基于嵌入式系统的传感器设计分析

基于嵌入式系统的传感器设计分析

赵志立

南京模拟技术研究所 江苏南京 210000

摘要：随着万物互联的蓬勃发展，基于嵌入式系统的传感器技术获得了长足的进步，有效地满足了当前的自动化生产要求。为了保证基于嵌入式系统的传感器的有效利用，在实际工作中需要优化现有的设计模式，把握主要的功能要点，为后续系统的运转提供坚实的基础。基于此本论述了嵌入式系统传感器及其设计的策略。

关键词：嵌入式系统；传感器；设计分析

包含传感器的基于嵌入式系统是提高自动化生产效率的重要工具，对各行各业的发展有着重要推动作用，因此在实际工作中，需按照实际需求加强对传感器运用模式的设计，进一步地优化基于嵌入式系的传感器模块使用。通过自动化和智能化技术优化现有的设计方案，全面的保证基于嵌入式系统的传感器的应用效果，实现技术路径的更新和升级。

一、嵌入式系统传感器的概述

（一）概述

在基于嵌入式系统的传感器设计的过程中，首先需要按照实际情况明确传感器的用途和技术参数，再按照使用要求优化现有的设计方案，从而使嵌入式系统能够平稳地运行，使传感器有效的工作。嵌入式系统包含了多种硬件、软件，传感器属于能够独立运作的外设。软件一般包含底层驱动和实时操作系统，硬件一般包含了嵌入式MCU和接口电路等，相比于一般的计算机系统内部的嵌入式系统的配置存在一定的差异性，不仅可以实现小型化要求，还有助于快速扩展不同的传感器，彰显嵌入式系统本身的利用优势。在嵌入式系统中传感器是最为重要的组成部分，用于检测外界各种信号、物理量，嵌入式系统将传感器采集的信号、物理量进行处理、计算，可以通过显示设备显示，也根据采集的信号、物理量控制外部设备。在传感器运用的过程中，随着物联网技术的不断进步带动了功能的有效扩展，同时为传感器的利用提供对应的网络支持，快速、准确地获取对应的物理量，全面的提高传感器技术本身的使用效果，更好的将传感器技术融入到嵌入系统中。嵌入式系统的快速发展能够加快外界信号的采集速度，将外界信号模拟量转变为更高精度的数字量，建立起对应的信息沟通桥梁。有效的传感器设计可以进一步的保证信号采集的效率和精度，以此来保证嵌入式系统整体的使用效果。

（二）特点

1.可视化

在基于嵌入式系统的传感器设计的过程中，可视化特点较为突出，通过数字化处理更加快速地获得数字化的外界信号、物理量，再获取对应的生产数据优化现有的自动化控制模块，以此来提高整体的工作水平。此外，在实际生产过程中要借助不同的可视化工具，更加直观地了解系统数据，并且还可以进行系统运行过程的全面监测以控制，有效地应对反馈情况和产生失误，之后再配合自动化控制技术调整现有的设计方案。使自动化技术实施效果能够得到全面的提高，为嵌入式系统的高效使用提供重要的保证。

2.节能性

在以嵌入式系统运行的过程中往往会消耗大量的资源，导致系统使用成本较大，因此在实际工作中需要充分地发挥嵌入式系统传感器的优势来进行有效的生产，减少各种资源浪费问题的发生。同时也可以实现资源的科学配置，突出本身的节能性优势，在自动化系统运行的过程中，根据嵌入式系统运行的特点管控和监督其中能源损耗，同时也可以分析各种环保材料本身的应用性能以及应用优势等等，落实可持续发展目标。在后续生产的过程中，还考虑了嵌入式系统传感器寿命以及故障维修等相关的因素，尽可能的优化现有的设计模式，降低故障的发生概率，并且减少设备的维修次数。进一步的延长设备的使用年限，满足节能性的设计要求，提高整体的设计效果。

3.协同化

在基于嵌入式系统的传感器设计过程中，不同环节之间的关系非常的紧密，但是在以往设计中各个环节之间的独立性特点较为突出，很难构成有机的整体完成当前的设计任务，影响各项活动的顺利实施。因此在实际工作中需要充分地发挥自动化技术本身的优势，将不同主体相互的连接，完成嵌入式系统传感器的工作任务，以精细化思路为主要的基础，提高整体的工作水平，避免产生较为严重的影响。

