硅微电子技能的老练使得在单个芯片中完结杂乱结构的微电子机械体系成为实践，也给传感器的微型化供给了根底。一起选用了IC技能将信号处理和操控电路集成了到单个的芯片中，大大提高了传感器的功用并扩展了传感器的功用，即完结所谓的智能化。同曩昔的IC技能给经济技能带来的的影响相同，这种集成技能的运用的相同经济和技能开展带来新的机会。关于传感器来说，不仅是简略的改动了加工制作的办法，一起对传统的基一传感器丈量的操控体系的的规划也带来了深入的影响。并且对传感器自身的规划的办法也带来了革新，使得传感器的规划的丈量操控体系的规划及构成变得简略简略。与传统的体系比较，愈加牢靠、廉价，并且扩展性更好。很显然，这些特的完结首要得益于在传感器内部嵌入微处理芯片。与传统的传感器输出模仿原始信号不同，这种传感器可以在内总完结对原始数据的加工处理。并可以经过规范的接口与外界完结数据交流，然后完结了传感器的智能化。更为重要的是这种智能哗传感器可以依据实践的需求经过软件操控改动规划，给体系的扩带来了很大的开展地步，减少了研发费用。
从运用视点来说，传感器的精确性、稳定性和牢靠性是首要的。曩昔的研讨作业首要会集在硬件方面，研讨内容首要有勘探机理、资料、制作工艺，以及传感器的补偿办法。经过外部电路来研讨完结传感器的校准、温度补偿，改进传感器的漂移、线性的性待方面。因而整体来说传统的传感器规划要求经验丰富的工程师可以依据实践的需求来完结。这给丈量体系中所运用的传感器数量带来必定的约束。因为这种传感器任何一个功用的扩展在硬件上需求相应的空间。多功用的传感器体系遭到空间的约束，且功用上相同遭到后续处理电路（滤波、调零、补偿等）约束。整体来说，这种硬件上的约束，使得单个的体系中传感器运用数量有限，无法完结一些相关量的丈量。为了确保体系的功用，需求添加更多的处理电路。比如说温度补偿，需求在传感器的研发进程中经过许多的试验来确保，且其间的电路是专用的，无法将其直接移植运用到其他的传感器中去。添加了传感器开发人员的作业，使得传感器价格昂贵。相同的道理，这种专用的传感器的运用，将使丈量体系的功用很难扩展。其保护和修补相同需求专门技能人员来无成，价值较高，无疑也添加了体系的保护本钱。
依据半导体技能的传感器将改动了这种现状，其所供给的价格廉价、运用便利的传感器，特别是传感器自身的智能化愈加便利体系和集杨。并使得在核算机辅助规划的协助下完结体系的开发，完结愈加杂乱的功用。与传统的规划比较，不同的运用体系无须选用不同的传感器。可以在单一的传感器根底上经过软件规划来改动传感器的功用，以满意不同客户的需求。这样，低本钱、大批量的智能传感器可以便利、低本钱的完结体系规划、保护或功用扩展。从在改动曩昔传感器只是运用在工业、军事及自动轮操控等范畴的状况。愈加便利用户的运用，扩展其运用规模。现在温度传感器现已广泛运用到家用电器中，这只是是开端。跟着更多运用便利的传感器投入市场，更多的关于家庭安全、报警、环境监测等方面的的传感器将进入一般的家庭。
本文将依据智能传感器的特色给出智能传感器的规划办法，并将其与一般传感器的体系结构和规划办法比较，剖析其长处。在此根底上，指出智能网络化传感器将是未来传感器开展的必定方向，给出智能网络化的传感器的内部结构模型和依据现场总线网络、Internet网络的丈量操控体系模型。
1 什么是智能传感器
智能传感器一词是从国外首要提出 ，其英文名词为“Smart Sensor”或“Intelligent Sensor”。自从这个概念提出以来，就有许多种不同的界说，争辩较大，了解的视点不同，观点相应纷歧，但现在对这个问题根本上现已达成了必定的共。一般来说，智能传感器是可以完结对传感器的原始数据进行加工处理，而并非只是是将模仿信号。依据EDC（Eletronic Development Corporation）的界说，智能传感器应具有如下的特征：
可以依据输入信号值进行判别和拟定的决议计划
可以经过软件操控作出多种的决议
可以与外部进行信息交流，有输入输出接口
具有自检测、自批改和自保护功用
