第一章

1.传感器的功能：信息收集，信号数据的转换

2.传感器的组成：传感器通常由敏感元件、转换元件、调解转换电路3部分组成

3.衡量传感器静态特性的重要指标是线性度、灵敏度、迟滞、重复性和零点漂移等 线性度：是指传感器输出与输入之间的线性程度

灵敏度：是指传感器在稳态下的输出变化量与引起变化的输入变化量之比，用S表示

迟滞：传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间，其输出--输入特性曲线不重合的现象

重复性：是指在同一工作条件下，输入量按同一方向做全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度

零点漂移：当传感器无输入时，每隔一段时间对传感器的输出进行读数，其输出偏离零值的情况，即为零点漂移

温度漂移：是指温度变化时传感器输出值偏离程度

4.传感器的动态特性：最大超调量、延迟时间、上升时间、峰值时间、响应时间

第二章

1、应变式传感器可以测量力、荷重、应变、位移、速度、加速度等各种参数。

2、电阻应变效应：金属丝的电阻随其所受机械形变（拉伸或压缩）的大小变化。

3、电阻应变主要有四部分组成：电阻丝、基片、覆盖层和引出线。

4、按应变片敏感栅所用的材料不同，应变片可以划分为金属应变片和半导体应变片，其中金属应变片分为体型和薄膜型；半导体应变片分为体型、薄膜型、扩散型、PN结型及其他型。

5、半导体应变片的工作原理是基于半导体的压阻效应，压阻效应是指对半导体施加压力时半导体的电阻率会发生改变的现象。

6、产生应变片温度误差的主要因素有：（1）、敏感栅金属丝电阻本身随温度发生变化

（2）、试件材料和电阻丝的线膨胀系数的影响

7、电阻应变片的温度补偿方法有：线路补偿法和应变片自补偿两类。

8、应变片自补偿有选择式自补偿应变片和双金属敏感栅自补偿应变片。

9、根据电桥电源的不同，可分为直流电桥和交流电桥。

第三章

1.电感式传感器主要有自感式，互感式和涡流式三种

2.自感式电感传感器由线圈、铁心和衔铁三部分组成

3.自感式电感传感器的结构类型有变间隙式、变面积式、螺线管式（变气隙导磁系数）

4.自感式电感传感器的转换电路有交流电桥式、交流变压器式以及谐振式几种形式，其中交流电桥式最为常用，谐振式转换电路有谐振式调幅电路和谐振式调频电路

5.互感式电感传感器由一、二次绕组，铁心，衔铁三部分组成

6.互感式电感传感器的主要特性：输出电压特性，灵敏度，温度特性，零点残余电压的消除方法（提高互感式电感传感器的组成结构及电磁特性的对称性，引入相敏整流电路，采用外电路补偿法）

7.电涡流传感器的结构：变间隙式，变面积式，螺线管式，低频透射式，高频反射式

8.影响电涡流式传感器的灵敏度的因素：被测体材料对测量的影响，被测体大小和形状对测量的影响，传感器形状和大小对传感器灵敏度的影响

9.电涡流传感器的转换电路：调频式电路，调幅式电路

10.电涡流式传感器的应用：电涡流式传感器的应用领域很广，可进行位移，厚度，转速，

振动，温度等多参数的测量

第四章

1、电容式传感器：把某些非电量的变化通过一个可变电容转化成电容变化的装置。

2、平板电容传感器：C=

3、电容式传感器分为变极距型、变面积型、变介质型。

4、电容转换电路有调频转换电路、运算放大器式转换电路、二极管双T型交流电桥、脉冲宽度调制电路。

5、P64 P67

第五章

1.压电式传感器的工作原理：压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应。当沿着一定方向对某些电解质施力而使它变形时，其内部就产生极化现象。同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复不带电状态，这种现象称之为压电效应，又称为正压电效应。

2.沿X轴施力，而在垂直与X轴的晶体表面上产生电荷的现象，称之为“纵向压电效应”。 沿Y轴施力，而在垂直与X轴的晶体表面上产生电荷的现象，称之为“横向压电效应”。 上述均假设晶体沿X轴和Y轴方向受到压力。当晶体沿X轴和Y轴方向受到拉力作用时，同样有压电效应，只是电荷的极性随之改变。

