智能传感器
智能传感器（intelligent sensor）是具有信息处理功能的传感器。智能传感器带有微处理机，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。一般智能机器人的感觉系统由多个传感器集合而成，采集的信息需要计算机进行处理，而使用智能传感器就可将信息分散处理，从而降低成本。与一般传感器相比，智能传感器具有以下三个优点：通过软件技术可实现高精度的信息采集，而且成本低；具有一定的编程自动化能力；功能多样化。
汽车智能传感器
现代汽车正朝着智能化、自动化和信息化的机电一体化产品方向发展，以达到“人-汽车-环境”的完美协调。汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，是汽车电子控制系统的关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。目前，一般汽车装配有几十到近百个传感器，而高级豪华汽车更是有大约几百个传感器。
汽车传感器在汽车上主要用于发动机控制系统、底盘控制系统、车身控制系统和导航系统。它的应用大大提高了汽车电子化的程度，增加了汽车驾驶的安全系数。
发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心，种类很多，包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。这些传感器向发动机的电子控制单元(ECU)提供发动机的工作状况信息，供ECU对发动机工作状况进行精确控制，以提高发动机的动力性、降低油耗、减少废气排放和进行故障检测。
底盘控制用传感器是指用于变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、制动防抱死系统等底盘控制系统中的传感器。这些传感器尽管分布在不同的系统中，但工作原理与发动机中相应的传感器是相同的。而且，随着汽车电子控制系统集成化程度的提高和CAN -BUS技术的广泛应用，同一传感器不仅可以给发动机控制系统提供信号，也可为底盘控制系统提供信号。
车身控制用传感器主要用于提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等。由于其工作条件不象发动机和底盘那么恶劣，一般工业用传感器稍加改进就可以应用。主要有用于自动空调系统的温度传感器、湿度传感器、风量传感器、日照传感器等；用于安全气囊系统中的加速度传感器；用于门锁控制中的车速传感器；用于亮度自动控制中的光传感器；用于倒车
发动机控制系统用传感器是整个汽车传感器的核心，种类很多，包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。这些传感器向发动机的电子控制单元(ECU)提供发动机的工作状况信息，供ECU对发动机工作状况进行精确控制，以提高发动机的动力性、降低油耗、减少废气排放和进行故障检测。
底盘控制用传感器是指用于变速器控制系统、悬架控制系统、动力转向系统、制动防抱死系统等底盘控制系统中的传感器。这些传感器尽管分布在不同的系统中，但工作原理与发动机中相应的传感器是相同的。而且，随着汽车电子控制系统集成化程度的提高和CAN -BUS技术的广泛应用，同一传感器不仅可以给发动机控制系统提供信号，也可为底盘控制系统提供信号。
车身控制用传感器主要用于提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等。由于其工作条件不象发动机和底盘那么恶劣，一般工业用传感器稍加改进就可以应用。主要有用于自动空调系统的温度传感器、湿度传感器、风量传感器、日照传感器等；用于安全气囊系统中的加速度传感器；用于门锁控制中的车速传感器；用于亮度自动控制中的光传感器；用于倒车
控制中的超声波传感器或激光传感器；用于保持车距的距离传感器；用于消除驾驶员盲区的图像传感器等。
随着基于GPS/GIS(全球定位系统和地理信息系统)的导航系统在汽车上的应用，导航用传感器这几年得到迅速发展。导航系统用传感器主要有：确定汽车行驶方向的罗盘传感器、陀螺仪和车速传感器、方向盘转角传感器等。