毫无疑问，上面这些特征是智能传感器应具有的。从这些特征来看，其间有相妆一部分曾经是归于一个仪器所应具有的功用，从这点看来，“仪器”和“传感器”的边界已不对错常显着。作者以为。“智能传感器”是一个动态的概念，就象“核算机”概念相同。现在“核算机”这个名词的意义早已没与六十年代核算机刚铡呈现时所包含的内容，不管在功用上仍是从特性上早已改动了最初的意义。现在核算（calculate）只是是其简略的一个部分，它可以完结信息交流、文字排版、辅助规划、操控等一系列的功用，这种内在的扩展是依据两个方面：硬件上的前进和软件规划上的开展。现在假如说具有核算功用的机器都以为是核算机，很显然是不合理的。
上面所说到的界说和特性是现阶段智能传感器的根本特色。实践上，所谓的智能传感器并非是简略的单片机嵌入传感器中将模仿信号转化为数字信号，其实践所包含的内容要广泛得多。从智能传感器的概念发生和开展前史来看，其阅历一个内在不断丰富的过种。便是传统意义上的智能传感器也并不具有这种功用。正如上面所说到的，在80年代，将信号处理电路（滤波、扩大、调零）与传感器规划在一起，输出0－5V电压或4－20mA电流，这样的传感器即为娄时意义上的“智能传感器”；在80年代未期到90年代中后期，跟着单片机技能的开展，将单片微处理嵌入传感器中完结温度补偿、批改、校准，一起A／D改换器直接将本来的模仿信号转化数字信号，这样一来钭“智能传感器” 所包含的意义推动一步。这种类型的传感器在规划办法上已开端有所改变，不再象曾经是简略的硬件构成，需求经过软件对信呈进行简略处理，相应输出的信号是数字信号；自“现场部线”概念提出今后，依据现场总线的丈量操控体系得到了广泛的运用，相应对传感器的规划又提出了新的要求。从开展的视点看，未来单个传感器独立运用的场合将越来越少，更多的是多传感器体系的运用以完结多参数的丈量和多目标的操控。丈量和操控信息的交流在底层首要是经过现场部线来完结。数据交流首要是经过Intranet等网络来完结。为了满意这种多传感器之间的信息交流，传感器规划上软件占首要的方位，经过软件将传感器将内总各个灵敏单元或与外部的智能传感器单元联络在一起。软件目标不再是曾经的单个的目标，而是整个体系，其输出的数字信号是契合某种协议格局的。然后可要完结传感器与传感器之间、传感器与履行器之间、传感器与体系之间的数据交流和同享。因而智能网络化是传感器未来开展方向。
2 智能网络化传感器及其体系的结构
从原理结构来上看来，智能传感器结构可以用图1所示框图来表明。
从上面的框图可以发现，一般意义上的传感器（即灵敏单元）在智能传感器中只是占很少的一部分，信号处理电路占首要部分。与一般传感器比较，智能传感器将传感器运用进程中所触及到一切问题都包含了。例如图1所示的灵敏度、零点漂移、标定等，即使是单物理丈量传感器，也有必要有规范的接口获取所需求的信息（如温度、湿度等）以完结对被测物理量的标定和校准。在许多场合，加上输出显现单元，这种单智能传感器体系现已涵盖了传统的外表概念。
依据散布智能传感器的丈量操控体系是由必定的网络将各个操控节点、传感器节点及中心操控单元一起构成。其间传感器节点是用来完结参数丈量并将数据传送给网络中的其他节点；操控节点是依据需求从网络中获取需求的数据并依据这些数据制定相应的的操控办法和履行操控输出。在整个体系中，每个传感器节点和操控节点数目可多可少，依据要求而定。网络的挑选可以是传感器总线、现场总线，也可以是企业内部的Ethernet，也可以直接是Internet。一个智能传感器节点是由三部分构成：传统意义上的传感器、网络接口和处理单元。依据不同的要求，这三个部分可以是选用不同芯片一起组成组成式的，也可以是单片式的。首要传感器将被丈量物理量转化为电信号，经过A／D转化为数字信号，经过微处理器的数据处理（滤波、校准）后将成果传送给网络，与网络的数据交流不网络接口模块完结。
操控节点由微处理器、网络接口及人机接口是输入输出设备组成。用来搜集传感器节点所发送来的信息，并反馈给用户和输出到履行器，以完结必定的输出。