压电系数矩阵！！！？？？ P72

3.压电传感器的等效电路 电压源 电荷源

4.压电传感器的转换电路：压电式传感器本身的内阻抗很高，而输出的能量较小，因此它的转换电路通常需要接入一个高输入阻抗的前置放大器，其作用为：一是把它的高输出阻抗变换为低输出阻抗；二是放大传感器输出的微弱信号。

第六章

1、磁电式传感器有磁电感应式、霍尔式、磁敏电阻、磁敏二极管、磁敏晶体管等。

2、磁电式传感器是一种机—电能量转化型传感器。

3、磁电式传感器是利用导体和磁场发生相对运动产生感应电动势的原理制成的。

4、磁电式传感器基本上由以下3部分组成：○1磁路系统、○2线圈、 ○3运动机构。

5、通常所使用的磁电感因时传感器有恒磁通式和变磁通式。

6、恒磁通式：由永久磁铁（磁钢）、线圈、弹簧、金属框架和外壳等组成。

7、变磁通式又称为变磁阻式和变气隙式。

8、霍尔效应：当把一块金属或者半导体薄片垂直放在磁感应强度为B的磁场中，沿着垂直于磁场方向通过电流Ic，就会在薄片的另一对侧面产生电动势。

9、造成测量误差的主要因素有两类：半导体固有特性及半导体制造工艺的缺陷，主要表现为温度误差和零位误差。

10、温度误差的补偿方法：○1采用恒流源供电和输入回路并联电阻；○2选取合适的负载电阻Rl；○3采用恒压源和输入回路串联电阻；○4采用温度补偿元件。

11、产生零位误差的原因：制造工艺不可能保证两个霍尔电极绝对对称地焊在霍尔片的两侧，致使两电极点不能完全位于同一等位面上；此外霍尔片电阻率不均匀或片厚薄不均匀或控制电流极接触不良将使等位面歪斜。

12、磁阻效应：将一载流导体至于外磁场中，除了产生霍尔效应外，其电阻也会随磁场而变化。

13、常见的磁敏电阻有单晶型、薄膜型和共晶型。

第七章

1.光电效应一般分为外光电效应和内光电效应两大类

外光电效应：在光照射下，电子溢出物体表面向外发射的现象称为外光电效应，亦称光电发射效应

内光电效应：通过入射光子引起物质内部产生光生载流子，这些光生载流子引起物质电学性质发生变化，这种现象称为内光电效应。（1)光电导效应：绝大多数的高电阻率半导体，，受光照射吸收光子能量后，产生电阻率降低而易于导电的现象，这种现象称为光电导效应。(2)光生伏特效应：光照引起PN结两端产生电动势的现象称为光生伏特效应

2.基于外光电效应原理工作的光电式传感器有光电管和光电倍增管

光电管结构：当阴极受到适当波长的光线照射时便发射光电子，光电子被带正电位的阳极所吸引，这样在光电管内就有电子流，在外电路中便产生光电流，输出电压。光电流的大小与照射在阴极上的光强度成正比，并于阴极的材料有关。

光电管的基本特性：光电管的伏安特性，光电管的光照特性，光电管的光谱特性

3.光敏电阻又称光导管，无光照时电阻(暗电阻）很大，电路中的电流（暗电流）很小。当光敏电阻受到一定波长的范围的光照时，它的阻值（亮电阻）急剧减小。

4.光敏电阻的基本特性：（1）光敏电阻的伏安特性：所加的电压越高，光电流越大 （2）光敏电阻的光照特性：光敏电阻的光照特性用于描述光电流和光照强度之间的关系，不同光敏电阻的光照特性是不相同的。（3）光敏电阻的光谱特性：对于不同波长的光，光敏电阻的灵敏度是不相同的。（4）光敏电阻的响应时间：光敏电阻的光电流不能随着光照量的改变而立即改变，即光敏电阻产生的光电流有一定的惰性。（5）光敏电阻的温度特性：随着温度的不断升高，光敏电阻 的暗电阻和灵敏度都要下降，同时温度变化也影响它的光谱特性曲线