传感器技术是促进汽车高档化、电子化和自动化发展的关键技术之一，因此伴随着汽车电子技术的飞速发展，微型化、多功能化、集成化、智能化和低成本化的新型传感器将逐步取代传统的传感器，网络化与智能化已经成为现代汽车传感器的主要发展方向。
1 传感器智能化
智能传感器(亦称数字传感器)是在20世纪90年代中期问世的， 它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能传感器系列产品。智能传感器内部都包含传感器、A/D 转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能传感器的特点是能输出测量数据及相关的控制量，适配各种微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。
随着基于GPS/GIS(全球定位系统和地理信息系统)的导航系统在汽车上的应用，导航用传感器这几年得到迅速发展。导航系统用传感器主要有：确定汽车行驶方向的罗盘传感器、陀螺仪和车速传感器、方向盘转角传感器等。
传感器技术是促进汽车高档化、电子化和自动化发展的关键技术之一，因此伴随着汽车电子技术的飞速发展，微型化、多功能化、集成化、智能化和低成本化的新型传感器将逐步取代传统的传感器，网络化与智能化已经成为现代汽车传感器的主要发展方向。
1 传感器智能化
智能传感器(亦称数字传感器)是在20世纪90年代中期问世的， 它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶。目前，国际上已开发出多种智能传感器系列产品。智能传感器内部都包含传感器、A/D 转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能传感器的特点是能输出测量数据及相关的控制量，适配各种微控制器(MCU)；并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。
1.1 智能传感器的功能和特点
（1）智能传感器的功能:
①具有自校零、自标定、自校正；②具有自动补偿功能；③能够自动采集数据并进行预处理；④能够自行检验、自选量程、自寻故障；⑤具有数字存储、记忆与信息处理功能；⑥具有双向通讯、标准化数字输出或符号输出功能；⑦具有判断、决策处理能力。
（2）智能传感器的特点:
①精度高；②高可靠性与高稳定性；③高信噪比与高分辨率；④自适应性强；⑤性能价格比高。
1.2 汽车智能传感器
一智能硅压力传感器，在一个封装中，把一只微机械压力传感器与模拟用户接口、8位模-数转换器(SAR)、微处理器(68HC05)、存储器和串行接口(SPI) 等集成在一个芯片上。其前端的硅压力传感器是采用体硅微细加工技术制作的。制备硅压力传感器的工序既可安排在集成CMOS电路工艺流程之前，亦可在后。这种智能压力传感器的技术和市场都已成熟，已广泛用于汽车( 机动车) 所需的各式各样的压力测量和控制单元中，诸如各种气压计、喷嘴前集流腔压力、废气排气管、燃油、轮胎、液压传动装置等。智能压力传感器的
（1）智能传感器的功能:
①具有自校零、自标定、自校正；②具有自动补偿功能；③能够自动采集数据并进行预处理；④能够自行检验、自选量程、自寻故障；⑤具有数字存储、记忆与信息处理功能；⑥具有双向通讯、标准化数字输出或符号输出功能；⑦具有判断、决策处理能力。
（2）智能传感器的特点:
①精度高；②高可靠性与高稳定性；③高信噪比与高分辨率；④自适应性强；⑤性能价格比高。
1.2 汽车智能传感器
一智能硅压力传感器，在一个封装中，把一只微机械压力传感器与模拟用户接口、8位模-数转换器(SAR)、微处理器(68HC05)、存储器和串行接口(SPI) 等集成在一个芯片上。其前端的硅压力传感器是采用体硅微细加工技术制作的。制备硅压力传感器的工序既可安排在集成CMOS电路工艺流程之前，亦可在后。这种智能压力传感器的技术和市场都已成熟，已广泛用于汽车( 机动车) 所需的各式各样的压力测量和控制单元中，诸如各种气压计、喷嘴前集流腔压力、废气排气管、燃油、轮胎、液压传动装置等。智能压力传感器的