二、嵌入式系统传感器的设计策略

（一）选择正确的传感器类型

1.可见光传感器

在基于嵌入式系统的传感器设计的过程中，需要按照系统的使用要求选择正确的传感器类型，持续的更新现有的工作方案，从而为传感器系统后续的运行提供重要的保障。在实际工作中可以选择可见光传感器，可见光传感器要通过电流值的变化检测外界光线强度变化，对可见光敏感电子元件可以将可见光的强度转换为熟悉信号进行传递。主要的可见光传感器包含光敏电阻和硅光电池等。在使用的过程中要按照光电效应产生对应的电流，当获得光的照射时，表面会产生一定电流，接收到的光线越强变化非常的强烈，在此过程中需要按照这一信号来完成信息的快速传递，从而使系统运行敏感度能够得到全面的保障。与此同时在实际传递的过程中，还需要将各项信息上传到对应的嵌入式系统中，做好统一的储存以及管理。充分地彰显技术模式本身的优势，以此来保证嵌入式系统的正常运行。可见光传感器如下：

图1:可见光传感器

2.红外线传感器

红外线传感器在嵌入式系统中的利用也非常的广泛，主要是以红外线来完成数据的搜集以及处理，整个设备的敏感度较高，将其融入到控制领域中的优势较为突出。在此过程中需要选择合适的红外线摄像头以及红外线遥控器等等，从而使红外线传感器功能能够得以充分地发挥，全面的保障系统的运用效果。红外线传感器如下：

图2:红外线传感器

（二）安全设计

嵌入式系统传感器在运行的过程中所包含的信息量较为多样，其中承担着信息传递的重要任务，但是由于整个系统本身的开放性特点较为突出，在信息传递时难免会遇到突发问题，无法符合信息传递的标准，因此在实际工作中，需要加强对嵌入式系统传感器的安全设计，从不同的角度提高系统运行安全系数，从而使整个系统运行效果能够得到全面的提高。首先在实际安全设计的过程中需要注重整个传感器与系统中的抗干扰设计和滤波设计，减少瘫痪问题的发生。例如在系统设计的过程中可以使用有效的滤波算法，减少系统干扰问题的发生概率，同时也可以建立对应的信息识别系统，及时地发现在系统运行中的异常信息之后，发出预警信息，方便工作人员进行科学的处理，也避免对嵌入式系统传感器的运行造成较为严重影响。通过数据的多方位整理以及总结构建出应用效果较强的传感器技术应用模式，为信息安全传递提供重要的保障。

（三）核心模块的建立

首先是嵌入式MCU系统的设计，嵌入式MCU在整个嵌入式传感器工作节点中为主要的核心部件，在信息传递方面所发挥的优势较为突出，不仅可以控制和管理节点正常工作，也可以实现各个管理功能的有效扩展。在实际设计过程中需要按照系统运行特点全面的强化信息的处理能力，并且还需要设置不同的接口，其中包含了IIC和SPI等电路接口，从而实现接口功能的有效扩展。在后续设计的过程中需要设置至少12位的AD转换器，以此来降低传感器系统运行过程中的复杂程度，快速地完成信息的有效整合，符合嵌入式传感器系统本身的利用效果。并且也可以实现资源的科学配置，防止出现较为严重的能源浪费，以此来优化现有的设计模式。

其次在实际设计的过程中还需要进行无线收发模块的设计，要确定好对应的传输速率以及传输频段，可以按照内部工作机制的特点精准性的设计对应的协议模式，满足无线传感器网络运行的要求。在此系统设计的过程中需要特别注意不要影响整体的通信效率，要尽可能地降低发射的功率，以此来满足系统平稳运行的要求。在设计的过程中还需要加强对节能设计的重视程度，将重点放在引脚和发送数据中，从而使信息传递过程能够变得更加通畅。

（四）功能接口模块的扩展设计

在功能接口模块扩展设计的过程中，主要是为了给外传感器提供对应的接口，全面的加快信息传递的速度，在实际设计的过程中，要做好各项数据信息的有效分类之后，再精准性的设计数字的接口和模拟的接口等等，要按照不同的接口类型完成信息的快速传递，并且还需要按照实际使用标准有序的确定对应的连接模块构成完整的整体，从而避免对信息传播造成较为严重的影响。在功能接口模块扩展设计的过程中，要进行模拟传感器信号的放大，也可以利用可编程的功能选择，符合信息传递的要求，在此过程中要实现多个通道之间有效切换，使系统运行能够具备较强的灵活性。在后续设计的过程中，还需要简化对应的电路，符合节点通用设计的标准，从而使传感器驱动设计能够符合运行的要求，满足整体的使用要求。

结束语：

在基于嵌入式系统的传感器设计的过程中需要兼顾系统本身的运行要求，将精细化设备落实到不同的设计环节，全面的保障系统的运行效果，并且还需要以不同的节点设计模块，扩展本身的运行能力，做好功耗的多方面测试，落实综合性的工作思路，有序地整合对应的功能模块，提升基于嵌入式系统的传感器设计的效果，满足各项工作要求。

参考文献：

[1]何安迪.基于嵌入式系统的传感器应用试验设计[J].微型电脑应用.2019,(2).59-62.

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