智能传感器的典型应用（精选10篇）
智能传感器的典型应用 第1篇
1露天采煤机的系统设计
1.1露天采煤机的传输形式的主要接受方式是:RS485接口, 且属于被动接收。它的通讯接口是标准的RS485接口, 在对温度和湿度进行测量的过程中每隔5秒钟都会对系统进行相关数据的反馈。
1.2数据格式波特率为9600, 8位数据位, 无奇偶校验, 一位停止位。
2露天采煤机的显示模块
在这项设计中, 要对所采集到的数据进行显示, 其要求是共有6位:从十位到千分位, 再加一个符号位。根据设计要求还要对显示器件进行数据刷新, 显示数据有闪烁感, 动态显示占用的CPU时间多, 但使用的硬件少, 能节省线路板空间。在这里硬件设计主要采用的是MC 14094芯片, 用AT89C52的P1口线做段驭动来扫描驭动6位数码管的显示。
采用仿SPI总线方式, 其中DATA为数据线, CLOCK为时钟线, STB为选通。数据按位传输, 在每个时钟上升沿打相应的位, 主要是通过软件实现。输出8口线分别安到相应LED显示器的a.b.c.d.e.f.g.h。
3通讯接口模块
其中所接收到的数据能够进行远程的传输, 标准的RS485接口是它进行传输所要求的必要端口, 在芯片的选用中则是选择MAX485。随着自动化进程的不断推进, 和分布式系统的不断发展, 在该领域迫切的需要一种总线的出现能够使远程数字通信得到改善。所以我们就以RS-422为标准, 研究出了一种能够远距离、多节点和使接收的灵敏度提高的RS-485总线标准。
3.1 MAX485接口技术。MAX485是一种半双的通信芯片, 它的能耗很低, 且其在静止状态下的电流只有300μA, 它采取的网络连接方式是利用一对双绞线来实现半双工的RS-485网络连接, 数据传输速率最高可达2.5Mbps, 总线上可挂接32个采集单元, 通信距离可达4km。MAX485是一个8脚芯片, 其硬件电路原理。其引脚功能:
RO.接收器输出, 若IA-IB≥200 m A, 则RO=1;
若IA-IB<200 m A, 则RO=0;
RE.接收器使能, RE=0时, RO有效;
DI.驱动器输入端;
DE.驱动器使能端, DE=1时, 可发送信息;
A.同相接收器输入;
本设计中与上位机通讯用的单片机选用AT89C2051, 它的内部有一个全双工的异步串行通讯接口。在与上位机的通讯中, 要注意到硬件握手信号的连接, 使用的是9针引脚。具体接法为:分别把引脚的1, 7, 8和4, 6, 9短接。另外, 引脚5接地, 2接接受端, 3接发送端。
3.2 RS-485总线标准。因为RS-485标准采用平衡式发送, 差分式接收的数据收发器来驱动总线。RS-485接口标准:
3.2.1传输方式为差分;3.2.2标准节点数为32;3.2.3最远通信距离为1.2 km;3.2.4最高传递速率为2.5 Mbps;3.2.5差分输入范围为-7~+12V;3.2.6接收器的输入电阻R;n, 12 kd2;3.2.7玛扭动器能输出士7V的共模电压;3.2.8输入端的电容≤50 p F;3.2.9在节点数为32个, 配置了120Ω的终端电阻的情况下, 驱动器至少还能输出电压1.5 V (终端电阻的大小与所用双绞线的参数有关) ;3.2.10接收器的输入灵敏度为200 m V (即 (V+) - (V-) ≥0.2 V, 表示信号“0”; (V+) - (V-) ≤-0.2 V, 表示信号“1”)
4存储器的扩展
在这项设计中, 必须要对采集到的温度和湿度的相关数据进行有效的储存。所以, 我们必须要对存储器加以扩展。我们这项设计中主要采用的是ATMEL公司的AT24C04。AT24C04是一种串行EEPROM, 为512字节非加密卡, 只存在读、写2种操作, 特别适合于需要存放非挥发数据、要求速度不高、引脚少的单片机的应用。系统每隔一段时间就把数据全部传给上位机进行分析、处理, 再将存储器清空。其电气性能:低电压和标准电压操作, 内部存储器组织512×8 bit, 两线串行接口, 双向数据传输协议, 1.8 V、2.5 V、2.7 V电压时100 k Hz时钟频率、5 V电压时400 k Hz时钟频率, 16字节页写方式, 自定时写时间:最大10 ms, 循环擦写:一百万次, 数据保存期:100 a。AT24c04内部分成2页, 每页有256个字节, 故需要9位地址对其内部字节进行寻址, 容量为4 KB, 总线可接片数为4, 双向串行接口, 可用地址引脚为A1、A2。AT24c04是采用2线接口的存储器芯片, 因此, 89系列单片机和它之间进行数据传送只需用2条连线就可以了。这2条串行通信接口线分别称串行时钟线SCL和串行数据线SDA, 也称工业串行总线。
5硬件抗干扰技术
由于AT89C系列单片机内无“看门狗”电路, 为了防止系统死机, 需要外加看门狗电路。在本设计中, 采用的是高性价比的MAX813芯片。
MAX813是CMOS监控电路, 它有着无需编程和使用极为方便的特征, 并且存在着四项强大的功能, 即手动复位、上电复位以及看门狗复位、掉地复位。使用看门狗复位功能使能够使系统的可靠程度得到有效的提高, 防止程序错乱和造成网络的瘫痪。
其主要特性:系统上电、掉电以及供电电压降低时, 第7脚产生复位输出, 高电平有效;看门狗电路输出, 如果在1.6 S内没有触发该电路 (即第6脚无脉冲输入) 则第8脚输出一个低电平;手动复位输入, 低有效, 即第1脚输入一个低电平, 则第7脚产生复位输出。具有1.2, 5门限值检测器, 第4脚为输入, 第5脚为输出。
结束语
所谓“智能传感器”实际上是一种数字化的传感器。它是将采集到的信号通过简单的处理之后直接传送给AT89C52, 再通过AT89C52传送到主板来进行系统的全面控制, 最后传送到AT89C2051控制长距离的通讯设备以及指示灯。而它所采用的对数据的采集方式也相对来说比较简单, 所以在其他的矿用设备中也能够有效的进行数据的采集工作, 其长距离的通讯功能也能够在其他的设备中进行应用, 对工业设计都普遍适用。
参考文献
[1]郝文玉.基于露天采矿机的工艺系统设计理论与应用研究[D].徐州:中国矿业大学, 2010.
[2]陈树召.大型露天煤矿他移式破碎站半连续工艺系统优化与应用研究[D].徐州:中国矿业大学, 2011.
