傳感器的數(shù)量在整個地球表面和人們生活周遭空間激增，提供世界各種數(shù)據(jù)訊息。這些價格親民的傳感器是物聯(lián)網(wǎng)（IoT）發(fā)展和我們的社會正面臨數(shù)字化革命，背后的驅(qū)動力。然而，連接和獲取來自傳感器的數(shù)據(jù)并不總是直線前進或那么容易，以下有5個技巧以協(xié)助緩解工程師與傳輸接口到傳感器的第一次戰(zhàn)爭。
技巧1―先從總線工具開始
第一步，工程師應(yīng)當(dāng)采取首次介接到傳感器時，是透過一個總線工具的方式以限制未知。一個總線工具連接一臺個人計算機（PC），然后到傳感器的I2C、 SPI或其他可讓傳感器可以“說話”的協(xié)議。與總線工具相關(guān)的PC應(yīng)用程序，提供了一個已知與工作來源用以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，且不是未知、未經(jīng)認證的嵌入式微控制器（MCU）驅(qū)動程序。在總線工具的工作環(huán)境下，開發(fā)人員可以傳送和接收訊息以得到該部分如何運作的理解，在試圖于嵌入式等級操作之前。
技巧2―在Python編寫傳輸接口碼
一旦開發(fā)者已嘗試使用總線工具的傳感器，下一步就是為傳感器編寫應(yīng)用程序代碼。并非直接跳到微控制器的代碼，而是在Python編寫應(yīng)用程序代碼。許多總線 工具在編寫腳本（writing scripts）配置了插件（plug-in）和范例碼，Python通常是隨著.NET中可用的語言之一。在Python編寫應(yīng)用程序是快速且容易的， 其并提供一個方法已在應(yīng)用程序中測試傳感器，這個方式并未如同在嵌入式環(huán)境測試的復(fù)雜。擁有高層級的代碼，將使非嵌入式工程師易于挖掘傳感器的腳本及測 試，而不需要一個嵌入式軟件工程師的照看。
技巧3―以Micro Python測試傳感器
在Python寫下第一段應(yīng)用程序代碼的其中一個優(yōu)勢是，透過調(diào)用Micro Python，應(yīng)用程序調(diào)用到總線工具應(yīng)用程序編程接口（API）可易于進行更換。Micro Python運作在實時嵌入式軟件內(nèi)，其中有許多傳感器可供工程師來了解其價值，Micro Python運作在一個Cortex-M4處理器，且其是一個很好的環(huán)境，以從中為應(yīng)用程序代碼除錯。不僅是簡單的，這里也不需要去寫I2C 或SPI驅(qū)動程序，因為它們已被涵蓋在Micro Python的函式庫中。
技巧4―利用傳感器供貨商代碼
任何可以從傳感器制造商“搜括”到的范例碼，工程師需要走一段很長的路才能了解傳感器如何工作的原理。不幸的是，許多傳感器供貨商并非嵌入式軟件設(shè)計的專家，因此不要期待可以發(fā)現(xiàn)一個可投入生產(chǎn)的漂亮架構(gòu)和優(yōu)雅的例子。就使用供貨商代碼，學(xué)習(xí)這部分如何運作，之后重構(gòu)的挫折感將出現(xiàn)，直到它可以被干凈利索地整合到嵌入式軟件。它可能如“意大利面條般（spaghetti）”開始，但利用制造商對其傳感器如何運作的理解，在產(chǎn)品推出之前，將有助于減少許多得 被毀掉的周末時間。
技巧5―使用一個傳感器融合函式庫
機 會是，傳感器的傳輸接口并不是太新，且先前沒有人這么做過。已知的所有函式庫，如由許多芯片制造商提供的“傳感器融合函式庫”，以協(xié)助開發(fā)人員快速掌握、 甚至更好，更可避免他們陷入重新開發(fā)或大幅修改產(chǎn)品架構(gòu)的輪回。許多傳感器可以被整合至一般類型或類別，而這些類型或類別將使驅(qū)動程序順利被開發(fā)，若處理得當(dāng)，幾乎是普遍或是少可重復(fù)使用。尋找這些傳感器融合函式庫，并學(xué)習(xí)它們的優(yōu)點和短處。
最后的想法
感測器被整合至嵌入式系統(tǒng)時，有許多方式可以幫助提高設(shè)計時程和易用性。開發(fā)者在開始設(shè)計時，透過一個高層次抽象概念，以及在把傳感器整合進一個較低等級的 系統(tǒng)之前，學(xué)習(xí)傳感器如何運作，就絕對不會“走錯路”。今天存在的眾多資源將可協(xié)助開發(fā)人員“旗開得勝”，而無須從頭開始。
溫度有四種主要類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器（RTD）和IC溫度傳感器。IC溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。
1、熱電偶的工作原理
