单片机技术在传感器设计中的应用

黄康

摘 要：本文主要讨论了单片机在传感器设计中的应用， 并对此提出了相关的建议。

关键词：单片机技术；传感器设计；应用

前言：传感器具有其一定的特点， 在传感器设计的过程中， 单片机的应用无疑是优化传感器设计的一个重大突破。单片机的加入， 让传感器的性能得到了大大的提高。在传感器设计的环节中， 应该时刻把握以实现传感器智能化、标准化输出等为目标。单片机有其一定的优点， 单片机的运算优势和价格低廉都是单片机在传感器设计中应用的主要原因。

一、单片机技术的应用

随着计算机技术的发展和在控制系统中的广泛应用， 以及设备向小型化、智能化发展， 单片机有较多的优点， 例如它的体积比较小、功能强大、价格比较低， 为客户所青睐。单片机技术和一般的集成电路相比， 它有的这些优势， 可以让它在工业条件下稳定地工作[1]。单片机可以用于各种仪表， 提高它的测量速度和测量精确度。如MCS-51系列单片机控制的“船舶航行状态自动记录仪”、“烟叶水分测试仪”、“智能超声波测厚仪”等。单片机可以应用于实时控制系统中， 能够对各种窑炉的温度和酸度进行充分地测量及有效地控制。如果能够将三种技术相结合， 则可以有效地发挥数据的处理和实时控制功能。当然系统如果处于最佳的工作状态， 则可以提高商品的生产效率和质量， 间接提高企业的效率。很多行业的分布系统与智能控制以及机电一体化设备和产品， 单片机在其中都发挥了较关键的作用。

因此， 当前来说， 单片机是我国现代计算机领域的新兴事物， 无论是它本身还是单片机应用系统的设计方法， 都会跟随者时代的变化而进步。单片机的相关技术为：首先， 8位机会保留主流地位， 主要是在最广大的小型智能电子系统中， 因为目前还是采取嵌入式应用对象有限时间响应。其次， 应用系统全盘CMOS化CMOS电路有众多优点， 已成为日前单片机及其外围器件流行的半导体工艺。再次， 专用单片机的发展和OTPROMFlash ROM的使用， 也是当前的发展模式。最后， 以串行方式为主的外围扩展为应用趋势[2]。

二、传感器概述

传感器是一种检测性的仪器， 它主要对各种精密仪器的质量等各方面进行检测， 以保证仪器的正常。传感器的类型有很多种， 根据不同的精密仪器的检测要求可以区分出不同的传感器。比如常见的有光敏传感器、声敏传感器等等。这些传感器主要是用于检测各种不同功能的仪器， 以保证这些仪器的正常使用。

三、单片机提高传感器稳定性的作用

传感器在使用的过程中， 需要极高的稳定性。因为在传感器使用的过程中， 稳定性越高， 自然也就能更好的进行仪器的检测， 检测出来的结果也就越准确。目前， 传感器在使用的过程中容易出现稳定性差的情况。一旦发生这种状况， 那么在检测仪器的过程中自然会令检测结果有失准确， 造成误差的出现。针对目前传感器稳定性差的这一问题来说， 单片机的使用能在很大程度上修正这一问题。传感器的长时间使用增大了传感器的线性误差， 这时加入单片机技术能在很大程度上对这些误差进行修正[3]。这样一来， 非线性误差的减少正是大大增加了传感器的稳定性， 让传感器能更加稳定的进行仪器测量的工作。单片机的加入对传感器的稳定性的增加有很重要的作用， 这也是单片机在传感器中发挥的一个巨大的作用。

四、单片机减少传感器干扰的作用

（一）常见干扰

传感器在进行测量工作时， 外界的各种因素都有可能对传感器的精确度造成影响。这时， 为了保证传感器能正常的工作， 需要减少这些外界因素的影响。提高传感器的抗干扰能力正是提高传感器精确度的一个有效途径。在实际的仪器测量的环节中， 传感器有可能在一些较为复杂多变的环境下进行测量工作。这样一来， 外界的干扰因素就成了传感器工作的一个阻碍。传感器本身比较灵敏， 加之外界的干扰会大大影响其使用效果。这时， 单片机的加入就可以起到抗干扰的效果[4]。

（二）外界干扰

传感器在进行实际测量工作时的外界环境时不确定的， 有时候传感器的工作環境会特别恶劣， 从而造成对传感器测量工作的干扰。传感器在进行测量后， 会有一个信号输出的过程。在这个过程中， 外界嘈杂杂乱的环境会对输出结果造成一定的影响。这时， 单片机的加入能适当的消除这些外界干扰因素的影响。传感器在进行工作时， 单片机可以利用其软件进行好干扰的消除工作， 从而达到减少误差的作用。

五、传感器设计中单片机技术的应用

当今， 传感器特别是智能传感器的发展方向是微型化、低成本、低功耗、高精度、可靠性、稳定性， 可是， 当今不少的传感器大都面临体积大、稳定性差、可靠性低、成本高的不足之处， 而单片机具备的优势是成本低、体积小、控制力强、运算能力强等， 因此这有助于传感器的设计。

（一）应用单片机技术使传感器可靠性提高

传统意义上的无单片机技术的传感器具备比较差的可靠性， 而比较低的可靠性常常造成传感器的稳定性比较差。可靠性是指传感器在长期不间断地运行中输出量出现的改变， 它在跟其它像是抗干扰能力、分辨率、灵敏度等方面的指标和性能上具备非常关键的地位。为此， 传感器一直分析的重点就是增强可靠性的一系列指标。传感器可靠性的提高借助单片机技术实现的原理是， 通过单片机技术将传感器的非线性误差进行修复， 进而使它的可靠性提高。像是在智能湿度传感器的设计当中应用具备高速A/D转换器的高速增强单片机， 结合应用标准化的单片机开发工具， 借助定时器控制A/D转换器通过相应的采样频率实施A/D转换， 借助PC串口对接收智能湿度传感器A/D转换结果， 且将它的相对湿度计算出来。如此进行测算显著地简化了计算相对湿度的电路设计， 进而使得它的精确性与稳定性大大地提高。