5.光电池的工作原理是基于光生伏特效应

6.光电池的基本特性：（1）伏安特性 （2）光照特性：短路电流在很大范围内与光强成线性关系。开路电压随光强的变化是非线性的（3）光谱特性 （4）频率特性 （5）温度特性

7.其它光电元件（1）光电耦合器件 光电耦合器件是由发光元件（如发光二极管）和光电接受元件合并使用的光电器件。光电耦合器中的发光元件通常是半导体的发光二极管，光电接受元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏晶体管（最多）或光和控硅等。

8.一般将红外线分为四个区域，即近红外区、中红外区、远红外区和极远红外区

9.波长为2~2.6um、3~5um、8~14um的三个波段红外线，很少被大气吸收，所以称这三个波段为“大气的窗口”，适用于遥感技术。

10.红外线传感器根据探测机理，可分为光子探测器和热探测器

11.红外线传感器的主要特性：灵敏度，噪声等效功率，检测度

12.光纤传感器基本结构：保护层，包层和纤芯

13.光纤传感器一般可分为两大类：一类是功能型传感器，又称FF型光纤传感器；另一类是非功能型传感器，又称NF型光纤传感器

14.莫尔条纹：所谓莫尔条纹就是把光栅常数相等的主光栅和指示光栅相对叠合在一起（片见留有很小的间隙），并使两者栅线（光栅刻线）之间保很小的夹角，由于挡光效应或光的衍射，这时在与光栅线纹大致垂直的方向上出现明暗相间的条纹，这种明暗相间的条纹称为莫尔条纹。

15.莫尔条纹的转换特点（1）莫尔条纹的移动量，移动方向与光栅尺的移动量，移动方向有

对应关系（2）莫尔条纹对光栅的栅距有放大作用（3）莫尔条纹对光栅栅距局部误差有作用

16.光栅常用的光电元件有硅光电池、光敏二极管、光敏晶体管。

17.主光栅移动一个栅距W，莫尔条纹就变化一个周期2π

第八章

1、P149 图8—1

2、气敏元件是气敏传感器的核心，有3种结构类型：烧结体型、薄膜型和厚膜型。

3、加热方式一般有值热式和旁热式两种。

4、湿度常用的表示方法有质量分数、体积分数、绝对湿度、相对湿度、露点（霜点）等。 以下为各种公式：P157

第九章

1、在两种不同的导体（或半导体）A和B组成的闭合回路中如果两个结点的温度不同，则回路中产生一个电动势，通常这种电动势为热电动势，这种现象就是热电效应。

2、接触电动势就是由于两种不同导体的自由电子密度不同而在接触处形成的电动势，又称珀尔贴电动势。

3、温差电动势是在同一导体的两端因其温度不同而产生的一种热电动势。

4、热电偶的几个注意问题：

1） 热电偶必须采用两种不同材料作为电极，否则无论热电偶两端温度如何，热电偶回路总热电动势为零。

2） 尽管采用两种不同的金属，若热电偶两结点温度相等，即T=T0，回路总电动势为零。

3） 热电偶AB的热电动势只与结点温度有关，与材料A、B的中间各处温度无关。

5、中间温度定律：1）热电偶在两结点温度分别为T、T0时的热电动势等于该热电偶在结点温度分别为T、Tn和结点温度分别为Tn、T0时的相应电动势的代数和

6、中间导体定律

7、标准电极定律：

8、热电偶的结构：普通型热电偶、铠装热电偶、薄膜热电偶。

9、热电偶冷端温度补偿方法：导线补偿法、计算法、电桥补偿法、冰浴法、软件处理法。

10、热电阻分为金属热电阻和半导体热电阻两大类。

11、物质的电阻率随温度变化而变化的物理现象称为热电阻效应。

12、热敏电阻：是用一种半导体材料制成的敏感元件，其特点是电阻随温度变化而显著变化，

能直接将温度的变化转换成能量的变化。

13、热敏电阻按温度系数可分为负温度系数热敏电阻和正温度系数热敏电阻两大类。

14、临界温度型主要用作温度原件开关

15、热敏电阻可根据要求，封装加工成各种形状的探头，如园片形、柱形、铠装型薄膜型、厚膜型。

16.热敏电阻伏安特性：电压降与电流之间符合欧姆定律，当电流I>I(s）随着电流的增加，功耗增大，产生自热，阻值随电流增加而减小，电压降增加速度逐渐减慢，因而出现非线性的正阻区ab。电流增大到I（m）时，电压降达到最大值U（m）。此后，电流继续增大时自热更为强烈，由于热敏电阻的电阻温度系数大，阻值随电流增大而减小的速度大于电压降增加的速度，于是就出现负阻区bc段。