应用很广，不局限于汽车工业。目前，生产智能压力传感器的厂商已不少，市售商品的品种也很多，已经出现激烈的竞争。结果是智能压力传感器体积越来越小，随之控制单元所需的外围接插件和分立元件越来越少， 但功能和性能却越来越强，而且生产成本降低很快。
1.3 MEMS汽车传感器
近年来，从半导体集成电路（IC）技术发展而来的微机电系统（MEMS）技术日渐成熟。利用这一技术可以制作各种性能敏感的力学量、磁学量、热学量、化学量和微生物的微型传感器，这些传感器的体积和能耗小，可实现许多全新的功能，便于大批量和高精度生产，单件成本低，易构成大规模和多功能阵列，这些特点使得它们非常适合于汽车方面的应用。在高档汽车中，已经采用上百只MEMS传感器，技术上逐渐满足汽车环境苛刻、可靠性高、精度准确、成本低的要求，极大地推动了电子技术在汽车上的应用。目前MEMS传感器主要有温度传感器、压力传感器、微加速度计、微机械陀螺等，基本都由Motorola、Bosch、Honeywell 等国际传感器巨头生产。全球汽车电子化及汽车计算机控制系统的兴起，推动了汽车MEMS传感器的发展。在汽车上所有系统中，几乎都能到MEMS的用武之地，车越好，所用的MEMS就越多。BMW740i汽车上就有70多只MEMS传
1.3 MEMS汽车传感器
近年来，从半导体集成电路（IC）技术发展而来的微机电系统（MEMS）技术日渐成熟。利用这一技术可以制作各种性能敏感的力学量、磁学量、热学量、化学量和微生物的微型传感器，这些传感器的体积和能耗小，可实现许多全新的功能，便于大批量和高精度生产，单件成本低，易构成大规模和多功能阵列，这些特点使得它们非常适合于汽车方面的应用。在高档汽车中，已经采用上百只MEMS传感器，技术上逐渐满足汽车环境苛刻、可靠性高、精度准确、成本低的要求，极大地推动了电子技术在汽车上的应用。目前MEMS传感器主要有温度传感器、压力传感器、微加速度计、微机械陀螺等，基本都由Motorola、Bosch、Honeywell 等国际传感器巨头生产。全球汽车电子化及汽车计算机控制系统的兴起，推动了汽车MEMS传感器的发展。在汽车上所有系统中，几乎都能到MEMS的用武之地，车越好，所用的MEMS就越多。BMW740i汽车上就有70多只MEMS传
感器，德国海拉集团在欧洲售后市场提供250种汽车传感器，很多传感器可用MEMS替代Philips Electronics公司和ContinentalTreves公司在10年内已销售10亿只用于汽车ABS系统的传感器芯片。国内许多科研单位如中科院、电子集团、清华大学、北京大学、西安交大等也都有许多研究小组从事MEMS传感器的基础性研发，并取得一定成果。未来3-5年内包括发动机运行管理、ABS、车辆动力学控制、自适应导航、车辆行驶安全系统在内的应用将为MEMS技术提供广阔的市场。
MEMS技术是微型化、集成化的基础，在传感器微型化和高度集成下，传感器可以具有诸多的信息检测与控制功能，从而实现了智能化。以MEMS技术为基础的微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器，成为汽车传感器主流。
1.4 智能传感器的功能
（1）具有逻辑判断、统计处理功能。可对检测数据进行分析、统计和修正，还可进行线性、非线性、温度、噪声、响应时间、交叉感应以及缓慢漂移等的误差补偿，提高了测量准确度。
（2）具有自采集、自检测功能。可自动采集数据，对数据进行预处理并且能自动进行检验，自选量程，自寻故障。
MEMS技术是微型化、集成化的基础，在传感器微型化和高度集成下，传感器可以具有诸多的信息检测与控制功能，从而实现了智能化。以MEMS技术为基础的微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器，成为汽车传感器主流。
1.4 智能传感器的功能
（1）具有逻辑判断、统计处理功能。可对检测数据进行分析、统计和修正，还可进行线性、非线性、温度、噪声、响应时间、交叉感应以及缓慢漂移等的误差补偿，提高了测量准确度。
（2）具有自采集、自检测功能。可自动采集数据，对数据进行预处理并且能自动进行检验，自选量程，自寻故障。
（3）具有自诊断、自校准功能。可在接通电源时进行开机自检，可在工作中进行运行自检，并可实时自行诊断测试，以确定哪一组件有故障，提高了工作可靠性。
