インテリジェント時代の到来により、さまざまなスマートセンサーの研究と応用がますます強調されています。スマートセンサーには、従来のセンサーに基づいて豊富な情報処理機能もあり、より包括的な機能を提供できます。
このペーパーでは、一般的に使用される温度、圧力、慣性、生化学、RFIDセンサーの現在の研究状況と、モノのインターネット（IoT）、バーチャルリアリティ（VR）、ロボット工学、ヘルスケア、など、スマートセンサーの将来の開発動向を楽しみにしています。
スマートセンサー（スマートセンサー）は、情報検出、情報処理、情報メモリ、論理的思考、判断機能を備えたセンサーを指します。
測定する物理量を特徴付けるアナログ電圧信号のみを提供する従来のセンサーと比較して、スマートセンサーは統合技術とマイクロプロセッサテクノロジー、セット認識、情報処理、通信を最大限に活用し、一定レベルの知識を提供できますデジタル形式で広まった情報の。
NASA（NASA）が1980年代にスマートセンサーの概念を提案して以来、数十年にわたる開発の後、スマートセンサーはセンサーテクノロジーの主要な開発方向になり、国の産業および技術の研究能力を表しています。
現在のスマート時代に駆り立てられているため、センサーの重要性は、「中国2025年の製作」、「ドイツ2020年のハイテク戦略」、欧州連合、米国、韓国、シンガポールなどでより顕著になりました。 。重要な役割を果たします。
高性能、非常に信頼性の高い多機能複雑な自動、測定および制御システム、および無線周波数識別技術に基づいたモノのインターネットの台頭と開発は、知覚、認知能力、およびその活発で迅速なスマートセンサーの重要性をますます強調しています緊急性の発展。
CMOS互換MEMSテクノロジーの開発により、ミニチュアスマートセンサーの開発は強力な技術サポートを受けており、スマートセンサー業界は非常に重要な歴史的開発の機会に直面しています。
このペーパーでは、さまざまな種類のスマートセンサーテクノロジーとアプリケーションの開発状況を要約し、将来の開発動向に関する見方をしています。
1つのリッチで多様なインテリジェントセンサー
さまざまなインテリジェントアプリケーションのニーズを満たすために、環境センサー、慣性センサー、アナログセンサー、磁気センサー、バイオセンサー、赤外線センサー、振動センサー、圧力センサー、超音波センサーなど、センサーカテゴリは非常に多様です。
その中で、次のセンサーがより一般的に使用されています。
環境センサー、主にガスセンサー、気圧センサー、温度センサー、湿度センサーなど。ガスセンサーは、空気清浄機、DUIモニター、ホームアルデヒドの検出器、および家庭用家具の他の有毒ガス、および工業用排気ガスの検出装置に適用できます。人々が環境問題に注意を払うにつれて、環境センサーの重要性はますます顕著になりつつあり、将来開発する余地がたくさんあります。
主にスマートブレスレット、スマートウォッチ、VRヘルメットなどのウェアラブル製品で使用される慣性センサー。慣性センサーは、動きの追跡と識別を検出するために使用され、着用者にその日の運動量、消費カロリー、運動の影響を通知します。
主に家電製品で使用される磁気センサー、コーヒーメーカー、給湯器、エアコンなどなどは、角度がどれだけの量になったか、またはどのくらいの旅行が行われたかを検出するために使用され、通常はダッシュボードに表示されます。さらに、磁気センサーはドア磁石や窓磁石などにも使用されます。ロボットの知能と精度には、サポートのために磁気センサーも必要です。
主にスマート医療機器で使用されるアナログセンサー、ハートビートや心電図などの信号の入力として使用し、健康データの出力を視覚化して、ユーザーが直接の健康と運動データを理解できるようにすることができます。
赤外線センサーは、赤外線カメラ、スイープロボット、その他のスマートホームでよく使用されます。
2スマートセンサーに関する技術研究の進捗
本当にインテリジェントなセンサーには、次の機能が必要です。
1）セルフキャリブレーション、セルフキャリブレーション、自動報酬機能。
2）自動データ収集、論理判断、およびデータ処理機能。
3）自己調整および自己適応機能。
（4）ある程度のストレージ、識別、情報処理機能。
5）双方向通信、標準のデジタル出力またはシンボル出力関数。
（6）アルゴリズムの判断、意思決定、処理機能。
