著較大的差距，這嚴(yán)重阻礙了傳感器的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程速度，不利于傳感器用戶體驗(yàn)的提升，不利于設(shè)備系統(tǒng)的測(cè)試儀器的統(tǒng)一，不利于傳感器的的應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大。而將單片機(jī)技術(shù)和傳感器設(shè)計(jì)相結(jié)合，則為加快傳感器的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程速度奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。這主要是由于單片機(jī)具備以下優(yōu)勢(shì)：

（1）較強(qiáng)的運(yùn)算性能。

（2）較低的成本。

（3）體積較小。

正是單片機(jī)技術(shù)具備的這些優(yōu)點(diǎn)加快了傳統(tǒng)的傳感器和測(cè)試儀的淘汰進(jìn)程。已有研究表明，基于電路標(biāo)準(zhǔn)化的傳感器應(yīng)具備以下基本作用：

（1）具備一定的溫度補(bǔ)償技術(shù)的作用。

（2）具備一定的存儲(chǔ)信號(hào)的作用。

（3）具備一定的線性校正技術(shù)的作用。

（4）具備連接高一級(jí)的控制單元的作用。

此外，傳感器標(biāo)準(zhǔn)化的推動(dòng)也有利于智能儀表規(guī)范化的統(tǒng)一，從而提高傳感器相關(guān)測(cè)試儀器的穩(wěn)定性和可靠性，從而為企業(yè)減少相應(yīng)的設(shè)備檢測(cè)成本。

4 結(jié)論

綜上所述，本文對(duì)傳感器技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)分別進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并從提高傳感器的抗干擾能力、提高傳感器的穩(wěn)定性和提高傳感器的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程速度等三個(gè)方面分析了傳感器設(shè)計(jì)中單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用。由此可知，單片機(jī)技術(shù)在彌補(bǔ)傳感器缺陷等方面具有關(guān)鍵作用，而將單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用在傳感器設(shè)計(jì)中則具有較高的可行性，對(duì)其進(jìn)一步探索研究具有現(xiàn)實(shí)意義。

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作者簡(jiǎn)介

吳育軍（1964-），男，海南省?？谑腥?，學(xué)士學(xué)位?，F(xiàn)為海南科技職業(yè)學(xué)院講師。研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化技術(shù)。

作者單位

海南科技職業(yè)學(xué)院 海南省海口市 571126