（4）具有自适应、自调整功能。可根据待测物理量的数值大小及变化情况，自动选择检测量程和测量方式，提高了检测适用性。
（5）具有组态功能。可实现多传感器、多参数的复合测量，扩大了检测与使用范围。
（汽车漂移原理6）具有记忆、存储功能。可进行检测数据的随时存取，加快了信息的处理速度。
（7）具有数据通讯功能。智能化传感器具有数据通讯接口，能与计算机直接联机，相互交换信息，提高了信息处理的质量。
2 传感器网络化
随着传感器的增多，汽车电子控制单元的数目也不断增加，如此众多的控制单元使得汽车内的线路复杂，连接的导线显著增加，为了提高控制单元间数据传输的实时性和可靠性，降低布线的成本，更好地适应汽车网络控制的需要，德国Bosch公司推出了一种高性能、高可靠性、易开发、低成本控制局域网(controller area network，CAN)。由于CAN卓越的性能，它已经被广泛地用于汽车内部网，随着汽车电子网络化的发展，传感器可以方便地接入汽车内部网络，因此，网络化传感器是传感器发展的又一方向。
（4）具有自适应、自调整功能。可根据待测物理量的数值大小及变化情况，自动选择检测量程和测量方式，提高了检测适用性。
（5）具有组态功能。可实现多传感器、多参数的复合测量，扩大了检测与使用范围。
（汽车漂移原理6）具有记忆、存储功能。可进行检测数据的随时存取，加快了信息的处理速度。
（7）具有数据通讯功能。智能化传感器具有数据通讯接口，能与计算机直接联机，相互交换信息，提高了信息处理的质量。
2 传感器网络化
随着传感器的增多，汽车电子控制单元的数目也不断增加，如此众多的控制单元使得汽车内的线路复杂，连接的导线显著增加，为了提高控制单元间数据传输的实时性和可靠性，降低布线的成本，更好地适应汽车网络控制的需要，德国Bosch公司推出了一种高性能、高可靠性、易开发、低成本控制局域网(controller area network，CAN)。由于CAN卓越的性能，它已经被广泛地用于汽车内部网，随着汽车电子网络化的发展，传感器可以方便地接入汽车内部网络，因此，网络化传感器是传感器发展的又一方向。
2.1 汽车的全CAN网结构
随着汽车电子技术的不断发展，现在越来越多的汽车(如，雪铁龙C5轿车)采用新型的全CAN网结构系统。这种全CAN网结构主要由CAN内部网、CAN车身网、CAN舒适网和CAN诊断网4个子网组成。CAN内部网连接汽车上所有的动力系统控制单元，如制动系统、自动变速器和发动机控制单元、转向盘角度传感器等，其传输速率约为500 kbit/s，属于高速CAN网。CAN车身网连接汽车上所有的安全装置，如安全气囊控制单元、防盗报警控制单元、阳光传感器、雨水传感器等，传输速率约为125 kbit/s，属于中速CAN网。CAN舒适网主要实现人/车之间的交互，如组合仪表、转速表、多功能显示屏等，传输速率约为125 kbit/s。而CAN诊断网可以传输CAN内部网、CAN车身网、CAN舒适网上各计算机诊断信息，并储存、实现各子网及BSI智能服务器的加载，传输速率约为500 kbit/s。汽车内部的传感器和MCU、ECU等等现在越来越多，数据交换越来越频繁，利用CAN总线技术能很好地实现各个单元的数据交换，各个单元通过CAN接口直接在CAN总线读取相应信号，大大简化了信号采集和信号处理系统，系统的可靠性和实时性得到很大的提高。
2.2 网络化汽车传感器的结构
（1）系统总体结构
随着汽车电子技术的不断发展，现在越来越多的汽车(如，雪铁龙C5轿车)采用新型的全CAN网结构系统。这种全CAN网结构主要由CAN内部网、CAN车身网、CAN舒适网和CAN诊断网4个子网组成。CAN内部网连接汽车上所有的动力系统控制单元，如制动系统、自动变速器和发动机控制单元、转向盘角度传感器等，其传输速率约为500 kbit/s，属于高速CAN网。CAN车身网连接汽车上所有的安全装置，如安全气囊控制单元、防盗报警控制单元、阳光传感器、雨水传感器等，传输速率约为125 kbit/s，属于中速CAN网。CAN舒适网主要实现人/车之间的交互，如组合仪表、转速表、多功能显示屏等，传输速率约为125 kbit/s。而CAN诊断网可以传输CAN内部网、CAN车身网、CAN舒适网上各计算机诊断信息，并储存、实现各子网及BSI智能服务器的加载，传输速率约为500 kbit/s。汽车内部的传感器和MCU、ECU等等现在越来越多，数据交换越来越频繁，利用CAN总线技术能很好地实现各个单元的数据交换，各个单元通过CAN接口直接在CAN总线读取相应信号，大大简化了信号采集和信号处理系统，系统的可靠性和实时性得到很大的提高。