（二）应用单片机技术使传感器抗干扰性能增强

在恶劣的运行环境当中， 传感器往往会受到电磁波、湿度、温度等一些要素的制约， 为此， 要求传感器具备相应的抗干扰性能， 进而在不利的环境当中能够顺利地运行， 且带来精确的数据。像是在涡流位移传感器运行的时候， 被测物体有着异样均匀性的材料， 对磁的传导性能也存在着差异性， 这大大地影响了设备的顺利运行。因为表面不均匀的材料质地， 在实际运行的时候， 转动轴较难精确地运行， 在进行转动的时候， 尽管可以确保位置不出现改变， 可这个时候的传感器依旧能够出现小的电压输出， 这影响到了最后检测结果的准确性。为此， 在完善固有设备的时候， 增强其抗干扰性能是非常必要的。在这种设备上应用单片机技术， 在实际运行的时候， 每一次转动一周之后的传感器转动轴， 单片机设备就能够修正它所输出的结果， 如此能够使得因为不均匀性的测量体而导致的误差弥补， 最终使得传感性设备的测量准确性提高。

（三）应用单片机技术促进传感器的演变和发展

当今， 在工农业需要与传感器有关技术发展的影响下， 传感器的种类日益增多， 规格和品种也日益成熟， 可是， 由于历史遗留的原因， 传感器的I/O （输入/输出） 信号面临着不一致的地方， 电路系统与运行原理也存在非常大的差异性， 这使得传感器的统一化和标准化进程变慢， 这为传感器用户带来一些麻烦的过程中， 也不利于有关测试仪和传感器的应用以及发展。而单片机技术的出现为促使传感器的统一化带来的机会与奠定了技术基础。由于单片机的运算性能比较强， 越来越低的成本与小型化的体积有利于测试仪和陈旧传感器的淘汰， 单片机技术的完整性与系统性以及传感器设备中单片机技术的独特角色使得传感器中的很多设备都跟单片机技术有关联， 这有助于推动以单片机有关技术作为主导的统一化与标准化。当前以后将来的一段时期内， 我国传感器的一个发展趋势就是传感器的统一化与标准化。综合研究发现， 电路标准化下的传感器需要具备下面的一些作用：能够连接高一级的控制单元的作用、具备简单化的处理信号的作用、具备存储信号的作用、具备线性校正技术的作用， 具备温度补偿技术的作用。除此之外， 传感器运行的标准化也有利于智能仪表规范化的推动， 从而使得测试仪器的稳定性能增强， 减少成本支出。

目前来看， 传感器的种类多重多样， 规格也是大有不同。不同类型的传感器有着不同的作用， 自然也会有有很大的差别。传感器有很多不同的类型， 在工艺制作中也会存在很大的差异。有的传感器电路设计比较简单， 但也有的传感器的电路设计相当复杂。由此可见， 传感器目前还没有一个标准化的规则， 传感器标准化的问题也没有得到解决。这样一来， 不仅会对传感器使用者带来一定的麻烦， 也给传感器的发展带来了很大的难题。

随着单片机发展的越来越快， 单片机的成本在不断的降低， 同时单片机各方面的性能也在不断的提高。比如单片机的便捷性越来越强， 单片机的计算能力也在修步的提升等等。单片机的应用可以说给传感器的发展带来了新的曙光， 单片机的应用大大提高了传感器各方面的性能， 让传感器的发展有了一个更好的前提。如今， 传感器标准化的进程在不断的推进， 这与传单片机的巨大作用是分不开的。单片机的应用加快了传感器标准化的步伐， 让传感器能更快的进步， 更好的发展。

另外， 单片机的加入为传感器标准化的推进有效的降低了成本。单片机已经越来越普及， 价格也会越来越低廉。用有限的金钱来达到开发的目的是以后传感器标准化进步的目标。传感器标准化之后， 傳感器的功能也会遵从标准化的规律。

结论：总之，单片机在传感器中的应用走着很广阔的发展前景。单片机在传感器设计中的应用可以提高传感器各方面的性能， 还能改善传统传感器中的各种缺陷。单片机在传感器设计中的应用让传感器得到了优化， 让传感器能上升一个层次。并且单片机的应用还提高了传感器的稳定性， 和精确性， 让传感器减少外界因素的影响。总之， 传感器中单片机的应用整体的提高了传感器各方面的性能， 为传感器的优化起到了很大的作用。关于传感器中单片机的应用还需要更多的专业人士提出更加合理的建议， 未来传感器的设计必定能在大家的共同努力之下更上一层楼。

参考文献：

[1]李唐 袁梦.基于单片机的可遥控可感光的窗帘设计[J/OL].河北农机.

[2]袁夏冰，钱三杨，金燕，姚金红.医用直线加速器三维电子倾角仪的设计与研制[J/OL].中国医学装备，2019（04）：12-16.

[3]石飞，陈娟，王建英，赵彩芸，李金欣，房俊杰.口袋式单片机实验系统研制与应用[J/OL].实验技术与管理，2019（04）：92-95.

[4]唐琳，刘星月，廖先莉，赵永鑫，李跃鹏.仿真与实验相结合的单片机实验教学研究[J/OL].实验技术与管理，2019（04）：213-216.

[5]鲁梦超，张刘安，吴贵芳.基于单片机控制的车内有毒气体检测报警器[J].科技风，2019（11）：101.