淺析單片機技術在傳感器設計中的應用

（廣東省高級技工學校，廣東 惠州 516100）

在工業水平進步的推動下，我國制造業正在不斷縮小與發達國家之間的差距，在航空航天中的技術已經超越了西方先進水平。在航空航天設計研究中，離不開精密儀器的制造，而精密儀器是否符合設計要求則需要通過傳感器來檢測分析。而在檢測過程中，傳感器本身的穩定程度會對儀器的測量造成影響。而單片機的出現可以有效的解決穩定性、可靠性等問題，將制造業的水平向更高層次提升。單片機技術具有很好的靈活性、較強的控制性、便于擴展等優勢，很好的彌補了傳感器的缺陷。

1 傳感器基本知識介紹

傳感器簡單來講就是一種能夠用來檢測物體的裝置，它是依據確定的精確度將被測物體的基本參數轉化為有相應關系的測量裝置。傳感器與人類的感覺器官類似。光敏傳感器就好比人類的視覺，對光的變化十分敏感；氣敏傳感器與人類的嗅覺相似，根據氣味的變化作出反應；聲敏傳感器就好似人類的聽覺，通過聲音的振動變化來傳遞信息；溫控傳感器就好比人類的觸覺，當物體表面發生變化時就會做出回應。傳感器有時候會對某一項性能具有特殊要求，例如溫控開關傳感器，溫度的細微變化就是該傳感器的性能體現。如下圖1所示，是某種類型的傳感器在工業中的應用實例。

2 單片機技術及其應用

圖1 工業傳感器應用實例

單片機是利用電路芯片進行自動控制的微機系統，在這個芯片上集成了CPU、存儲器、I/O口等各個功能模塊，共同組成小型化的微機控制系統。在單片機的硬件方面來講，它不僅具備半導體硅片的光、熱等特性，還由于集成度高的特點，使單片機的體積大幅度減小。

目前單片機的使用已經非常普遍，從計算機系統到航空航天的研究，都體現著單片機技術的應用。在不斷的使用中，也將我國工業技術推向前進。雖然將單片機應用于傳感器中是近些年才發展起來的，但應用的效果十分明顯，而且由于半導體硅材料的使用，使得單片機與傳感器的結合更加緊密。

3 單片機技術在傳感器設計上的應用

隨著工業設備的技術提高，設備精度要求也越來越高，對傳感器也提出了更高的要求。當前的傳感器中，普遍具有穩定度不夠、可靠性差、成本高和體積大的缺點，給當前的系統測量帶來了不小的誤差。而單片機的運算能力強、控制性好、成本低、小型化等特點，正好彌補了傳感器本身的缺陷。

3.1 單片機技術對提高傳感器的穩定性分析

傳感器的穩定性越好，測量精度也就越高。在測量時首先要保證其穩定性，這也是檢驗傳感器工作能力的重要標志。目前傳感器的缺陷在于不穩定性、可靠度低，因而嚴重影響了被測物體的精度，而這個精度的誤差可以通過單片機實現修正。

如圖2所示，是單片機對誤差進行修正的過程原理框圖。在測量時，被測物體的信號x通過傳感器接收并輸出y信號，接著信號y通過接口電路輸出信號Y，再將由A/D轉換器處理后的x信號與單片機接手的數字信號Y進行對比修正處理，便可得到標準輸出信號Yc。

3.2 單片機技術在傳感器抗干擾方面的應用分析

圖2 修正非線性誤差原理圖

在測量過程中，往往會由于現場環境復雜性而影響到傳感器的測量精度要求，因而這也就要求傳感器提高自身的抗干擾能力，使得可以在復雜的環境下依然能夠正常工作。此外，傳感器屬于靈敏元件，雖然轉動軸可以保持不轉動，但由于軸表面材料的不均勻性，就會造成傳感器上仍有電壓量的輸出，這也會影響到測量的精度。當加入單片機技術后，傳感器每轉動一周，便會對輸出特性曲線進行修正，這樣，就保證了測量的準確性。

3.3 在推動傳感器發展演變上的應用

由于傳感器的類型越來越多，規格也大不相同，其輸入輸出信號也不同，導致對傳感器的標準化一時難以實現。相反，單片機由于其超強的運算能力、微型化的體積、更低的成本，極大的推動了以單片機技術為基礎的傳感器的標準化。因而也對未來智能化傳感器提出了以下要求：（1）信號輸出標準化；（2）能夠實現溫度補償；（3）可以線性校正誤差；（4）信號存儲功能；（5）信號處理功能；（6）可以與其他控制單元連接。

結語

綜上所述，單片機技術在傳感器設計中的應用，是兩者在技術優勢上的結合，既彌補了傳統傳感器的缺陷，又增強了基于單片機的傳感器的性能，大大提高了傳感器測量的穩定性和可靠性，降低了外界環境對傳感器的干擾，提升了傳感器的測量精度。

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