智能电网解决方案的典型应用 第2篇
一、智能电网整体解决方案
端到端全光、高安全可靠的IP基础架构解决方案。在安全隔离的前提下提供多业务承载平台，从用户用电、电网输电到电厂产电所有的这些智能业务都离不开信息通信网络的支撑。
二、调度第二平面骨干网络典型应用
1.Challenge 客户的典型需求
目前，国家电网公司调度数据网络（简称SGDnet1.0）分为骨干网和省网两级。骨干网由国调中心负责建设运行管理，于2003年9月投入运行。省网由各省调自行负责建设运行管理，目前已经完成了省骨干数据网络及部分地区网络的建设工作。
国家电网公司调度数据网管辖范围有大量网络设备,绝大部分厂站的业务实现了网络化接入。现有调度数据网络从投运到稳定运行已经近6年，从宏观上看属于单一平面网络，目前存在以下需要升级改造的地方：
（1）现有网络中的部分节点部署为单机，需要进行加固；
（2）现网部署的设备运行多年，需要提升设备的处理性能；
（3）现有网络需要满足后续业务扁平化对网络结构的要求；
（4）未来即将部署的新业务对网络带宽要求较高，现有网络带宽需要提高；
（5）现有网络需要部署新业务，满足未来业务发展需要。
2.Solution H3C如何解决？
针对现有在网设备运行多年，在硬件可靠性、软件特性等方面都面临极大的考验，H3C从电力未来业务模式不断变化的角度分析，不建议在现有的网络上进行完善扩充。因此H3C以电力未来业务发展运营模式为基础，结合成熟的商用网络通信技术和已经积累的SGDnet1.0部署经验进行全新规划，形成SGDnet1.0/2.0双平面解决方案：
调度双平面解决方案
调度系统双平面，从宏观上看包括上层的主、备调业务系统以及底层的基础技术支撑平台（包括传输系统、时钟同步系统、电源系统和网络平台-SGDnet-E），两个平面从调度安全、可靠和满足未来应急、检修、演习、培训等多层次的要求应当是一种松耦合的关系，由于两个平面非同步建设，因此未来会互为主备，交替滚动发展。
在网络拓扑规划方面，调度第二平面以当前电力传输通道（SDH）规划为基础，借鉴SGDnet1.0的细节规划，同时结合特高压、节能调度及跨区域电力交易等业务的特点综合考虑。国家电网公司调度数据网完善扩充工程由两级网络组成，即国家骨干网和接入网。
调度第二平面通信网络负责整个调度的多种业务数据交换；要求较高的实时性、可靠性、安全性。对设备的可靠性、处理能力、安全、可维护性等要求较高。在调度第二平面核心层节点，采用H3C SR8800万兆核心路由器，它广泛应用于电力、金融、政府等行业网络的骨干位置以及运营商IP城域网核心层、汇聚层。提供超强的路由处理能力、丰富的接口和高品质业务，同时符合扁平化组网趋势的高端路由器要求，提供形式多样的广域网接口，满足丰富的接入方式的需求；提供丰富的端到端业务支撑能力。SR8800采用了创新的四平面分离和三引擎转发体系架构，实现了万兆NP平台和Crossbar无阻塞交换技术完美融合，利用专用的OAM引擎设计了一个独特的OAM检测平面，该平面监控网络故障，能够实现30ms的故障检测和20ms的业务切换，保证业务不中断。同时，SR8800还支持完善的设备可靠性机制，包括：关键部件1＋1冗余备份、热插拔、热补丁等功能。
3.Customer该方案服务的典型客户
目前，H3C调度第二平面解决方案已经成功部署于整个骨干网，涉及30几个节点，部署H3C高端路由器SR8800达30多台，成功支撑起未来基于特高压网架的智能调度一体化业务，同时部分网省也陆续采用H3C调度二平面的整体解决建设本省的调度第二平面接入网。
三、智能调度典型应用
1.Challenge 客户的典型需求
为适应特高压电网运行的客观需要，落实国家电网公司“四化”的工作要求，全面提升调度机构驾驭大电网的能力，国调中心在公司系统内组织开展广域全景分布式一体化电网调度技术支持系统（SG-OSS）的研制工作。作为整个系统的基础平台，D-5000是整个系统研制的核心和重点，其开发由国调中心统一组织，公司系统的各网省调参加，中国电科院和国网电科院共同承担。
开发的D-5000平台，采用先进的软件开发技术，具有标准、开放、可靠、安全和适应性强等特点，直接承载着实时监控与预警(新EMS)、调度计划(OPS)、安全校核(SCS)和调度管理(OMS)四大应用平台，对提高电网的调度运行水平、加快调度机构的标准化建设和提高调度业务精益化的管理具有重要而深远的意义。目前H3C的存储解决方案已经规模部署于多个网省调度机构D5000的试点工程。
D-5000平台是智能调度系统中最重要的部分。需要依托于大量历史纪录，为电网的运行提供调度管理支持。按照电力安全分区的要求，D-5000平台将在一、二、三区分别建立集中存储设备，实现数据的统一存储和管理。虽然各个分区的业务系统有所不同，但是对于存储设备的要求是一样的，那就是高性能、高可靠、大容量、可管理。
2.Solution：H3C如何解决？
H3C针对这种应用模式，针对性的提出了解决方案。
智能调度解决方案
（1）高性能
存储设备采用端到端的万兆体系架构，配合多核处理器技术、先进的缓存调度算法、完善的RAID技术。尤其是广泛采用了12Gb的SAS总线，能够提供从72Gb-96Gb的背板带宽，从而最大限度的发挥磁盘读写的性能，在磁盘数量一定的情况下提供最佳的读写性能，保证D-5000平台的应用需求。
（2）高可靠
存储设备具备完备的可靠性设计，从存储设备自身的可靠性和设备组网的可靠性两方面实现：
（3）存储设备自身可靠性：
H3C存储设备为双控制器结构，支持主备切换，通过控制器的冗余技术，确保存储设备连续性；配置了冗余电源、风扇，单一部件的损坏都不会造成业务停顿
（4）设备组网的可靠性：
H3C针对各种操作系统开发了多链路软件，例如支持Linux的Storpath软件，能够做到多条链路的冗余保护和负载均担，配合主机上的多网卡和冗余交换机配置，保证存储网络的安全可靠。
（5）大容量