第二篇：智能传感器复习知识点总结

红色为重点，最低要求概念要理解，背下来

l   智能传感器与传感系统介绍（构成，特点）

l   传感器系统的基本特性与技术指标

l   非线性自校正

l   自校准

l   自补偿

l   增益的自适应控制

l   传感器系统的自检

l   自诊断

l   噪声抑制与弱信号检测

l   多传感器信息融合

l   模糊技术

l   人工神经网络技术

l   总线技术概述

l   IEEE 1451标准

l   无线传感器网络概述

l   WSN支撑技术（时间同步，定位，安全，容错设计，操作系统）

l   蓝牙技术

l   ZigBee技术

­  蓝牙与zigbee的对比优缺点

1、智能传感系统的概念：

传感器与微处理器赋予智能的集合，兼有信息检测与信息处理功能的传感器(系统)

2、传统传感器的缺点

（1）结构尺寸大，时间频率响应特性差；

（2）输入输出存在非线性，且随时间漂移；

（3）参数易受环境条件变化的影响而漂移；

（4）信噪比低，易受噪声干扰；

（5）存在交叉灵敏度，选择性、分辨性不高。

3、传统传感器由三部分组成：

① 敏感元件

② 信号调理模块

③ 传感器接口

4、Smart传感器整机内的硬件结构可以概括为：

传感器+微处理器+无线（网络）接口。

5、智能传感器的功能

?自我完善能力方面：（1）改善静态性能（2）提高系统响应速度（3）抑制交叉敏感

?自我管理和自适应能力方面 ：

（1）具有自检验、自判断、自寻故障、自恢复功能；

（2）具有判断、决策、自动量程切换与控制功能。

?自我辨识与运算处理能力方面

（1）具有从噪声中辨识微弱信号与消噪的功能

（2）具有多为空间的图像辨别与模式识别功能

（3）具有数据自动采集、存储、记忆与信息处理功能。

?交互信息能力方面

（1）双向通信

（2）标准化数字接口

（3）以及拟人类语言符号等多种输出功能。

6、智能传感器的特点

（1）精度高（2）高可靠性与高稳定性（3）高信噪比与高分辨率

（4）强自适应性（5）较高的性价比

7、目前智能传感器实现沿着3条途径：

（1）非集成化实现

将传统的经典传感器、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感器系统。

（2）集成化实现

集成化实现智能传感系统的两个基础：

a、大规模集成电路工艺技术

将由硅材料制作的敏感元件、信号调理电路、微处理单元集成在一块芯片上。

b、现代传感器技术

1）现代传感器特征：以具有优良电性能、机械性能极好的硅材料为基础；极高精度的加工技术。

2）集成/固态传感器特点：微型化、结构一体化、精度高、多功能、阵列式。

（3）混合式实现

根据不同的要求，将系统各个环节以不同的组合方式集成在两块或者三块芯片上，并装在一个外壳里，实现混合集成。

8、现场总线仪表的主要特点

（1）具有多种基本的智能化功能，可以用于改善静态、动态特性，提高精度和稳定性。

（2）具有控制与基本参数存储功能，可实现自我管理并提高自适应能力。

（3） 开放性与互换性。

（4）带有数字总线接口，实现通讯功能。

第二章

1、静态特性与静态技术指标

1）静态参数：零位；量程；灵敏度；分辨率

2）静态性能指标：迟滞；重复性；线性度；准确度和温度系数与温度附加误差。

2、动态特性与动态技术指标

1)动态特性：时域中的微分方程、复频域中的传递函数H(s)、频率域中的频率特性H(jw)。

2动态技术指标：时间常数τ（一阶系统），无阻尼固有角频率ω0（二阶系统）

非线性自校正

3、概念： 智能化非线性自动校正技术是通过软件来实现的。前提是传感器的输入—输出特性具有重复性。

4、采用方法:

查表法就是对非线性校正曲线（传感器输入—输出特性的逆函数）进行分段线性插值的方法。

曲线拟合法:核心思想是利用 次多项式来实现非线性校正曲线，多项式的系数由最小二乘法确定。

自校准

5、通过与微处理器的结合，实现了零位漂移和灵敏度的自动校正。 

6、（1）实现自校准功能的方法一

标准发生器首先产生标准电压和零点标准值，然后微处理器控制多路分时段选通，以分别选通标准电压和零点标准值，并记录下这两种情况下的调理电路输出，从而最终消除零点漂移和灵敏度漂移对传感器性能的影响。  

（2）实现自校准功能的方法二

方法二和方法一的区别，在于方法二能够实现自校准包含传感器在内的整个传感器系统。

（3） 实现自校准功能的方法三（非线性系统）

原理上讲可通过增加标定点数的方法来实现，但为了增加标定的实时性，点数又不宜增加过多。因此，通常采用施加三个标准值的标定方法（三点标定法）。

1  依次输入三个标准值得到对应输出

2列出非线性自校准曲线： ,应用最小二乘法求得系数。

3求出系数后，智能传感器即转入测量状态，根据传感器的输出结果反推至传感器输入端，即可得到校准后的真实传感器输入信号。  

自补偿

7、温度补偿  

关键问题：把温度引起的干扰信号分离出来，而干扰信号包含零点漂移和灵敏度漂移两部分。

（1）经典传感器 --采用结构对称方式来消除其影响。

（2）智能传感器 --采用监测补偿法，即通过对干扰量的监测，再经过相应的软件处理来达到误差补偿的目的。

8、零点漂移补偿

前提：传感器的特性具有重复性。

? 基本思想：假定传感器的工作温度为T，则在传感器输出值U中减去该工作温度下对应的零点电压U0（T）。

? 关键：先测出传感器的零点漂移特性，并保存至内存中。

9、常用的温度补偿方法：

（1）. 在压阻式压力传感器的温度变化范围内，分成多组测量不同温度下的特性，然后，根据实际工作温度插值获取所应施加的补偿电压。

（2）. 采用非线性拟合的方法，拟合传感器输出与温度间的非线性关系，嵌入到微处理器中进行补偿。  

10、频率补偿

频率补偿的实质：拓展智能传感器系统的带宽，以改善系统的动态性能。

(1)、数字滤波法: ：给当前传感器系统附加一个传递函数为H（s）的环节，于是新系统的总传递函数，可以满足动态性能要求。

(2)、频域校正法四步骤：采样、快速傅里变换、复数除法运算、快速傅里叶反变换

11 、对于非温度传感器而言，温度是传感器系统中最主要的干扰量。

增益的自适应

12、增益过小：（1）数据字的容量会浪费（2）信噪比可能很低（3）测量误差大

增益过大：信息会因系统内的数据字信息容量不够而损失掉

13、增益自适应控制的出发点是固定增益电路出现了难以避免的不足，而增益自适应控制的优点也正是弥补了这个不足。

传感器的自检

14、定义：     智能传感器自动开始或人为触发开始执行的自我检验过程。

作用:        对智能传感器系统的软硬件功能进行检测，给出检测结果以判断传感器的性能，有助于提供智能传感器系统的可靠性。

实现方式：1. 开机自检 2. 周期性自检 3. 键控自检

15、ROM自检：   通常采用“校验和法”，在ROM保存一个单元，写入校验字，使ROM中的每一列具有奇数（或偶数）个“1”，使ROM校验和全为1（或0），称ROM奇（或偶校验）

