1、名師精編優秀資料（系統）抑制交叉敏感紅色為重點，最低要求概念要理解，背下來智能傳感器與傳感系統介紹（構成，特點）傳感器系統的基本特性與技術指標 非線性自校正自校準自補償增益的自適應控制傳感器系統的自檢自診斷噪聲抑制與弱信號檢測多傳感器信息融合模糊技術人工神經網絡技術總線技術概述IEEE 1451 標準無線傳感器網絡概述WSN支撐技術（時間同步，定位，安全，容錯設計，操作系統） 藍牙技術ZigBee技術藍牙與zigbee的對比優缺點1、智能傳感系統的概念：傳感器與微處理器賦予智能的集合，兼有信息檢測與信息處理功能的傳感器2、傳統傳感器的缺點（1）結構尺寸大，時間頻率響應特性差；（2）輸入輸出存在

2、非線性，且隨時間漂移；（3）參數易受環境條件變化的影響而漂移；（4）信噪比低，易受噪聲干擾；（5）存在交叉靈敏度，選擇性、分辨性不高。3、傳統傳感器由三部分組成： 敏感元件 信號調理模塊 傳感器接口4、Smart傳感器整機內的硬件結構可以概括為： 傳感器+微處理器+無線（網絡）接口。5、智能傳感器的功能?自我完善能力方面：（1）改善靜態性能（2）提高系統響應速度（3） ?自我管理和自適應能力方面：（1）具有自檢驗、自判斷、自尋故障、自恢復功能；（2 ）具有判斷、決策、自動量程切換與控制功能。?自我辨識與運算處理能力方面（1）具有從噪聲中辨識微弱信號與消噪的功能（2）具有多為空間的圖像辨別與模式

3、識別功能（3）具有數據自動采集、存儲、記憶與信息處理功能。（1 ）雙向通信（2 ）標準化數字接口（3）以及擬人類語言符號等多種輸出功能。6、智能傳感器的特點（1）精度高（2）高可靠性與高穩定性（3）高信噪比與高分辨率（4）強自適應性（5）較高的性價比7、目前智能傳感器實現沿著 3條途徑：（1）非集成化實現將傳統的經典傳感器、 信號調理電路、帶數字總線接口的微處理器組合為一整體而構成 的一個智能傳感器系統。（2）集成化實現集成化實現智能傳感系統的兩個基礎：a、大規模集成電路工藝技術將由硅材料制作的敏感元件、信號調理電路、微處理單元集成在一塊芯片上。b、現代傳感器技術1）現代傳感器特征：以具有優良

4、電性能、機械性能極好的硅材料為基礎；極高精度的加工技術。2）集成/固態傳感器特點：微型化、結構一體化、精度高、多功能、陣列式。（3）混合式實現根據不同的要求，將系統各個環節以不同的組合方式集成在兩塊或者三塊芯片上，并裝在一個外殼里，實現混合集成。8、現場總線儀表的主要特點（1） 具有多種基本的智能化功能，可以用于改善靜態、動態特性，提高精度和穩定性。（2）具有控制與基本參數存儲功能，可實現自我管理并提高自適應能力。（3）開放性與互換性。（4）帶有數字總線接口，實現通訊功能。第二章1、靜態特性與靜態技術指標1）靜態參數：零位；量程；靈敏度；分辨率2）靜態性能指標：遲滯；重復性；線性度；準確度和溫

5、度系數與溫度附加誤差。2、動態特性與動態技術指標1）動態特性：時域中的微分方程、復頻域中的傳遞函數 H（s）、頻率域中的頻率特性 H（jw）。2動態技術指標：時間常數 T（一階系統），無阻尼固有角頻率 30（二階系統）非線性自校正3、 概念：智能化非線性自動校正技術是通過軟件來實現的。前提是傳感器的輸入一輸 出特性具有重復性。4、采用方法：查表法就是對非線性校正曲線（傳感器輸入一輸出特性的逆函數）進行分段線性插 值的方法。曲線擬合法：核心思想是利用次多項式來實現非線性校正曲線，多項式的系數由最小二乘法確定。自校準5、通過與微處理器的結合，實現了零位漂移和靈敏度的自動校正。6、（ 1）實現自校準

6、功能的方法一標準發生器首先產生標準電壓和零點標準值，然后微處理器控制多路分時段選通，以分別選通標準電壓和零點標準值，并記錄下這兩種情況下的調理電路輸出，從而最終消除零點漂移和靈敏度漂移對傳感器性能的影響。(2) 實現自校準功能的方法二方法二和方法一的區別，在于方法二能夠實現自校準包含傳感器在內的整個傳感器系統。(3) 實現自校準功能的方法三(非線性系統)原理上講可通過增加標定點數的方法來實現，但為了增加標定的實時性，點數又不宜增加過多。因此，通常采用施加三個標準值的標定方法(三點標定法)。 依次輸入三個標準值得到對應輸出 列出非線性自校準曲線：，應用最小二乘法求得系數。 求出系數后，智能傳感器