支持SSD、SAS、SATA多种硬盘介质，单台存储设备可以容纳480块硬盘，能够满足调度系统历史数据库10年以上的存储需求。而且，存储设备具备优异的磁盘管理能力，可以支持一个磁盘柜内部不同类型、不同容量的硬盘混插，做到灵活扩展，便捷配置。
（6）可管理
H3C可以同时提供D-5000所需要的存储设备和网络设备，方便进行统一管理。而且存储设备具备多种先进设计，最大限度提升管理能力：
（7）存储设备支持CDP（连续数据保护功能）：
通过在存储设备上配置快照软件，每个数据卷可以按照业务要求保存255个快照点，或者完整的卷拷贝，有效解决数据安全和管理问题；
（8）存储设备具备完善的报表和日志机制：
能够有效监控存储设备日常运行；帮助用户时刻掌握存储设备使用情况。
（9）存储设备配置有短信、邮件告警机制：
按照预先设定的策略，及时向管理人员报告故障信息，规避系统风险。
3.Customer该方案服务的典型客户 作为国家电网公司D-5000项目的试点，华中电网智能调度系统采用了H3C的存储解决方案，应用于一、二两个分区的D-5000系统。H3C存储设备的性能和功能完全满足D-5000系统的要求，能够支撑智能调度系统的正常运行。
四、智能配电典型应用
1.Challenge 客户的典型需求
配电自动化是智能电网的重要基础之一，需要通过配电自动化系统采集尽可能多的配电信息，并向下延伸到低压用电信息的汇集。
智能电网的推进离不开信息通信，从电力信息通信近20年的技术发展来看，电力业务的每一次飞跃都需要信息通信技术的转变，转变的核心是向标准化、网络化、IP化发展。配网综合自动化系统主要由主站系统、配变子站监控系统、通信系统、配电网现场监控单元（FTU/TTU等）组成。通信系统是建设智能配电系统的关键技术，通信系统的好坏从很大程度上决定了自动化系统的优劣，配电自动化要借助可靠的通信手段，将控制中心的控制命令下发到各执行机构或远方终端，同时将各远方监控单元（FTU/TTU）所采集的各种信息上传至控制中心。
通信方式及优劣势考查点
其中光纤通信与其他通信比较具备光纤传输频带宽、通信容量大，传输损耗小，光电隔离，不受电磁干扰，组网方便以及灵活等优点。在配电自动化中，可以利用已建成的变电站到主控中心的光纤网络进行数据传输，可以无源光网络（EPON）或光纤自愈环网（工业交换机）来进行传输，这在许多地区都有成功的经验，是未来配网自动化数据通信发展方向。
鉴于EPON无源光网络技术比工业交换机，在组网可靠性、带宽分配、维护成本低、网络可扩展性等方面均有优势，适于对可靠性要求较高的配用电接入应用。
2.Solution：H3C如何解决？
H3C针对电力行业的需求，提供的基于EPON的配网自动化数据通信解决方案如图所示：
基于EPON的配网自动化数据通信网络
（1）核心层建议采用环状结构
核心主站和子站组成主干环状结构，提高了核心网络的可靠性，降低单点故障。组成千兆IP主干自愈环，通过环网保护协议RRPP实现毫秒级的业务倒换。
（2）分支网（开闭所/环网柜至子站）采用EPON无源光网络技术
分支网采用EPON无源光网络技术，由于采用无源设备，任何一个终端设备故障都不影响到其它终端设备，设备故障率低，维护容易。每个开闭所/环网柜就近直接接入附近变电所，提高全网通信效率。
* 国家电网公司目前正在制定《基于以太网方式的无源光网络（EPON）技术要求》，并将此技术要求作为国家电网公司的企业标准，用于国家电网公司的配用电通信系统的建设。H3C提供的EPON解决方案完全支持国网技术标准中的几种保护模式。
（3）网络的安全性考虑
在配电自动化数据通信网络中，网络的安全性是极其重要的。要保证整个网络的安全，首先要确保网络设备的安全，如果从网络内部进行攻击，再多的安全措施都是白费。因此从安全性角度考虑，需要使用安全可靠的网络设备。
核心层设备部署H3C S7500E系列高端多业务路由交换机，它采用功能强大的ASIC芯片进行高速路由查找，并通过Crossbar技术进行高速报文交换，从而大大提升了路由交换机的转发性能和扩充能力。Crossbar交换网芯片内置于主控板，支持标准Radius协议，同时提供Radius+功能；支持TACAS+协议；可控组播管理协议功能支持；保证对用户的精确认证。支持SSH V1/2。基于最长匹配的路由方式，保证了所有报文均获得相同的转发性能，同时对“红码病毒”和“冲击波病毒”的攻击具有天生的防御能力。
接入层采用H3C ET254/ET824/ET814的ONU设备。提供安全智能控制策略：支持802.1x认证，可以有效的保证用户的合法性；同时ONU设备端口支持VLAN透传，VLAN划分，VLAN优先级设置。可进行简单高效的远程维护：ONU设备支持自我故障检测并复位功能，并且在掉电、重启后原有配置能够迅速恢复，同时也支持远程软件升级，支持升级失败自动回退功能，更具特色的是支持ONU坏掉后可用另外一个新ONU代替，原有配置能够恢复到新的ONU上，明显减少了网络维护人员的工作量，使配置更简单。
3.Customer该方案服务的典型客户
从2006年开始，海盐电力采用H3C全套EPON解决方案陆续建成覆盖10KV变电站、城市环网柜、开关站及柱上配变开关的配电自动化光纤宽带通信平台，并向用电环节延伸，实现全覆盖、全采集、智能化控制的新一代智能配用电系统。
五、智能用电典型应用
1.Challenge 客户的典型需求分析
智能用电包括两大部分，第一部分是为满足智能电网对用电的信息的掌控而建设的用电信息采集系统（简称集抄），第二部分是未来三/四网合一的基础PFTTH，即依电力复合光纤入户而建的电力光纤宽带互动网络。
用电信息采集系统的建设是为“SG186工程”营销业务应用提供实时用电信息数据，接入终端主要是集中器、采集器及网络化智能电表，从客户用电信息的源头提供数据支持，为分时电价、阶梯电价、全面预付费的营销业务策略的实施提供技术基础。它直接面向最终电力用户，是智能电网在客户方面的具体体现，将极大地改进客户服务。