當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體和半導(dǎo)體A和B組成一個回路，其兩端相互連接時，只要兩結(jié)點處的溫度不同，一端溫度為T，稱為工作端或熱端，另一端溫度為TO，稱為自由端(也稱參考端)或冷端，則回路中就有電流產(chǎn)生，即回路中存在的電動勢稱為熱電動勢。這種由于溫度不同而產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)。與塞貝克有關(guān)的效應(yīng)有兩個：其一，當(dāng)有電流流過兩個不同導(dǎo)體的連接處時，此處便吸收或放出熱量(取決于電流的方向)，稱為珀爾帖效應(yīng)；其二，當(dāng)有電流流過存在溫度梯度的導(dǎo)體時，導(dǎo)體吸收或放出熱量(取決于電流相對于溫度梯度的方向)，稱為湯姆遜效應(yīng)。兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合稱為熱電偶。熱電偶的熱電勢EAB(T，T0)是由接觸電勢和溫差電勢合成的。接觸電勢是指兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體在接觸處產(chǎn)生的電勢，此電勢與兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)及在接觸點的溫度有關(guān)。溫差電勢是指同一導(dǎo)體或半導(dǎo)體在溫度不同的兩端產(chǎn)生的電勢，此電勢只與導(dǎo)體或半導(dǎo)體的性質(zhì)和兩端的溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體的長度、截面大小、沿其長度方向的溫度分布無關(guān)。無論接觸電勢或溫差電勢都是由于集中于接觸處端點的數(shù)不同而產(chǎn)生的電勢，熱電偶測量的熱電勢是二者的合成。當(dāng)回路斷開時，在斷開處a，b之間便有一電動勢差△V，其極性和大小與回路中的熱電勢一致。并規(guī)定在冷端，當(dāng)電流由A流向B時，稱A為正極，B為負極。實驗表明，當(dāng)△V很小時，△V與△T成正比關(guān)系。定義△V對△T的微分熱電勢為熱電勢率，又稱塞貝克系數(shù)。塞貝克系數(shù)的符號和大小取決于組成熱電偶的兩種導(dǎo)體的熱電特性和結(jié)點的溫度差。
目前，國際委員會（IEC）推薦了8種類型的熱電偶作為標(biāo)準化熱電偶，即為T型、E型、J型、K型、N型、B型、R型和S型。
2、熱電阻的工作原理
導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而改變，通過測量其阻值推算出被測物體的溫度，利用此原理構(gòu)成的傳感器就是電阻溫度傳感器，這種傳感器主要用于-200—500℃溫度范圍內(nèi)的溫度測量。純金屬是熱電阻的主要制造材料，熱電阻的材料應(yīng)具有以下特性：①電阻溫度系數(shù)要大而且穩(wěn)定，電阻值與溫度之間應(yīng)具有良好的線性關(guān)系。
?、陔娮杪矢?，熱容量小，反應(yīng)速度快。
?、鄄牧系膹?fù)現(xiàn)性和工藝性好，價格低。
?、茉跍y溫范圍內(nèi)化學(xué)物理特性穩(wěn)定。
目前，在工業(yè)中應(yīng)用廣泛的鉑和銅，并已制作成標(biāo)準測溫?zé)犭娮?/p>
3、紅外溫度傳感器
在自然界中,當(dāng)物體的溫度高于絕對零度時，由于它內(nèi)部熱運動的存在,就會不斷地向四周輻射電磁波，其中就包含了波段位于0、75～100μm的紅外線，紅外溫度傳感器就是利用這一原理制作而成的。
SMTIR9901/02是荷蘭SmartecCompany生產(chǎn)的一款現(xiàn)在市場上應(yīng)用比較廣的紅外傳感器，它是基于熱電堆的硅基紅外傳感器。大量的熱電偶堆集在底層的硅基上，底層上的高溫接點和低溫接點通過一層極薄的薄膜隔離它們的熱量，高溫接點上面的黑色吸收層將入射的放射線轉(zhuǎn)化為熱能，由熱電效應(yīng)可知，輸出電壓與放射線是成比例的，通常熱電堆是使用BiSb和NiCr作為熱電偶。此外，SMT9902sil內(nèi)部嵌入以Ni1000溫度傳感器和一小視角的硅濾片，使得測量溫度更加的準確。因為紅外輻射特性與溫度相關(guān)，可以使用不同的濾鏡來測量不同的溫度范圍。成熟的半導(dǎo)體工藝是產(chǎn)品小型化，低成本化。為了滿足某些應(yīng)用，紅外傳感器開口視角可以設(shè)計成小至7°。
4、模擬溫度傳感器
常見的模擬溫度傳感器有LM3911、LM335、LM45、AD22103電壓輸出型、AD590電流輸出型。
