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多元化设计下 智能型传感器成主角

以MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)工艺技术为发展基础,以及整合趋势、智能化,以及网络化技术为主要关键技术,并加强制造工艺的新型传感器发展。
使得目前的传感器技术逐步地涵盖了微机械与微电子技术、计算机技术、网络与通讯技术、讯号处理技术、电路与系统、感测技术、神经网络技术、信息融合技术等多种技术的综合体。

图说:先进智能型传感器上内建之非挥发性内存中,因此,制造厂商将可以不需用纸本的方式表示,比方说:放大放大或校正等参数信息。使用者也可于使用此类型传感器时直接获得此传感器之相关参数信息,不仅简化了设定使用传感器所需的时间,还可减少因输入不正确参数所造成的错误。(www.public.iastate.edu)
一般来说,在传感器在智能化的设计过程中,就像是数字式讯号输出、信息存储与记忆、逻辑判断、决策、自检、自校、自我补偿都是以微处理器为基础的,使得过去只能作简单的数字化与信息处理的传感器,在经过微处理器的加持之后,到目前已发展到了具有网络通讯功能、神经网络、模糊理论、遗传理论、小波变换理论、多传感器信息融合等新理论技术,并逐步完善的现代化智慧传感器。
从过去到现在,微处理器硬件经历了从独立的CPU结构到多CPU,或者是DSP、ASIC与MCU相混合的结构,通过微处理器在可靠性、功耗、功能复用等多方面存在着与生俱来的一些不可克服的缺点与不足,已经成为阻碍智慧传感器的往前发展的技术难点。
再由系统IC的设计角度来看,IC设计也经从SOC(System on Chip)转变已成为发展过程中必经的发展趋势,而SOC用硬件设计更能够体现出过去软件实践的功能,或者是以一般微控制器相比拟,不仅具有较佳的可靠性、价格低,且速度快、体积小、保密性佳等优点。
过去的SOC设计是以UDSM的IC设计技术作为主要根源,在设计上遗传了集成电路ASIC设计的复杂程度;不过,随着SOC平台及EDA等技术的现代电子系统设计正逐步取代人工设计方法,再加上IP新经济模式的推动,在SOC应用设计上越来越多的从传统的硅组件工艺设计,转为利用可程序化逻辑门阵列(Field-Programmable Gate Array;FPGA)芯片设计。

图说:在SCO的设计上,将整合集成模拟、嵌入式、FlasH内存及FPGA结构,因而能降低系统成本和减小PCB板尺寸,并提供高度灵活性,可支持专有和以标准为基础的系统管理,而单芯片设计的实现能提升系统的可靠性、降低操作功耗及改善系统安全性。(www.actel.com)
一般来说,基于FPGA的SOC设计其开发周期短、开发工具及语言标准化、设计和组件无关等特点,使得它与使用SOC同样容易设计,而FPGA成功应用可成功应用在影像处理、电力系统等领域,除了大幅减少设计时间,减少PCB面积;另一方面,还可建构出控制表达式硬件结构,并可透过嵌入式实时控制器进行可靠的处理作业。
虽然说目前传感器朝向智能化的应用领域上,其应用范围还是持续处于开发研究阶段,但是传感器的发展上的应用也仅限于用它作为1个或几个独立功能模块,就像是通讯模块、自我补偿模块等都不具有系统的作用与功能,不能真正地成为SOC系统。
因此,必须通过搜集系统、补偿校正、数据处理、数据通讯、任务调度、人机接口、IP功能可复用等功能模块于一体的智能传感器,SOC/IP设计及基于FPGA与ARM7微处理器芯片的实现方法,以完成数据通讯、人机接口及任务调度工作。

图说:一般来说在机器人的设计过程中可附加智能型传感器,即使未排列整齐的工件也能检测出其三度空间位置,完成搬移动作,若利用网络连结多部机器人Robot,还可确认彼此间的正确位置。(www.HONDA.com)
来源:嵌入式在线

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