将一切的传感器衔接在一个公共的网络上。为确保一切的传感器节点和操控节点可以完结即插即用，有必要确保网络中一切的节点可以满意一起的协议。不管是硬件仍是软件都有必要满意必定的要求，只需契合协议规范的节点都可以接入体系。因而为了确保这种即插即用的功用，智能传感器节点内部有必要包含微处理芯片和存储器。一方面用来存储传感器的物理特征：偏移、灵敏度、校准参数，乃至传感器的厂家信息（保护等），另一方面用来完结数据的处理和补偿，以及输出校准。因为这些功用的完结是在每个传感器内部完结，相应的内部参数在传感器出厂的进候现已写入内部寄存器中固定的单元，因而在替换和添加的节点的时分，无须对传感器进行标定、校准。
在许多的状况下，微处理器需求依据实践的需求对传感器的输入进行处理和改换。
3 规划办法和智能传感器的研讨范畴
智能传感器体系的完结是在传感器技能、核算机技能、信号处理、网络操控等技能的根底上开展起来的，并随这些技能的开展而开展，但不是这此技能的简略组成。不管是微处理器仍是网络技能，都不是本来一般技能简略的组成，下面针对网络化传感器体系所触及的一些问题进行剖析。
首要，体系构成。从核算机视点来看，一般核算机体系所处理的数据是数字信号，且是直接经过外部设备输入的，这些信号自身会遭到外部设备约束。可是关于传感器体系来说所面临的是与外界环境相关的模仿信号，信号与外界的一些物理量相关。这意味着信号的存在和信号的呈现是遭到环境约束的，为了满意操控实时性的需求，信号的采样有必要确保实时性。
其次，信号处理办法。在网络化运用环境中，即插即用是对网络中的每个设备最根本的要求。可是因为每个被测物理量经过传感器时输入输出的联系是不定的，有些上线性的，但更多的对错线性的，有必要确保体系可以精确识别被测目标，一方面要可以确认勘探器信号的方位，另一方面要可以确认传感器输入输出之间的联系以及物理量（一般被测物理量和传感器输出物理量不必定相同。例如是电容式压力传感器输入为压力，输出为电容）。这类似于传统传感器规划时触及到的标定问题，可是不彻底相同。因为一般传感器规划中无须考虑输入输出物理量，只是只考虑它们之间的联系。
再次，需求考虑外部接口。从网络化智能传感器的运用来说，其一般运用在自动化现场的丈量操控级，相互之间需求经过现场部线衔接在一起。关于不同的运用场合，现在现已有许多不同的总线规范协议。要确保所规划的传感器彻底满意这些协议比较困难，这就有必要考虑接口问题。这是智能网络化传感器与一般传感器最大的差异。
最终，软件东西的开发。因为曩昔传感器彻底是由硬件所组成，因而研讨的目标首要限制在传感机的理、资料、结构、工艺等物理方面。而智能传感器的智能性则是在硬件的根底上经过软件完结其价值的，软件在智能传感器中占有了首要的成分。并且智能化的程度是与软件的开发水平成正比的，信任在不久的将来，依据核算机渠道彻底经过软件开发的虚拟传感器会有非常广泛的运用。软件开发东西包含规划、办理和通讯办理等不同方面。现在这类东西现已开端呈现，一般C，Labview，AcTIveX等东西软件都可以完结。软件的功用主是与软件的开发水平成正比的，用以完结传感器模型树立、标定参数树立、最佳标定模型挑选等。
虽然智传感器的构成办法并非在一切有场合运用都是合理的，但在许多的运用中，其相对与传统传感器的长处是无法抵抗的。在大多数状况下，智能传感器价格廉价、运用便利、功用优越、保护简略、功用扩展简略的长处是传统传感器无法比拟的。特别是在一些运用的传感器较多的场合，无疑智能传感器是最为合理的挑选。
现在来说，考虑出资要素，因为在进程丈量操控范畴中体系规划寿数一般都有几十年，虽然传统所运用的丈量操控首要地模仿量传输的，而契合现场总线网络规范的智能传感器有许多长处，可是替换这些传感器履行器要花费许多的时刻和添加很大的出资，这种体系还会存在适当长的一段时刻。曩昔这类体系功用的扩展比较困难，因而多种体系共存的局势将保持一段时刻。近两年IEEE1451.4规范作业组现已开端着手进行智能传感器与网络之间的模仿传输接口规范。其首要是针对传统以模仿量传输为根底的体系而订制的一种与网络之间接口规范。假如规范得到经过，并有相应的硬件支撑，关于这些体系来说，其体系功用的扩展将变得愈加简略。