以下は、一般的に使用される温度、圧力、慣性、生化学、RFIDセンサーの例です。
2.1スマート温度センサー
温度センサーの開発は次のとおりです3つの段階：従来の離散温度センサー、アナログ積分温度センサー、インテリジェント温度センサー全体。
21世紀に、インテリジェントな温度センサーは、高精度、多機能、バスの標準化、高い信頼性と安全性、仮想センサーとネットワークセンサーの開発、モノリシック温度測定システムの開発、および迅速な開発の他の方向に向かって移動しています。
現在のスマート温度センサーには、温度センサー、A/Dコンバーター、信号プロセッサ、メモリ、インターフェイス回路が含まれており、一部の製品にはマルチプレクサ、セントラルコントローラー、ランダムアクセスストレージ、読み取り専用メモリもあります。
インテリジェント温度センサーは、さまざまなマイクロコントローラーに適合した出力温度データと関連する温度制御体積を出力する機能によって特徴付けられ、テスト関数を実現するためのソフトウェアを介してハードウェアに基づいているため、インテリジェンスの程度はレベルに依存しますソフトウェア開発の。
（1）測定の精度と解像度を改善します
最も早いインテリジェント温度センサーは、中間-1990 sで始まりました、8-ビットA/Dコンバーターを使用すると、温度測定の精度が低く、解像度は1度しか到達できません。
現在、外国は、9〜 {12-ビットA/Dコンバーターを使用して、さまざまな高精度の高解像度インテリジェント温度センサーを開始しています。解像度は0。 }}。625度。米国ダラスセミコンドクターコーポレーションの新しく開発されたDS 1624-タイプ高解像度インテリジェント温度センサー{{1 0}}ビットバイナリデータ、0。 、温度測定精度±0.2度。
マルチチャネルインテリジェント温度センサーの変換速度を改善するために、高速連続近似A/Dコンバーターを使用したチップもあります。 AD7817タイプ5-チャネルインテリジェント温度センサー、たとえば、それはローカルセンサーであり、各リモートセンサー変換時間はそれぞれ27ミリ秒、9ミリ秒です。
高精度の温度測定に関しては、一部の学者は、フィールドプログラム可能なゲートアレイに基づいて、クォーツチューニングフォーク共振器、デジタルインターフェイス回路、センサーリセット制御アルゴリズムで構成される高性能デジタル温度センサーを設計しました。センサーの感度は、10 -6程度の数、つまりの温度測定解像度に達することができます。 0。0 01度、1秒の応答時間、測定の精度は0.01度です。
（2）テスト機能の強化
新しいインテリジェント温度センサーテスト機能は絶えず強化されています。インテリジェント温度センサーには、シングル変換モード、連続変換モード、スタンバイモード、一部の場合、低温リミット拡張モードなど、さまざまな動作モードがあります。
一部のインテリジェント温度センサーの場合、ホスト（外部マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラー）は、A/D変換速度、解像度、および最大変換時間の対応するレジスタを介して設定することもできます。
さらに、インテリジェントな温度センサーは、単一チャネルからマルチチャネル方向へと発展しており、マルチチャネル温度測定と制御システムの開発に適した条件を作成します。
（3）バス技術の標準化と標準化
現在、インテリジェント温度センサーバステクノロジーも標準化および正規化されており、使用されるバスは主にシングルワイヤー（ワイヤー）バス、I 2 Cバス、SMBUSバス、SPIバスです。
（4）信頼性と安全設計
温度制御システムがノイズ干渉にさらされたときに誤動作を回避するために、いくつかのインテリジェント温度センサーの内部で、プログラム可能な障害キューイングカウンターがセットアップされ、測定された温度値が超える回数を設定することに専念します上限と下限。割り込みポートは、測定温度が上限を連続的に上回るか、下限を下回る回数が設定された回数に達する場合にのみトリガーできます。
ヒトの静電放電によるチップの損傷を防ぐために、一部のインテリジェント温度センサーは静電保護回路を増加させ、一般に1〜4 kVの静電放電電圧に耐えることができます。