7、即轉入測量狀態，根據傳感器的輸出結果反推至傳感器輸入端，即可得到校準后的真實傳感器輸入信號。自補償7、溫度補償關鍵問題：把溫度引起的干擾信號分離出來，而干擾信號包含零點漂移和靈敏度漂移兩部分。(1) 經典傳感器-采用結構對稱方式來消除其影響。(2) 智能傳感器-采用監測補償法，即通過對干擾量的監測，再經過相應的軟件處理 來達到誤差補償的目的。8、零點漂移補償前提：傳感器的特性具有重復性。?基本思想：假定傳感器的工作溫度為 T,則在傳感器輸出值 U中減去該工作溫度下對 應的零點電壓U0 (T)。?關鍵：先測出傳感器的零點漂移特性，并保存至內存中。9、常用的溫度補償方法：(1) .在壓阻式壓力傳感

8、器的溫度變化范圍內，分成多組測量不同溫度下的特性，然 后，根據實際工作溫度插值獲取所應施加的補償電壓。(2) .采用非線性擬合的方法，擬合傳感器輸出與溫度間的非線性關系，嵌入到微處 理器中進行補償。10、頻率補償頻率補償的實質：拓展智能傳感器系統的帶寬，以改善系統的動態性能。(1) 、數字濾波法：給當前傳感器系統附加一個傳遞函數為H (s)的環節，于是新系統的總傳遞函數，可以滿足動態性能要求。(2) 、頻域校正法四步驟：采樣、快速傅里變換、復數除法運算、快速傅里葉反變換11、對于非溫度傳感器而言，溫度是傳感器系統中最主要的干擾量。增益的自適應12、 增益過?。?1)數據字的容量會浪費(2)信噪

9、比可能很低(3)測量誤差大 增益過大：信息會因系統內的數據字信息容量不夠而損失掉13、 增益自適應控制的出發點是固定增益電路出現了難以避免的不足，而增益自適應控 制的優點也正是彌補了這個不足。傳感器的自檢14、 定義：智能傳感器自動開始或人為觸發開始執行的自我檢驗過程。作用：對智能傳感器系統的軟硬件功能進行檢測，給出檢測結果以判斷傳感器的性能，有助于提供智能傳感器系統的可靠性。實現方式：1.開機自檢2.周期性自檢 3.鍵控自檢15、 ROM自檢： 通常采用 校驗和法”，在ROM保存一個單元，寫入校驗字，使ROM中的每一列具有奇數（或偶數）個1 ”，使ROM校驗和全為1 （或0）,稱ROM奇（或

10、偶校驗）16、特殊功能寄存器自檢（1） 標志寄存器的測試：將相應標志位置1”執行一條條件轉移指令（2） 可讀/寫寄存器的檢查：通過先寫入、再讀出的方法來判斷寄存器的正確性。17、RAM自檢RAM為空白：目的：判斷其能否正確寫入和讀出。方法：寫入“AA'逐字讀出，檢查是否存在問題；再寫入“55以執行同樣的過程，若沒有問題則自檢通過。RAM已寫入數據采用 異或”的方法：先讀出 RAM單元中的數據，存入寄存器，將其求反后與原單元內容作 異或”運算，若結果全為 “ 1,則表面單元工作正常。18、總線自檢總線自檢的目的：檢查經過緩沖器的總線（外部總線）傳遞信息是否正確（1） CUP首先對相應鎖存

11、器執行一條輸出指令，使地址總線和數據總線上的信息保存 在鎖存器中。（2） 對鎖存器進行讀入操作，即將鎖存器中的地址和數據總線信息重新讀入CPU,并 和原來的輸出信息進行比較，即可判斷出外部總線是否存在故障。19、A/D和D/A自檢、I/O接口電路自檢、插件自檢、顯示面板自檢等等智能傳感器設計中，自檢是必需的，自檢項目越多，使用和維修越方便，但是相應的用 于自檢的軟、硬件結構也越復雜。自診斷20、傳感器故障診斷方法（1）硬件冗余方法（2）解析冗余方法（3）人工神經網絡方法21、硬件冗余方法核心思想：對容易失效的傳感器設置一定的備份，然后通過表決器的方法進行管理。優點：不需被控對象的數學模型，且魯