用电采集系统的数据通信网络必须满足稳定可靠的技术特性，完整的采集数据传输由远程通信和本地通信两类通信网络有机构成，分别提供电力用户现场各类采集终端至系统主站间的远程数据传输通信和采集终端至采集对象（电表）之间的通信。
针对该类数据传输需求，光纤通信专网提供了不受限的接入容量和高速的数传速率。光纤通信专网技术上不但通信稳定可靠，更重要的是属公司自有的专用通信网络，不存在“第三方”的安全隐患。在光缆建设方案方面，对于架空线路，同杆塔敷设自承式或复合式特种光缆；对于具备电力管道路径情况，同路由敷设电力非金属阻燃光缆；光缆芯数与模式选择，根据线路台区数量可选择12-24芯光缆，但不得少于12芯，光纤类型优先选用单模。
光纤组网方案分为以太无源光网络（EPON），传统SDH/PDH混合组网和光调制解调器组网三种类型。推荐采用EPON技术进行组网。目前的电力骨干网络已满足向10KV线路延伸的基本条件，EPON技术非常适合于呈带状或链状分布的10KV线路，系统建设成本低，易于维护，标准10/100BASE-T RJ-45以太网接口输出至终端，方便应用和扩展，也方便原有业务终端的接入。
2.Solution：H3C如何解决？
H3C针对电力行业的需求，提供的基于EPON的用电信息采集通信解决方案如图所示：
基于EPON的用电信息采集通信网络
（1）电力专用终端设计
室外工作环境的宽温和良好的电磁兼容性设计；
双RS485接口方便接入智能电表；
与电力二次设备对接的工业总线设计。
（2）高可靠
终端主备光纤<50ms + 子站RRPP环网技术<200ms + 可靠技术间的联动保证整网的快速收敛；
主干光纤保护，手拉手保护（双PON），光纤环网（单PON）。
（3）可靠安全网络架构
端口隔离与限速，MAC绑定，终端绑定，OLT集成安全部署提高安全同时简化网络架构。
（4）智能网络管理
统一网络管理包括用户、业务和资源的统一管理，实现EPON网络的拓扑管理、性能监控、告警管理和故障检测等强大功能。
3.Customer该方案服务的典型客户
浅谈智能传感器在汽车电子中的应用 第3篇
关键词：智能传感器 汽车电子 传感器
0 引言
在信息社会的今天，人们对信息的提取、处理、传输以及综合等要求愈加迫切，传感器作为信息提取的功能器件，在国防、科技、工业、农业以及生活各个领域占有重要地位和作用，传感器技术的开发和应用水平已经成为代表一个国家工业发展的标志之一。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。应用于汽车上的传感器有很多种，目前主要有：温度传感器、压力传感器、流量传感器、位移传感器以及速度、加速度传感器等等。
1 智能化传感器概述
智能传感器是装有微处理器的、能够执行信息处理和信息存储、还能进行逻辑思考和结论判断的传感器系统。智能传感器是传感器集成化与微处理器结合的新一代电子器件，具有自动补偿、自动校准、自动诊断、数据处理、通信等功能。智能传感器能对信息进行处理、分析和调节，能对所测量数值及其误差进行补偿，能借助软件对非线性信号进行线性化处理，还能利用软件实现非线性补偿或其它更复杂的环境补偿。
对于汽车电子器件而言，大多元件处于非常恶劣的运行环境中，而且各不相同。诸如工作状态时的高温、停车等待时的低温、电磁干扰以及高速运动是的风噪和高强度的冲击等。所以要求电子元器件和电路要有高稳定、对环境的自适应、自补偿调整的能力。
智能传感器与普通传感器相比测量的数据更加准确，这是由于它对测量的数据量可进行修正，这样就减少了环境因素，例如温度、湿度、风噪等的影响。它的最大优点在于能够充分感知驾驶员和乘客的状况、交通设施以及周边环境的信息，能够判断驾驶员和乘客是否处于最佳状态、车辆和人是否会发生危险，并及时采取相应措施。它的不同之处就在于是利用软件来解决问题的，而这些问题又是普通的传感器中硬件难以解决的问题。
2 智能传感器在汽车电子中的应用
2.1 汽车制动系统
对于汽车必须具有平稳、安全驾驶的考虑，汽车制动系统尤为关键。汽车防抱死制动系统(Anti Lock Break System；ABS)，控制防止汽车制动时车轮的抱死，保证车轮与地面之间达到最佳滑动率(5％-20％)。这样汽车无论在何种路面上制动时，自动调节作用在车轮上的制动力矩，轮胎与地面之间都能达到纵向的峰值附着系数和较大的侧向附着系数，从而可以保证车辆制动时不会发生车轮抱死抱滑、失去转向能力等不安全的情况，减小制动距离，提高了汽车的操控稳定性和安全性。防抱制动传感器，它主要是通过利用车轮角速度传感器,检测车轮转速,在各车轮的滑移率为20%时对制动油压进行控制，改善其制动性能,达到确保车辆的操控性和稳定性的目的。为了提升汽车的安全性和稳定性，大都已增设电子刹车自动分配系统（Electronic Braking-pressure Distribution；EBD），可明显提高阴、雨、雪等天气路况不佳时驾驶的稳定性。一些高档车还进一步加装了紧急刹车辅助系统（Electronic Brake Assistance；EBA），该系统在发生紧急情况时，自动检测驾驶者踩刹车踏板时的速度和力度，并判断紧急刹车的力度是否足够，一旦需要就会自动增大刹车力度及强化性能，从而降低事故发生的可能性。
2.2 安全气囊
安全气囊触发系统用微加速或微惯性传感器来监控及量测，还包括电压转换电路、单片机及有线通信协议，加速度传感器类型众多，可覆盖x、y、z轴方向，这些传感器可以扩展到真个汽车周围以及探测碰撞。它在关键时刻必须要能实时、正确地瞬间打开，以维护驾驶员及乘客的人身安全，但在极大多数时间内气囊是处在待命状态，因此，安全气囊的ECU必须具有自动检测、自我维护能力，不断确认气囊系统的可正常运作的可靠性，确保气囊在瞬间动作时能达到保护驾驶员及乘客的效果。
2.3 胎压监测系统