たとえば、TCN75インテリジェント温度センサーシリアルインターフェイス、割り込み/比較信号出力、およびアドレス入力は、静電放電電圧の1 kVに耐えることができます。 LM83インテリジェント温度センサーは、4 kVの静電放電電圧に耐えることができます。
2.2スマート圧力センサー
インテリジェント圧力センサーは、マイクロプロセッサと圧力センサーの組み合わせであるため、実装パスは、統合されていないインテリジェント圧力センサー、統合されたインテリジェント圧力センサー、ハイブリッドインテリジェント圧力センサーに分けることができます。
非統合されたスマート圧力センサーは、従来の圧力センサー、信号コンディショニング回路、マイクロプロセッサをデジタルバスインターフェイスと単一のシステムに組み合わせたスマート圧力センサーシステムです。
この非統合圧力センサーは、実際にはマイクロプロセッサ接続が追加された従来の圧力センサーシステムです。したがって、これは、スマート圧力センサーシステムを実現するための最速の方法と手段の1つです。
統合されたインテリジェント圧力センサーは、信号処理、キャリブレーション、補償、マイクロコントローラーなどとの圧力感受性要素のモノリシック統合です。主にマイクロエレクトロメカニカルシステム（MEMS）テクノロジーと大規模な統合回路プロセステクノロジーを採用し、ベース材料としてシリコンを利用します敏感な要素、信号調整回路、マイクロプロセッサユニットを作成し、単一のチップに統合します。
マイクロエレクトロニクス技術の急速な発展とマイクロナノテクノロジーの適用により、結果として生じるスマート圧力センサーには、小型化、構造統合、高精度、多機能、アレイ、完全なデジタル化、使いやすい、操作が簡単な特性があります。の上。
ハイブリッドインテリジェント圧力センサーは、2〜3チップに統合されたさまざまな組み合わせで、敏感なユニット、信号調整回路、マイクロプロセッサユニット、デジタルバスインターフェイスなど、さまざまな統合リンクのシステムのニーズと可能性に従っています。 。
インテリジェンスを達成するためのハイブリッド統合は、現在の技術開発に適したインテリジェントな経路です。インテリジェント圧力センサーシステムでは、マイクロプロセッサは、特定のプログラムに従ってセンサーのソフトウェア制御を実現し、センサーを単一の機能から多機能に変更できます。インテリジェント圧力センサーには、一般に次の基本機能があります。
（1）データ処理機能。インテリジェント圧力センサーは、測定されたパラメーターを測定するだけでなく、既知の測定されたパラメーターに従って、自動的にゼロ化され、自動的にバランスが取れ、自動的に補償されます。
（2）自動診断機能。これは、障害診断ソフトウェアとセルフテストソフトウェアを介したインテリジェント圧力センサー、インテリジェント圧力センサー、定期的および不規則な検出、テスト、障害のタイムリーな検出、原因の診断を支援するためのシステムステータスの主な機能です失敗、場所、および運用上のヒントを与える。
（3）ソフトウェア構成関数。マイクロプロセッサの使用によるインテリジェント圧力センサーであるため、検出、増幅、A / D、D / A、通信インターフェイスなど、必要なハードウェアコンポーネントだけでなく、制御と処理のためのソフトウェアリソースもあります。データ。インテリジェント圧力センサーには、マルチモジュラーハードウェアとソフトウェアがセットアップされているため、ユーザーはマイクロプロセッサを介してコマンドを送信してさまざまな機能を達成し、センサーの柔軟性と信頼性が向上します。
2.3インテリジェントな慣性センサー
最も広く使用されているタイプのMEMSセンサーである慣性センサーには、加速度計、ジャイロスコープ、方向センサーが含まれます。MEMSテクノロジーには、慣性センサーの小型化とコストの削減というユニークな利点があります。
今日の慣性測定モジュール（IMUS）は、1ドル未満のコストで、10 mm x 10 mm x 4 mmのサイズの3軸加速度計、三軸ジャイロスコープ、および三軸磁力計を統合できます。この慣性測定モジュールは、スマートフォンやウェアラブルデバイスに適用して、歩行監視、ステップカウント、転倒検出、睡眠監視、屋内ナビゲーションなど、ジェスチャー認識や方向検知などのエンターテイメント機能などのスポーツと健康機能を実現できます。