12、棒性很強。缺點：設備復雜，體積和質量很大，成本很高。22、解析冗余方法的優缺點優點：能夠定位故障來源，并可估計故障大小和嚴重程度。不需增加硬件設備，成本較低。缺點：魯棒性不強。 必須知道被控對象的精確數學模型 能夠進行傳感器的故障診斷，但不能恢復故障傳感器的信號。噪聲抑制技術和弱信號檢測技術23、噪聲抑制技術：濾波：噪聲和信號頻譜不重合相關：噪聲和信號頻譜有重疊24、弱信號檢測技術窄帶濾波法：利用信號的功率譜密度較窄， 而噪聲的功率譜密度相對很寬的特點，使用一個窄帶通濾波器，將有用信號的功率提取處理。鎖定接收法取樣積分法25、噪聲與干擾有何區別？噪聲： 扣除被測信號真實值之后的各個測量值，是由

13、于材料或器件的物理原因引起 的擾動。 不能完全消除，只能設法減小。干擾：可以減小或消除的外部擾動，由非被測信號或非被測量系統引起，是外界影 響造成的，屬于理想上可排除的噪聲?？梢酝ㄟ^接地、屏蔽、濾波等手段加以消除或削弱。多傳感器信息融合26、傳感器互相之間工作方式主要分為三種：互補方式、競爭方式、協同方式27、信息融合的級別：數據級：直接對傳感器的原始數據進行融合處理特征級：特征向量的融合處理決策級：直接針對具體決策目標的，融合結果直接影響決策水平。模糊技術28、模糊關系表示兩個以上集合元素之間關聯、交互或互聯存在或不存在的程度。29、模糊綜合評價一般步驟：（1）確定評價對象的因素集（2）確定

14、評語集（3）作出單因素評價（4）綜合評價。30、模糊傳感器：模糊傳感器是以數值測量為基礎，能產生和處理與其相關的符號信息，實現被測對象信息自然語言符號化的智能傳感器?；竟δ埽簩W習、推理聯想、感知、通信31、導師指導信號的獲取步驟如下：（1）確定測量范圍的上下限（2）選擇論域上描述被測符號的個數（3）選擇被訓練概念（4）輸入該被訓練概念對應隸屬度為1的特征測量點（5）輸入該被訓練概念對應的關鍵點（6）通過相應訓練算法產生概念的隸屬函數。人工神經網絡技術32、 神經網絡是由多個簡單的處理單元彼此按某種方式相互連接而形成的系統，按拓撲 結構：有反饋和無反饋；按學習過程：有監督和無監督；按網絡性能：

15、連續型和離散型。33、神經網絡的學習步驟1）選定初始權值2）用一組訓練樣例對網絡進行訓練，每一個樣例都包括輸入及期望的輸出兩部分3）把樣例輸入信息輸入到網絡，由網絡自第一個隱層開始逐層進行計算，并向下一層 傳遞，直至傳至輸出層4）輸出與樣例的期望輸出進行比較，如果它們的誤差不能滿足要求，則沿著原來的連接通路逐層返回，并利用兩者的誤差按一定的原則對各層節點的連接權值進行調整，使誤差逐步減小，直到滿足要求時為止網絡化的智能傳感器集成了傳感單元、信號處理單元和網絡接口單元的新一代傳34、網絡化智能傳感器 以嵌入式微處理器為核心，感器。特點：E 功耗低，體積小，抗干擾性和可靠性高' 多敏感功能

16、 能自校正，有很高的線性度和測量精度E 方便接入網絡，降低了現場布線的復雜程度基于現場總線的智能傳感器 基于TCP/IP協議的智能傳感器 無線傳感器網絡35、網絡化智能傳感器主要包含三種形式：（1）（2）（3）總線技術概述36、現場總線：現場總線是一種應用于生產現場，在現場設備之間、現場設備和控制裝置之間實行雙向、 串形、多結點的數字通信技術。特點：協議簡單、開放、容錯能力強、實時性高、安全性好、成本低、適于頻繁交換。37、CAN總線提出：德國Robert Bosch以及幾個集成電路制造商一起開發，最初是專門為汽車工業設計，后來推廣到各個領域。特點：串行通信網絡任一節點均可作為主節點； 按照重

17、要程度處理節點信息； 防止網絡癱瘓；實現靈活的連接，無需專門調度 傳輸時間短、出錯概率低多主方式：信息分級：非破壞性總線仲裁技術：報文濾波：短幀結構：通信介質選取靈活不影響其他節點節點在出錯情況下自動關閉，總結：突出的可靠性、實時性和靈活性。38、Profibus，過程現場總線提出：1987年德國聯邦科技部集中Siemens等13家公司成立專門委員會開始制定Profibus。 1991年4月完成制定工作，為德國現場總線的國家標準。特點： 傳輸速度高，可達12M ；滿足從現場底層到工廠管理層的網絡化，主站和從站的應用； 采用主從輪詢方式，響應時間確定；多種行規保證不同廠家產品間的通用性；結論：廣