2.2 网络化汽车传感器的结构
（1）系统总体结构
整个汽车网络传感器系统由汽车的CAN网、汽车传感器的CAN网络接口模块和各种汽车传感器组成。每一个汽车传感器都可以连接到微处理器上，这一微处理器是可以通过汽车CAN网络接口把传感器的数据信息以二进制编码的方式在数据总线上发送。数据总线连接着汽车上所有的微处理器单元，CAN网络上的每一设备都可以通过CAN控制器来对数据信息进行过滤，从而确定是否需要读取信息和区别出该信息是否与自己的功能相关。这种连接方式相应地减少了传感器的使用数量，如早期的汽车温度传感器需要其他的传感器开关信号来控制，这样就避免了传感器使用冗余情况的发生。同时，CAN网的使用更有利于设计和组装汽车内的分布式传感器系统，当在CAN网络中添加新的传感器节点时，不需要对其他传感器节点进行更改；当减少CAN网中的传感器节点时，仍然会保持着相同的系统设计，对原来的传感器节点不会产生任何影响。
（2）网络化汽车传感器基本结构
汽车上大部分传感器用于动力传动系统、车辆控制系统、车身控制系统、通信系统以及提高工作性能的系统上。例如:确定燃油喷射量和点火时间需要知道发动机的进气量、温度、发动机的转速、曲轴位置等数据信息，而这些数据信息需要用到汽车上的温度传感器、流速传感器、位置传感器、角度传感器等多种传感器。为了使汽车传感器的数据能够
（2）网络化汽车传感器基本结构
汽车上大部分传感器用于动力传动系统、车辆控制系统、车身控制系统、通信系统以及提高工作性能的系统上。例如:确定燃油喷射量和点火时间需要知道发动机的进气量、温度、发动机的转速、曲轴位置等数据信息，而这些数据信息需要用到汽车上的温度传感器、流速传感器、位置传感器、角度传感器等多种传感器。为了使汽车传感器的数据能够
及时地、可靠地进入到汽车的CAN网内，以供相关的汽车子系统单元计算、分析、诊断、控制及显示，必须设计一个高效的CAN网接入模块，如图4所示，给汽车传感器加入了一个网络化的CAN网络接口，数据可以方便地流入到CAN网内。
CAN网络接口主要由CAN的控制器和CAN的收发器组成。CAN控制器主要是完成CAN总线通信协议，接收微处理器发出的数据，处理数据，并传给CAN收发器，同时，CAN控制器也接收收发器收到的数据，处理数据，并传给微处理器。CAN收发器是一个发送器和接收器的组合，它将CAN控制器提供的数据转换成电信号，并通过CAN总线发送出去，同时，它也接收CAN总线数据，并将数据传送到CAN控制器中。
CAN网络接口主要由CAN的控制器和CAN的收发器组成。CAN控制器主要是完成CAN总线通信协议，接收微处理器发出的数据，处理数据，并传给CAN收发器，同时，CAN控制器也接收收发器收到的数据，处理数据，并传给微处理器。CAN收发器是一个发送器和接收器的组合，它将CAN控制器提供的数据转换成电信号，并通过CAN总线发送出去，同时，它也接收CAN总线数据，并将数据传送到CAN控制器中。
随着电子技术的发展和汽车电子控制系统应用的日益广泛，汽车传感器市场需求将增加，多功能化、集成化、智能化和网络化的传感器将逐步取代传统传感器，成为汽车传感器的主流。在今后的研究中，对基于MEMS的智能集成汽车传感器的器件设计、性能提高以及其在汽车各系统中的具体应用等方面的研究还需进一步加强。相信随着MEMS技术的深入发展，在器件材料、结构、制作工艺或器件工作原理等方面，针对汽车具体应用问题的技术改进，将使传感器件性价比进一步提高，有力促进MEMS汽车传感器的实用化和产品化。网络化的汽车传感器也将使得汽车系统的组网更加方便，更有利于汽车CAN网内的数
据共享和数据交换。我们相信，伴随着科学技术以及
汽车工业的飞快发展，汽车传感器也必将有着更加广阔的发展前景。
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