汽车在高速路上行驶时，轮胎故障是所有驾驶员最为担心和最难预防的，也是突发性事故的重要原因之一。保持标准的车胎气行驶和及时发现车胎漏气是防止爆胎的关键，而大多数驾车者并不经常进行轮胎气压检测，只是用肉眼观察或用脚踢轮胎来分析判断轮胎的压力，并不能提前发现轮胎隐患。汽车轮胎胎压监测系统（Tire Pressure Monitoring Systern，TPMS），可以实时地对轮胎气压进行自动监测，当检测出轮胎漏气或气压过低
时，可用声音或者图像的形式发出警报，从而保障行车安
全。
此系统主要有间接式TMPS和直接式TMPS两种类型。间接式TPMS的原理是，比较通过传感器所得到的ABS系统的轮速和实际轮胎转速的区别，通过数据比对，可以得知轮胎气压的状况，从而达到监测轮胎气压的目的，这种类型的主要缺点是无法对两个以上轮胎同时缺气的情况或车速度超过100km/h时的情况进行判断。直接式TPMS的原理是，利用安装在每一个轮胎气嘴上的压力传感器来直接测量轮胎的气压，并将测量得到的信号通过高频无线电波(RF)发射出去，当中央监视器接收到远程轮胎气压监视模块发射的信号后，经过一系列的分析和处理判断出当前胎压的情况。当轮胎气压太低或有渗漏时，蜂鸣器就会发出报警声，仪表盘上的数字或者光电信号显示故障轮胎的位置，提醒驾驶员采取一定的处理措施。
2.4 酒精检测系统
酒精传感器是利用含酒精成分的气体在金属氧化物半导体（主要是二氧化锡SnO2）表面的氧化和还原反应，导致敏感元件阻值发生变化的原理制成。将酒精传感器、转换电路及信号处理电路等全部安装在方向盘内，表面留有部分小孔，一旦驾驶员呼出的气体中含有酒精，酒精传感器就可检测出空气中含有酒精成分，还可以测量元件阻值变化的大小可得到酒精的浓度，根据浓度的不同还可发出不同等级的安全警报，从而避免酒后驾驶，减小交通事故发生的可能性。
2.5 汽车感官品质的提升
现代汽车的配置和设计越来越人性化，注重提高驾驶者驾驶安全性、舒适性及方便性。
根据驾驶者驾驶习惯、身高与体重，运用位置传感器与控制电路，可以将座椅、后视镜调整到驾驶者最合适的状态并保存，还能兼顾驾驶的最佳行车视野。当汽车通过隧道或光强度发生明显变化的时候，通过光传感器可自动打开或关闭车灯。运用雨滴和除雾传感器，自动控制前、后雨刮自动工作。通过各种智能传感器，大大的提升了驾驶汽车的舒适性便利性。
3 传感器在汽车电子中的发展趋势
现代汽车的车用传感器发展趋势应朝多功能化、模块化、智能化、微型化、网络化方向发展。现在几乎所有汽车上的机械部件都受到电路单元的控制，但因为车体内空间狭小，控制组件系统在空间上受到很大限制，在未来的发展趋势是，受控部件与电子控制单元更紧密结合在一起，而逐渐形成一个整体。随着电子设备在汽车上越来越多的应用，各种电子设备间的数据通信变得更加频繁，以分布式控制系统为基础构造汽车车载电子网络系统是十分必要的，大量数据的快速交换、高可靠性、抗电磁干扰及低成本是对汽车电子网络系统的要求，在该系统中，各子系统独立运行控制汽车某一方面的性能，同时在其它子系统需要时提供数据服务。
智能传感器是智能执行器、智能变送器和它的部分或全部处理器件、处理电路集成在一个芯片上的器件。具有一定的仿生能力，如模糊逻辑运算、主动鉴别环境，自动调整和补偿适应环境的能力，自诊断、自维护等；还可对采集的数据进行处理、存储、数据之间相互通信等。技术产业界普遍认为，它们的开发成功和投入实际应用将对工业技术和生活质量产生深远的影响。
智能传感器的应用与发展趋势展望 第4篇
许多系统已经将信息的处理下放到了执行层, 信息处理不再只是控制层与执行层之间的事情。传感器作为工业上不可或缺的重要元器件, 它所承担的任务越来越重, 智能传感器更是越来越受到了人们的青睐。据有关部门预计, 汽车传感器市场潜在规模达57亿只, 是目前的14倍以上;RFID标签卡进入市场开拓期, 未来5年年均增长21%左右;煤矿安检传感器市场潜在规模达数百亿元;据GIA发布的全球智能传感器市场整体分报告称, 到2017年全球智能传感器市场将达到6.7亿美元[1]。
1 智能化传感器定义与分类
“什么是智能传感器”最初是美国宇航局 (NASA) 在开发宇宙飞船的过程中形成的[2]。宇航员的生活环境需要气压、温度、微量气体和空气成份传感器, 宇宙飞船需要、加速度、姿态、速度位置等传感器, 科学观测也要用大量的各类传感器。宇宙飞船观测到的各种数据是很庞大的, 处理这些数据需要用超大型计算机。为了不丢失数据、降低成本, 必须有能实现计算机与传感器一体化的小型传感器。因此实现数据处理由集中处理变为分散处理, 避免使用超大型计算机, 由此而产生了智能传感器。它是一种带微处理器的, 兼有信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维与判断功能的传感器。
从结构上来讲, 智能传感器是由经典传感器和微处理单元与相关电路构成, 图1为典型的智能传感器系统的构成框图。与模拟量传感器相比, 智能传感器具有自校准功能、自补偿能力、数值处理功能、自诊断功能、信息存储、双向通信功能、记忆和数字量输出功能。
2 智能化传感器的应用现状
目前, 虽然尚处于研究开发阶段, 但各领域已出现了一些实用的智能传感器。
2.1 在汽车领域的应用
到目前为止, 最成功的智能传感器是为规模化生产的汽车工业开发的智能传感器, 在汽车安全行驶系统、车身系统、智能交通系统等领域的应用已经比较广泛。例如:轮胎压力监测系统 (TPMS) 用来监测汽车轮胎压力和温度的一种监测系统[3], TPMS组成如图2所示。一个TPMS有4至5个RTPM模块;中央监视器接收到RTPM模块发射的信号, 并将各个轮胎的温度和压力数据显示在屏幕上, 以供驾驶者参考。如果轮胎的温度或压力出现异常, 中央监视器可根据异常情况, 发出不同的报警信号, 提醒驾驶者采取一定的措施。TPMS对防止重大交通事故的积极作用, 以及随着军队对汽车主动安全性要求的提高, 该系统将在民用及军队拥有广阔的发展空间。
2.2 在气体分析方面的应用