16、 特殊功能寄存器自检

（1）标志寄存器的测试：将相应标志位置“1” 执行一条条件转移指令

（2）可读/写寄存器的检查： 通过先写入、再读出的方法来判断寄存器的正确性。

17、RAM自检

RAM为空白：

目的：判断其能否正确写入和读出。

方法：写入“AA”，逐字读出，检查是否存在问题；再写入“55”以执行同样的过程，若没有问题则自检通过。

RAM已写入数据

采用“异或”的方法：先读出RAM单元中的数据，存入寄存器，将其求反后与原单元内容作“异或”运算，若结果全为“1”，则表面单元工作正常。

18、总线自检

总线自检的目的：检查经过缓冲器的总线（外部总线）传递信息是否正确

（1） CUP首先对相应锁存器执行一条输出指令，使地址总线和数据总线上的信息保存在锁存器中。

（2）对锁存器进行读入操作，即将锁存器中的地址和数据总线信息重新读入CPU，并和原来的输出信息进行比较，即可判断出外部总线是否存在故障。

19、A/D和D/A自检、I/O接口电路自检、插件自检、显示面板自检等等

智能传感器设计中，自检是必需的，自检项目越多，使用和维修越方便，但是相应的用于自检的软、硬件结构也越复杂。

自诊断

20、传感器故障诊断方法

（1） 硬件冗余方法（2） 解析冗余方法（3）人工神经网络方法

21、硬件冗余方法核心思想：

对容易失效的传感器设置一定的备份，然后通过表决器的方法进行管理。

优点：不需被控对象的数学模型，且鲁棒性很强。

缺点：设备复杂，体积和质量很大，成本很高。

22、解析冗余方法的优缺点

优点：     ① 能够定位故障来源，并可估计故障大小和严重程度。

② 不需增加硬件设备，成本较低。

缺点：     ①鲁棒性不强。

②必须知道被控对象的精确数学模型

③能够进行传感器的故障诊断，但不能恢复故障传感器的信号。

噪声抑制技术和弱信号检测技术

23、噪声抑制技术：

☆ 滤 波 ：噪声和信号频谱不重合

☆ 相 关 ：噪声和信号频谱有重叠

24、弱信号检测技术

☆ 窄带滤波法：

利用信号的功率谱密度较窄，而噪声的功率谱密度相对很宽的特点，使用一个窄带通滤波器，将有用信号的功率提取处理。

☆ 锁定接收法

☆ 取样积分法

25、噪声与干扰有何区别？

噪声：① 扣除被测信号真实值之后的各个测量值，是由于材料或器件的物理原因引起的扰动。

② 不能完全消除，只能设法减小。

干扰：① 可以减小或消除的外部扰动，由非被测信号或非被测量系统引起，是外界影响造成的，属于理想上可排除的噪声。

② 可以通过接地、屏蔽、滤波等手段加以消除或削弱。

多传感器信息融合

26、传感器互相之间工作方式主要分为三种：

互补方式、竞争方式、协同方式

27、信息融合的级别：

数据级：直接对传感器的原始数据进行融合处理

特征级：特征向量的融合处理

决策级：直接针对具体决策目标的， 融合结果直接影响决策水平。

模糊技术

28、模糊关系表示两个以上集合元素之间关联、交互或互联存在或不存在的程度。

29、模糊综合评价一般步骤：

（1） 确定评价对象的因素集（2）确定评语集（3）作出单因素评价（4）综合评价。

30、模糊传感器：

模糊传感器是以数值测量为基础，能产生和处理与其相关的符号信息，实现被测对象信息自然语言符号化的智能传感器。

基本功能：学习、推理联想、感知、通信

31、导师指导信号的获取步骤如下：

（1）确定测量范围的上下限       （2）选择论域上描述被测符号的个数

（3）选择被训练概念                    （4）输入该被训练概念对应隶属度为1的特征测量点

（5）输入该被训练概念对应的关键点

（6）通过相应训练算法产生概念的隶属函数。

人工神经网络技术

32、神经网络是由多个简单的处理单元彼此按某种方式相互连接而形成的系统, 按拓扑结构：有反馈和无反馈；

按学习过程：有监督和无监督；

按网络性能：连续型和离散型。

33、神经网络的学习步骤

1）选定初始权值

2）用一组训练样例对网络进行训练，每一个样例都包括输入及期望的输出两部分

3）把样例输入信息输入到网络，由网络自第一个隐层开始逐层进行计算，并向下一层传递，直至传至输出层

4）输出与样例的期望输出进行比较，如果它们的误差不能满足要求，则沿着原来的连接通路逐层返回，并利用两者的误差按一定的原则对各层节点的连接权值进行调整，使误差逐步减小，直到满足要求时为止