AD590是美國模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器，供電電壓范圍為3~30V，輸出電流223μA（-50℃）~423μA（+150℃），靈敏度為1μA/℃。當(dāng)在電路中串接采樣電阻R時，R兩端的電壓可作為輸出電壓。注意R的阻值不能取得太大，以保證AD590兩端電壓不低于3V。AD590輸出電流信號傳輸距離可達到1km以上。作為一種高阻電流源，最高可達20MΩ，所以它不必考慮選擇開關(guān)或CMOS多路轉(zhuǎn)換器所引入的附加電阻造成的誤差。適用于多點溫度測量和遠距離溫度測量的控制。
5、邏輯輸出型溫度傳感器
設(shè)定一個溫度范圍，一旦溫度超出所規(guī)定的范圍，則發(fā)出報警信號，啟動或關(guān)閉風(fēng)扇、空調(diào)、加熱器或其它控制設(shè)備，此時可選用邏輯輸出式溫度傳感器。LM56、MAX6501-MAX6504、MAX6509/6510是其典型代表。
LM56是NS公司生產(chǎn)的高精度低壓溫度開關(guān)，內(nèi)置1、25V參考電壓輸出端。最大只能帶50μA的負載。電壓從2、7~10V，工作電流量大230μA，內(nèi)置傳感器的靈敏度為6、2mV/℃，傳感器輸出電壓為6、2mV/℃×T+395mV。
6、數(shù)字式溫度傳感器
它采用硅工藝生產(chǎn)的數(shù)字式溫度傳感器，其采用PTAT結(jié)構(gòu)，這種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有精確的，與溫度相關(guān)的良好輸出特性。PTAT的輸出通過占空比比較器調(diào)制成數(shù)字信號，占空比與溫度的關(guān)系如下式：DC=0、32+0、0047*t，t為攝氏度。輸出數(shù)字信號故與微處理器MCU兼容，通過處理器的高頻采樣可算出輸出電壓方波信號的占空比，即可得到溫度。該款溫度傳感器因其特殊工藝，分辨率優(yōu)于0、005K。測量溫度范圍-45到130℃，故廣泛被用于高精度場合。
稱重儀表也叫稱重顯示控制儀表，是將稱重傳感器信號(或再通過重量變送器)轉(zhuǎn)換為重量數(shù)字顯示，并可對重量數(shù)據(jù)進行儲存、統(tǒng)計、打印的電子設(shè)備，常用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的自動化配料，稱重，以提高生產(chǎn)效率。在工企業(yè)中應(yīng)用的稱重儀表性能指標(biāo)通常用精確度(又稱精度)、變差、敏銳度來形貌。儀表工校驗儀表通常也是調(diào)校精確度，變差和敏銳度三項。
1.變差是指稱重儀表被測變量(可明白為輸入信號)多次從差異偏向到達同一數(shù)值時，儀表指示值之間的最大差值，大概說是儀表在外界條件穩(wěn)固的環(huán)境下，被測參數(shù)由小到大變革(正向特性)和被測參數(shù)由大到小變革(反向特性)不劃一的程度，兩者之差即為儀表變差。
可靠性稱重控制儀表可靠性是化工企業(yè)儀表工所尋求的另一緊張性能指標(biāo)?？煽啃院蛢x表維護量是相反相成的，儀表可靠性高闡。
明儀表維護量小，反之儀表可靠性差，儀表維護量就大。對付化工企業(yè)檢測與進程控制儀表，大部門安置在工藝管道、種種塔、釜、罐、器上。
2.稱重儀表在稱重傳感器中的穩(wěn)固性在劃定事情條件內(nèi)，稱重儀表某些性能隨時間連結(jié)穩(wěn)固的本領(lǐng)稱為穩(wěn)固性(度)。
儀表穩(wěn)固性是化工企業(yè)儀表工非常體貼的一天性能指標(biāo)。由于化工企業(yè)利用儀表的環(huán)境相比擬力惡劣，被測量的介質(zhì)溫度、壓力變革也相比擬力大，在這種環(huán)境中投入儀表利用，儀表的某些部件隨時間連結(jié)穩(wěn)固的本領(lǐng)會低沉，儀表的穩(wěn)固性會降落。
徇或表征儀表穩(wěn)固性現(xiàn)在尚未有定量值，化工企業(yè)通常用儀表零漂移來衡量儀表的穩(wěn)固性。稱重儀表穩(wěn)固性的優(yōu)劣直接干系到儀表的利用范疇，偶然直接影響化工生產(chǎn)，穩(wěn)固性不好造成的影響每每雙儀表精度降落對化工生產(chǎn)的影響還要大。穩(wěn)固性不好儀表維護量也大，是儀表工最不盼望出現(xiàn)的事情。
3.稱重儀表的敏銳度偶然也稱"放大比"，也是儀表靜特性貼切線上各點的斜率。增長放大倍數(shù)可以提高儀表敏銳度，單純加大敏銳度并不變化儀表的基天性能，即稱重儀表精度并沒有提高，相反偶然會出現(xiàn)振蕩征象，造成輸出不穩(wěn)固。
儀表敏銳度應(yīng)連結(jié)恰當(dāng)?shù)牧?。對于大部分客戶來講，儀表精度雖然是一個緊張指標(biāo)，但在實際利用中，每每更強調(diào)儀表的穩(wěn)固性和可靠性，因為化工企業(yè)檢測與進程控制儀表用于計量的為數(shù)不多，而大量的是用于檢測。
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