在环境监测领域, 智能传感器已经有了不少典型的应用案例。在2007年召开的的DARPA微系统技术研讨会的会议海报上介绍了一种微气体分析仪, 通过微型、快速、超低功耗、芯片级尺度微气体分析仪, 能够检测270种分析物和干扰物, 最低可探测信号小于1ppt, 可实现化学战剂的远程监测, 用于边境预警用传感器网络的构建。仪器也非常节能, 每次分析能耗2.6J。据报道, 美国密歇根大学研究人员正在开发一种便携式可调节的二维微型气体色谱仪, 能通过病人呼吸诊断病情。
1 RTPM模块;2射频接收盒;3液晶显示器
2.3 在航天航空领域的应用
用于制造航天飞机和飞机的材料是有使用寿命的, 因此NASA经常要检查运载火箭、乘员舱、燃料箱和其它结构件的健康状况。美国斯坦福大学开发了一项专利技术——斯坦福多致动器接收转换 (SMART) 层。它的工作原理是:传感器产生的电磁波在结构部件中传播, 电磁波被其它的传感器接收, 最后将数据传输到计算机中进行处理, 提供了一种结构健康监测的实现方法。2009年, 欧洲空客公司主办了国际结构健康监测研讨会, Acellent技术公司的SMART层技术获得了“航空航天领域最佳实用SHM解决方案”奖。图3是Acellent技术公司开发的八传感器检测带, 可监测结构健康状况。
2.4 在通信方面的应用[4]
智能传感器的一个技术突破就是通信功能采用标准化接口。IEEE 1451系列变送器接口标准使变送器到网络的连接和设备间的相互更加地便利, 有研究者将IEEE1451与其他标准结合, 取得了很好的效果。刘龙等将IEEE 1451.2标准与射频技术结合, 以A-DUC812单片机为核心, 应用射频芯片Nrf24e1、振动传感器ADXL210与温度传感器DS18B20设计无线智能传感器节点;蔡永娟等把IEEE 1451和SWE (Sensor Web Enablement) 两个标准的长处进行结合, 总结出一个新型的传感器标准化架构;有研究者设计了基于IEEE1451标准的工业过程自动控制多接口模块, 使用Zig Bee通信系统, NIOSⅡ处理器和RS232XILIE标准。除了之前研究较热的1451.2标准, 1451.4和1451.5也正由实验室走向市场, 特别是未来社会对物联网的需求, 将促进IEEE1451系列标准族的更快发展和更广泛的应用。
智能化传感器被认为是传感器技术未来发展的主要方向之一。在今后的发展中, 智能化传感器无疑将会进一步扩展到电磁、化学、核物理和光学等研究领域。
3 需要解决的问题和发展方向
3.1 需要解决的问题
就目前来看, 我国传感器生产水平落后发达国家5到10年, 科学测试仪器精度比国外同类产品低0.5到1数量级, 生产技术落后10年到15年。世界传感器品种有两万多种, 我国经过八五到十一五发展目前只有5到6千种, 还有很大差距。我国很多传感器依赖进口, 我国重大工程项目, 特别是航天航空、化工、石油领域用的高端传感器, 从数量上讲40%到50%, 从价值70%到80%依靠进口。
智能化传感器所达到的技术水平并不成熟, 主要集中在以下几个方面: (1) 多维物理变量检测功能实际上是一把双刃剑。综合性能提高了, 但是各个检测元件之间必然会有或多或少的干扰发生, 从而影响最终的测量结果, 导致测量的不准确, 如何消除此类干扰是亟待解决的问题之一。 (2) 数据的自存储功能远不够强大。以带有通讯协议的传感器为例, 其传感器内部存储器空间仍不足以存储大量的诊断以及参数配置信息, 这也是需要解决的问题。 (3) 传感器产业结构存在企业实力不强、分散, 市场开拓不够。目前, 我国传感器产业要做的不仅仅是要实现自主产权的产业化建设, 同时还要加强传感器应用技术的研发, 加速新型传感器的产业化进程。
3.2 发展方向
科技以人为本, 传感器的发展将依照现在及未来的需求向着更好地为人类服务的方向发展。智能化传感器虽然已经取得了一些成就, 但人们还不能随意设计和创造人造思维系统, 而职能也还处于研究探索的初级阶段。今后的研究内容将主要集中在以下几个方面: (1) 向微机械发展。半导体产业引发的技术进步使传感器小型化成为可能, 微传感器得到了突飞猛进的发展, 为制作微传感器所研发的新工艺, 如体和表面硅微机械加工以及用来形成三维微机械结构的微立体光刻新技术。展望未来, 微机械和微机械的通讯方式将会得到进一步的发展。也许有一天, 许多的微型器件置于我们的身体中, 进一步扩大我们对外界的感知能力和范围。 (2) 向网络化发展。网络化是传感器领域发展的趋势。网络化是利用TCR/IP协议, 现场测控数据就近登临网络, 与网络上有通信能力的节点直接进行通信, 实现数据的实时发布和共享。随着多台传感器联网的推广应用, 虚拟Internet网, 传感器与用户之间可异地交换新信息和浏览, 厂商不仅能直接与异地用户交流, 更能及时完成如传感器故障诊断、指导用户维修、及软件升级等工作, 传感器操作流程更加简化, 功能更换更加方便。网络化的目标是采用标准的网络协议和模块化结构, 将传感器和网络技术结合起来。 (3) 利用纳米技术及生物技术研制传感器。目前, 分子和原子生物传感器是一门新学科, 有报道, 国外已利用纳米技术研制出了分子级的电器, 如纳米玛达、纳米开关和纳米电机等。 (4) 开发智能材料, 不断完善智能器件原理。主要研究信息注入材料的方式和途径, 研究功能效应、信息流在人工智能材料内部的转换机制。
结束语
智能传感器的出现改变了传统型传感器的设计理念、生产方式和应用模式, 被认为是影响人类未来生活的重要技术之一, 这一新兴技术为人们提供了一种全新的获取信息、处理信息的途径。相信在未来智能化的传感器将会越走越远。
参考文献
[1]杨德友.开拓智能传感器应用市场[J].现代制造, 2010 (3) .
[2]刘永顺, 王晋.浅谈智能传感器[J].物理教学, 2005 (27) .
[3]袁一, 万剑, 白雪峰, 董宏国.基于智能传感器和射频技术的军用汽车轮胎压力监测系统的研制[J].军事交通学院学报, 2011 (3) .