网络化的智能传感器

34、网络化智能传感器

以嵌入式微处理器为核心，集成了传感单元、信号处理单元和网络接口单元的新一代传感器。

特点：

  功耗低，体积小，抗干扰性和可靠性高

  多敏感功能

  能自校正，有很高的线性度和测量精度

  方便接入网络，降低了现场布线的复杂程度

35、网络化智能传感器主要包含三种形式：

（1） 基于现场总线的智能传感器

（2） 基于TCP/IP协议的智能传感器

（3） 无线传感器网络

总线技术概述

36、现场总线：

现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备和控制装置之间实行双向、串形、多结点的数字通信技术。

特点：协议简单、开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换。

­  37、CAN总线

提出：德国Robert Bosch以及几个集成电路制造商一起开发，最初是专门为汽车工业设计，后来推广到各个领域。

特点：串行通信网络

多主方式：                                          任一节点均可作为主节点；

信息分级：                                          按照重要程度处理节点信息；

非破坏性总线仲裁技术：              防止网络瘫痪；

报文滤波：                                          实现灵活的连接，无需专门调度

短帧结构：                                          传输时间短、出错概率低

通信介质选取灵活

节点在出错情况下自动关闭，不影响其他节点

总结：突出的可靠性、实时性和灵活性。

38、Profibus，过程现场总线

提出：1987年德国联邦科技部集中Siemens等13家公司成立专门委员会开始制定Profibus。1991年4月完成制定工作，为德国现场总线的国家标准。

特点： 传输速度高，可达12M；

满足从现场底层到工厂管理层的网络化，主站和从站的应用；

采用主从轮询方式，响应时间确定；

多种行规保证不同厂家产品间的通用性；

结论： 广泛应用于过程控制，如加工制造、楼宇自动化等。

39、FF（基金会现场总线）总线[FOUNDATION? Fieldbus]

提出：1994年6月ISPF和World FIP握手言和成立了FF，总部设在美国Texas州的Austin。

特点：     不仅仅是一种总线，而是一个系统；

把具有通信能力、控制、测量等功能的现场自控设备作为网络节点，由总线连为网络；

无专利许可要求，供任何人使用。

结论：

要求制造商遵循规范生产设备，通过一致性测试后既可方便互联，最大的问题是来自于Profibus的商业利益。

40、OSI (Open System Interconnection) 模型将开放系统的通信分为7层，每层只对相邻层联系，各层可以相对独立的研究；

其由物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层构成；CAN总线协议采用了OSI模型的物理层和数据链路层

RS485按OSI参考模型，其应属于协议物理层；

41、RS485总线

RS485严格意义上并不属于现场总线，按OSI参考模型，其应属于协议物理层；

RS485差分电平传送位

采用双绞线

采用半双工方式

为防止总线冲突，一般总有一个主机

42、Modbus协议

Modbus是由Modicon 1979年提出，是全球第一个真正用于工业现场的总线协议。

Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。

它已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络，进行集中监控。

43、IEEE 1451标准

IEEE 1451.0智能变送器接口

IEEE 1451.1 网络应用处理器信息模型IEEE 1451.2 点对点

IEEE 1451.3 多点

IEEE 1451.4 数字模拟混合模式通讯协议

IEEE 1451.5 无线通讯协议

IEEE 1451.6 CANopen协议变送器网络接口

WSN支撑技术

44、WSN特点：自组织、自愈合、多跳

45、时间同步的：        

定义：将通信网上各种通信设备或计算机设备的时间信息(年月日时分秒)基于UTC（协调世界时）时间偏差限定在足够小的范围内（如100ms），这种同步过程叫做时间同步。

