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智能传感器输出信号的处理与预处理

发表时间：2023-09-11 09:30

什么是传感器的信号处理

以测量传感器为例，传感器所得的电信号通常不能直接使用，后端需要接一个部分，称为测量电路。测量电路的作用是将微弱的传感器输出信号经过调制和解调转变为标定的制式，使之可以通过通信协议传输到PLC或单片机。

测量传感器的信号处理需要考虑以下几个方面：

一、测量精度大多数传感器输出的信号是极其微弱的小信号，通常是电压信号，也有电流或者电荷信号。所以使用这些信号需要经过放大。不同的传感器信号，所用的放大电路也不同。这里需要考虑的是：

1、由于本身信号很小，所以采用的放大电路的噪声也要很小。需要适当做好屏蔽和隔离，缩短线路长度。

2、由于电子元器件的特性，电路性能会受到温度影响产生漂移。这就需要选择温漂小的器件，同时减小电流，做好散热。

3、输入输出阻抗匹配。输入阻抗越高，噪声越大。输入阻抗太小，接入电路以后会影响前级传感器工作。

4、线性度与保真。大多系统采用的是线性定标，这时候就需要考虑输出的线性度好，尽量减少回程误差。

二、信号抗干扰能力信号在传输的过程中，不可避免地会受到线路、容阻元件的干扰、外界环境干扰。为了保证传输过程尽量不被干扰。通常会对信号先进行调制，在接收到信号之后再解调，还原出原来的信号。同时在不同的环境下还需要考虑到电子兼容等问题。

三、可靠性在设计测量电路的时候，可靠性也是一个不得不考虑的问题。对于不同的使用环境，需要考虑不同的设计。有些环境对于温度苛刻，有的对电磁环境敏感。这些都是需要注意的。

四、经济及其他经济始终是一个不可避免的问题。所以需要使用者结合各个方面进行权衡。同时对于量产的产品还需要考虑到实际产品的生产过程、良品率等问题。

什么是传感器信号的预处理

一、原始的预处理

MEMS传感器（sensor-die）或经过封装的传感器（sensor-chip）,它只是感知物理量后转化为电信号，那么将原始微弱的信号放大，使得PLC或单片机可以接收，就是一种原始的预处理。

二、通信的预处理

将传感器经过放大的原始输出信号，基于某种通信协议（RS232、RS485、CAN总线等等）转化成PLC可接收及控制的处理。

三、算法的预处理

当设备中集成了多种传感器，以手机为例三轴陀螺、三轴加速度、三轴磁、霍尔、红外、音频、视频、温湿度器、定位（GNSS）、气压（高度），这些传感器的数据直接给MCU进行处理，会给MCU带来很大的负荷，耗电量会急剧增加，系统运行速度会被影响。那么为了避免这种情况，在传感器和MCU之间加一个SensorHub，将多轴、多维度传感器数据融合算法烧录进一个ASIC中，传感器的各种数据在ASIC中进行预处理运算（例如将传感器原始数据转为空间定位四元数或者欧拉角），再将预处理后的数据给到MCU，这样就有效的降低了MCU的运算负荷。

举个例子：普通电感式传感器它只能给出一个检测到目标的信号，而智能传感器的预处理可以做到预先设定任务如检测到目标多少次，把这个次数数据传给PLC，或者是传感器检测到既定次数之后，再向PLC发出信号。简而言之，预处理就是传感器通过对数据进行过滤和筛选并进行基础处理和运算，减轻PLC和单片机的存储和运算压力，让系统对信号的处理更高效。

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