智能传感器的典型应用 第5篇
物联网安防，顾名思义，物联网安防就是把物联网的产品和安防产品的功能特点结合起来，以达到安全防护的作用。也即是应用物联网技术来实现安防的应用。
另外一方面，基于物联网发展的需求，安防产品以及技术在物联网实现过程中的应用，是安防应用领域的延伸，其本质和最重要的就是安防产品智能化。
安防行业中，视频监控的应用占据了市场的绝大部分比例，所以安防产品的智能化首先要解决的就是视频监控技术的智能化。但是视频技术智能化之后，应用智能视频分析技术的物联网安防的引用绝不仅仅是视频监控应用，而是产生了以视频监控应用为核心、围绕在视频监控应用周围的一系列新的应用。
本主题将围绕智能视频、物联网安防这两个主题，来讨论和介绍行业内成熟的一系列新应用方向。
客流统计技术
客流统计是最近比较成熟和热门的一种智能应用。无论是商业、政府、学校、工地还是其他一些特别场合，人的数量都是一个非常重要的、不可忽视的数据信息：
1.商业需要人来消费，研究客流数据是商业智能分析的一个核心组成部分；
2.政府需要对人流趋势进行调查和预测，所有的交通规划、公共服务都需要客流数据作为支撑；
3.学校、工地等需要自动人员计数来进行教学和生产过程的管理等。
从物联网应用的角度来看，客流统计需要的核心是人体传感技术，需要利用各种探测技术，来感知、探测、统计人的流动数量、方向。
早期的一些客流统计的技术，诸如红外对射、红外幕帘、重力感应等，存在着诸多的缺陷，导致准确率偏低，统计出来的数据已经失去了应用分析的价值，在现在的实际应用中已经被、或者趋于淘汰。得益于视频分析技术的飞速发展，现在基于视频分析的客流统计技术已经日益成熟。
智能视频客流统计
智能视频客流统计技术，是指利用智能视频分析技术来实现客流统计的一类技术，常见的实现方式分为三种：
1.基于双目视差原理的双目立体视觉客流统计技术：它利用两个垂直向下的摄像头的视野差，来计算出下方经过的目标的高度，并匹配其中与人体高度接近的(如1.5米至1.8米)运动目标，统计其运动方向和数量。典型的如英国益百利使用的技术。
2.基于运动目标检测的客流统计技术：它利用面对出入口通道的摄像头采集来的视频，分析其中的运动目标，并通过运动目标跨越虚拟线来判断人流的运动方向和数量。国内绝大部分的厂商均提供的是这样的技术。
3.基于视频识别的模式匹配技术和运动跟踪技术来实现的客流统计技术：它利用垂直向下的摄像头来匹配这个角度下人头、肩膀、头发等人体通用特征，通过模式匹配技术来进行视频识别，然后再利用运动跟踪技术来实现对人流的运动方向和数量的统计。
通过对以上三种实现技术的了解，我们不难发现：
第一种方式实际上只通过高度这一个特征来判断下方经过的目标是否为人体，对于过低或过高的人会遗漏，而对于与人体高度差别不大的其他目标经过则会容易产生误判。
第二种方式在使用时需要对应用的环境、使用的镜头、安装的远近、角度等各中因素综合考虑，需要较多的现场项目配置才能达到比较好的效果，所以会导致这类技术还停留于项目型技术，很难产品化。
第三种方式，由于所有人体从上向下角度观看时，特征差异比较小，所以采用了垂直向下的角度进行模式特征匹配，这样可以精确匹配到视野内的人体目标，所以几乎无需进行任何设置即可适应绝大部份场合的客流统计工作，在市面上已经出现了产品化程度非常高的嵌入式客流统计终端产品。
从物联网系统的角度来讲，产品化的嵌入式客流统计终端，即是一种感知人体运动方向和数量的智能感知器，具有完整的感知、数据预处理和网络连接功能，是物联网安防应用的最重要的智能感知设备。嵌入式客流统计终端通过视频分析技术，挖掘了视频场景内的更深层次的“人流量”数据信息，是为一种物联网安防的优秀的感知器。
智能视频客流统计的应用
根据物联网的三要素感知、连接和应用，典型的智能视频客流统计的应用也主要分为三个有机的组成部分：前端的嵌入式客流统计终端，中间的网络连接和后端的客流统计分析应用平台。
现有的嵌入式客流统计终端，可选配内置3G模块，通上电源即可实现感知和连接的绝大部份功能。也可以通过普通的有线网络接入应用系统平台。
由于嵌入式客流统计终端上已经完成了人体识别和运动轨迹跟踪的所有工作，所以从嵌入式客流统计终端上输出的是客流数据信息，对网络的依赖程度也非常非常低；系统应用平台基于B/S架构构建，建设、部署、维护都非常的便利和灵活，给用户提供的应用途径也支持固定的PC和移动的手机服务等。
基于以上的客流统计分析平台，现在已经发展和实施的应用包括：
1.商业客流统计：基于时间趋势和空间趋势，来统计和分析客流量在商业场合的时间分布、空间分布状况，以便为商业经营着提供更直观和有效的决策依据。
2.矿井、生产车间等的出入人数进行统计和限制：通过嵌入式客流统计终端来统计进出矿井、生产车间等场合的人数，配合核对考勤记录，防止工人在复杂、危险场所迷失。
3.公交车辆、长途车辆以及校车的人数统计：通过对移动车辆上下车人数的实时分析，可以实现对公交车辆的动态调度决策、对长途车辆的中途上下客和收费进行监管、对校车的超载行为进行预警管理等。
4.KTV、夜总会、网吧、电影院等经营性文化娱乐场所的场内人数超限管理：根据文化部2006年发布的文件要求，为了防止安全隐患，经营性文化娱乐场所的人均经营面积不得低于1.5平方米。政策的执行和监管可以通过客流统计来实现应用。
智能传感器在汽车电子方面的应用 第6篇
智能传感器是带有微型处理机并具有处理、采集、交换信息等各种能力的新一代电子原器件。是微处理机相与传感器大规模集成化结合的产物。智能传感器与老式传感器相比, 具有功能多样化;拥有一定自动化编程能力;通过计算机处理可实现高精度信息的采集, 而且成本低等优点。
1 智能传感器在汽车电子系统应用
1.1 汽车超声波测距系统
超声波是指振动频率大于20k Hz以上的, 其振动频率甚高, 超过了正常人听觉的上限 (20 000Hz) , 人们将这种不在听觉范围内的声波叫做超声波。超声和可闻声其实是一样的, 它们的本质都是机械振动, 以纵波方式在导体介质内传播, 是能量的一种传播方式。其不同点在于超声频率较高, 波长较短, 在沿直线传播的特定距离内具有较好的方向性和束射性。超声波智能传感器利用传感器、超声波距离模块和单片机一起构成超声波测距系统。汽车运用该系统测量行进方向上障碍物的距离, 并反馈回控制警报系统, 做出报警或自动进行某项预设定操作, 来保障行车安全。
1.2 自动酒精检测传感器系统
新型自动酒精检测传感器主要是由半导体信号处理电路集成, 该传感器的主体部件为二氧化锡元件的微机电系统。在车内环境正常时, 传感器检测车内环境中氧气的成分并保持特定的阻值。当酒精分子吸附在车内空气中达到一定浓度时, 富含有酒精的氧气分子会使二氧化锡元件的电阻值特性发生改变, 电阻的改变引起报警器发出报警。检测电阻值的变化情况, 就可测出呼气中酒精的浓度。该传感器直径不到10mm, 通过密封可与信号处理器等元件一起植入汽车方向盘内, 可在驾驶员存在酒驾风险时提出安全警报提醒司机。