应用：

传感器阵列确定目标位置、TDMA MAC协议、多传感器的数据融合、 移动目标的跟踪

46、定位

概念：无线传感器网络（WSN）节点的自身定位就是根据少数已知位置的节点，按照某种定位机制确定自身位置的过程。

应用：战场侦查、目标跟踪、入侵检测、灾难预报等

要求：自组织性 、健壮性、  能量高效、 分布式计算

计算位置方法：三边测量算法 、三角测量算法 、极大似然估计法

47、行李跟踪定位系统设计

传感器设计：

传感器节点包含高频收发模块，尺寸介于硬币大小，运行频率900MHz或2.4GHz，通信范围大约是50米。

上机：

（1）将含有惟一标识码和机场代码的小型传感器节点绑定到行李上

（2）所有的行李都要流水进入爆炸物检测和筛检设备中进行检查，通过对行李和行李无线传感器节点信息的扫描使得行李的处理速度大大加快。

（3）进入到安全检测设备的行李接受不同类型的安全扫描，在确保安全性之后，系统会发出指示，已检测行李可以运输装机。

优点：提高了机场服务的速度和效率，降低了运营成本

下机：

（1）机场管理人员通过携带的读取器扫描行李上节点的信息，将行李按照不同的节点信息，分配到不同的货车，最终搬运到相应的行李提取传送带上。

（2）通过配对的无线传感器节点，可以迅速的找到对应的包裹，加快了流动速度，减少了等待时间，提高了准确性。

（3）机场管理人员利用节点信息读取器，可以随时扫描通信范围内的行李信息，行李所携带的“身份信息”不断被安全验证。

优点：

行李的处理速度大大加快，节省了旅客等待的时间，增强了乘客及行李的安全性和准确性。

48、从传感器节点看安全威胁：

—欺骗：主要来自于环境和网络

? 防范手段:基于冗余的安全数据融合

– 控制：是最具威胁的攻击行为

? 逻辑控制—通过监听,分析获知关键信息

– 解决方法:通过加密机制和安全协议隐藏关键信息

? 物理控制—直接破坏和损害节点,后果更严重

– 手段:直接停止服务和物理剖析

– 解决方法:采用防分析、防篡改的硬件设计和提高抗 俘获的安全能力

49、从网络通信看安全威胁

被动攻击--不易察觉，重点在于预防

主动攻击--攻击手段多、动机多变、更难防范

DoS攻击--试图阻止网络服务被合法使用

50、通信安全需求

—数据机密性：防窃听                           — 数据完整性 ：防篡改

—真实性 ： 防伪造                               — 数据新鲜性 ：防重放

51、节点安全设计可从以下几点考虑：

- 程序烧写后锁定JTAG

- 可选用带有安全存储的芯片

- 采用两片不同型号的单片机互为备份

- 尽量不要使用外接存储器

- 在实现密码算法的时候，要防御计时攻击 加入移动感知机制或者其它感知机制，以便及时发现自己被俘

52、容错设计的重要性

技术和实现因素。通常需要直接暴露在环境中，在受到成本和能量限制的同时，需要完成一系列的任务。

无线传感器网络是一个新兴的研究和工程领域，处理特定问题的最优方法还不明确。

无线传感器网络的应用模式。无线传感器网络通常是运行在无人干预模式，它们需要具有更强的容错能力。

53、无线传感网络面临的挑战：

低能耗、实时性、低成本、安全、抗干扰、协作

Zigbee技术

完整的ZigBee协议栈由物理层、MAC子层、网络层、应用汇聚子层和高层应用规范层组成。

特点：     1低功耗。 ②低成本。 ③低速率 ④近距离。⑤短时延响应速度较快

⑥高容量 ⑦安全属性灵活 ⑧免执照频段。

蓝牙技术

54、其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。

55、传输距离短、采用跳频扩频技术、采用时分复用多路访问技术、网络技术、语音支持、纠错技术

56、蓝牙技术作为一种低功耗的无线通信技术，再辅之于IEEE1451标准中定义的TEDS数据表格式，是有可能构建即插即用型的无线传感器网络的。

57、以基于蓝牙技术的无线压力传感器网络：

主要由     传感器模块、识别模块、信号调理电路模块、A/D转换模块、

微处理器模块、蓝牙无线传输模块、上位机模块组成

1 、读取识别模块的信息，以辨识当前与系统连接的传感器基本信息。

2 、DSP微处理器模块根据读取的传感器信息，对信号调理电路进行适当配置；

3 、传感器输出信号经A/D转换后送入微处理器中进行分析处理，处理结果经蓝牙发射装置发射，在指定接收地点接收信息后送入上位机进行相应处理。