18、泛應用于過程控制，如加工制造、樓宇自動化等。39、（基金會現場總線）總線FOUNDATION? Fieldbus提出:1994年6月ISPF和 World FIP握手言和成立了 FF,總部設在美國Texas州啲Austin。 特點：不僅僅是一種總線，而是一個系統；把具有通信能力、 控制、測量等功能的現場自控設備作為網絡節點，由總線連為網絡；無專利許可要求，供任何人使用。結論：要求制造商遵循規范生產設備，通過一致性測試后既可方便互聯，最大的問題是來自于Profibus的商業利益。40、 OSI （Open System Interconnection）模型將開放系統的通信分為7層，每層只對相鄰

19、層聯系，各層可以相對獨立的研究；其由物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層構成；CAN總線協議采用了 OSI模型的物理層和數據鏈路層RS485按OSI參考模型，其應屬于協議物理層；41、RS485總線RS485嚴格意義上并不屬于現場總線，按OSI參考模型，其應屬于協議物理層；RS485差分電平傳送位采用雙絞線采用半雙工方式為防止總線沖突，一般總有一個主機42、Modbus 協議Modbus是由Modicon 1979年提出，是全球第一個真正用于工業現場的總線協議。Modbus協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡（例如以太網）和其

20、它設備之間可以通信。它已經成為一通用工業標準。有了它，不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡，進行集中監控。43、IEEE 1451 標準IEEE 1451.0智能變送器接口IEEE 1451.1網絡應用處理器信息模型IEEE 1451.2點對點IEEE 1451.3 多點IEEE 1451.4數字模擬混合模式通訊協議IEEE 1451.5無線通訊協議IEEE 1451.6 CANopen協議變送器網絡接口WSN支撐技術44、WSN特點：自組織、自愈合、多跳45、時間同步的：定義：將通信網上各種通信設備或計算機設備的時間信息（年月日時分秒）基于UTC（協調世界時）時間偏差限定在足夠小的范圍內（

21、如100ms），這種同步過程叫做時間同步。應用：傳感器陣列確定目標位置、TDMA MAC協議、多傳感器的數據融合、移動目標的跟蹤46、定位概念：無線傳感器網絡（WSN）節點的自身定位就是根據少數已知位置的節點，按照某 種定位機制確定自身位置的過程。應用：戰場偵查、目標跟蹤、入侵檢測、災難預報等要求：自組織性、健壯性、能量高效、分布式計算計算位置方法：三邊測量算法、三角測量算法、極大似然估計法47、行李跟蹤定位系統設計傳感器設計：傳感器節點包含高頻收發模塊，尺寸介于硬幣大小，運行頻率900MHz或2.4GHz,通信范圍大約是50米。上機：（1）將含有惟一標識碼和機場代碼的小型傳感器節點綁定到行李

22、上（2）所有的行李都要流水進入爆炸物檢測和篩檢設備中進行檢查，通過對行李和行李 無線傳感器節點信息的掃描使得行李的處理速度大大加快。（3）進入到安全檢測設備的行李接受不同類型的安全掃描，在確保安全性之后，系統 會發出指示，已檢測行李可以運輸裝機。優點：提高了機場服務的速度和效率，降低了運營成本 下機：（1）機場管理人員通過攜帶的讀取器掃描行李上節點的信息，將行李按照不同的節點 信息，分配到不同的貨車，最終搬運到相應的行李提取傳送帶上。（2）通過配對的無線傳感器節點，可以迅速的找到對應的包裹，加快了流動速度，減 少了等待時間，提高了準確性。（3）機場管理人員利用節點信息讀取器，可以隨時掃描通信范

23、圍內的行李信息，行李 所攜帶的“身份信息”不斷被安全驗證。優點：行李的處理速度大大加快， 節省了旅客等待的時間， 增強了乘客及行李的安全性和準確 性。48、從傳感器節點看安全威脅： 欺騙：主要來自于環境和網絡?防范手段：基于冗余的安全數據融合-控制：是最具威脅的攻擊行為 ?邏輯控制一通過監聽，分析獲知關鍵信息-解決方法：通過加密機制和安全協議隱藏關鍵信息?物理控制一直接破壞和損害節點，后果更嚴重 -手段:直接停止服務和物理剖析-解決方法:采用防分析、防篡改的硬件設計和提高抗俘獲的安全能力49、從網絡通信看安全威脅被動攻擊-不易察覺，重點在于預防 主動攻擊-攻擊手段多、動機多變、更難防范DoS攻擊-試圖阻止網絡服務被合法使用50、通信安全需求數據機密性：防竊聽一數據完整性：防篡改真實性：防