1.3 智能胎压监测系统
新型智能胎压监测系统主要是在汽车各个轮胎上安装智能传感器, 实时监测车辆在行驶状态中轮胎的气压状况, 并用无线电方式发射到汽车内的接收器中, 轮胎在行驶中的实时状态如漏气、温度升高等驾驶员都能随时掌握。确保汽车在行驶中安全的同时, 具有降低能源消耗及延长轮胎寿命等优点。
1.4 智能雨刷系统
汽车智能雨刷系统是对汽车前挡风玻璃以发光二极管发出感应光束, 当有雨滴落入玻璃上的感应区时, 感应光束会因玻璃上雨量或湿气含量的变化使其所反射的光线强度发生改变, 根据光线强度的变化程度调整雨刷刷动频率;或透过红外线电子雨量传感器感应雨量大小, 自动调整雨刷速度与汽车车速相适应, 减少操作时间, 使驾驶人驾车更具安全性、方便性。
2 智能传感器技术要求
汽车作为现代社会最为广泛的工具之一其应用于我们生活的方方面面, 其各个机械部件都有各自的运动方式和运行特性。总体来说运行环境都十分恶劣并始终处于油蒸汽和侵蚀性 (毒性) 气体的包围中。这也造成了汽车电子在应用领域的一大特点:具有极端工作温度 (工作状态时具有较高温度, 静止待命时温度下降) 、强烈的电磁干扰、汽体侵蚀以及在高速运动状态下风噪和高强度的冲击等。这就要求我们的智能型传感器不但要有很好的稳定性、抗环境干扰能力及在自适应、补偿等方面要有较好的调整能力。还要在这些特殊环境下具备反应快速、指令正确、性能可靠等特点。传统电子领域分立性元件所构建的集成电路控制系统已经无法跟上现代智能型汽车在技术方面的需求, 拥有微处理技术及大规模集成电路技术的微型智能电路具有硬件集成度高、交换数据量大, 智能化程度高等优点, 正好可大规模用于现代智能型汽车领域。微型智能电路在保证系统内各个控制单元的协调一致方面有着不可替代的功能。在现代科技中几乎所有汽车的机械结构部分都受电子装置的控制, 但智能型、环保型、轻便型的汽车是未来新一代汽车的发展方向, 由于新型汽车的车体内空间有限, 各级构件系统所占空间更是不断压缩。未来汽车的发展方向则是把智能感应单元、电子控制系统与汽车机械部件紧密相联构成一个整体。这就给我们的设计者提出了更高层次的要求, 我们的智能传感器也将向着外型更加小巧、智能化程度更高、使用更加便捷的方面发展。通过这些技术方面的革新来推动汽车产业的换代升级。
本文粗略介绍了汽车智能传感器的概念, 多方面应用和技术要求等。智能传感器已成为汽车电子元件中最有代表性的核心器件之一。其具有精度高、量程覆盖范围大、输出信号大、信噪比高、抗干扰性能好等诸多优点, 相信在不远的将来必定会在汽车电子应用领域发挥越来越重要的作用。
摘要：21世纪以来, 现代电子技术快速发展, 在诸多现代电子技术中更是以汽车电子产业等新生代科技发展尤为迅猛, 从现代微型汽车电子元器件到以电子监管为主体的实时监控系统都提升到了一个斩新的阶段“。智能传感器”作为电子技术发展中最具有代表性的核心器件在这场空前绝后的技术革新中大放异彩。
关键词：智能传感器,汽车电子,技术要求
参考文献
[1]潘宇杰.让汽车聪明起来――智能传感器.黑龙江交通科技, 2009.
[2]孙永利.汽车动力的混合化发展的现状与趋势.黑龙江交通科技, 2009.
[3]尹保来.基于超声波的受电弓滑板磨耗检测系统设计.西南交通大学, 2009.
无线传感器在智能电网中的应用 第7篇
1 智能电网的相关概念
对于我国的智能电网, 其主要是通过集成化的通信网络实现的一种发电装置, 通过智能电网能够实现对电力系统的简便化控制。而在智能电网中, 其主要采用是传感器和自动控制技术等来对电网运行过程中的安全性能进行实现, 通过这些系统能够实现对智能电网的有效控制, 保证智能电网的正常运行。另外, 智能电网在运行的过程中, 其耗费的能源是非常少的, 但其运行的安全性能却非常高, 这是当前我国智能电网运行的主要特点, 因此智能电网是促进我国生产力发展的重要因素, 通过智能电网能够大大提高我国的工业和农业等各个行业的高速发展。对于智能电网, 其最主要的一个特点便是集成性, 所谓的电网集成性指的是其实现了传统的配电管理和控制系统的有效结合, 而在智能电网的实际运行中, 其包含的内容非常多, 通过智能控制系统, 其能够对电网运行过程中的各个环节进行优化处理, 提高智能电网的高效率运行。
2 我国智能电网的发展现状分析
伴随着我国智能电网技术的不但发展, 当前我国智能电网相关设备已经较为落后, 像支架以及智能电网运行的信息平台等, 这些都对我国的智能电网发展造成了较大阻碍。随着我国电网技术的快速发展, 已经建设完成了对应的高电压的电网运行骨架, 加上各级的统一高效发展, 我国的智能电网系统以及初具规模。对于我国未来的智能电网发展, 其应该在保证安全稳定运行的基础上, 将各种经济性的电网技术应用在智能电网发展中, 特别是现代化的智能电网, 其首先需要实现的就是电网的系统化管理, 通过这种管理能够有效提高智能电网的综合性控制, 加上动态化的监控, 对整个电网系统进行有效的控制, 实现智能电网的高校稳定运行, 同时提高智能电网设计的高度集成化。而通过动态监控系统, 其能够使得电网的相关管理人员在工作时更加方便地对不同的系统以及平台进行快速的控制, 保证电网的正常运行发展。此外, 对于电网系统的建设, 其还需要通过统一的管理来对电网建设的管理水平进行有效的提高。
3 无线传感器网络大规模组网技术以及网络管理技术研究
对于无线传感器网络大规模组网技术和网络管理来说, 其是实现无线传感器技术发展的一个重要内容, 同时也是无线传感器运行过程中的重要节点。对于大规模组网和网络管理技术来说, 其主要包含以下几点内容:时间的同步和网络安全等。
3.1 时间同步机制分析
对于时间同步机制来说, 其是无线传感器技术应用的一个重要机制, 能够通过高效率的路由和定时唤醒等功能来实现对智能电网的控制。在当前, 比较常见的时间同步机制有RBS和TPSN等, 这些机制是当前比较常见的应用机制, 但其在运行的过程中往往存在着一定的问题, 像RBS, 其在运行的过程中, 由于需要使用广播交换, 伴随着我国网络密度的增加, 其开销也会逐渐增大, 使得智能电网的运营成本提高等。
3.2 网络拓扑控制分析
对于智能电网, 其在运行的过程中主要是通过无线传感器来实现对电网的有效控制, 而其中比较关键的一项技术就是感知网络, 通过建设一个高效合理的网络拓扑结构能够对路由协议等进行有效的提高, 保证网络的生存时间。对于无线传感器网络, 其中的网络拓扑控制优点主要体现在以下几个方面:首先是对生存时间的影响, 对于无线传感器技术来说, 其一般情况下采用的是电池对上面的节点进行有效的供电, 为了保证无线传感器的生存时间, 需要对其使用过程中的能源消耗进行有效的控制。另外一个比较重要的问题就是对网络的连通性以及覆盖度进行保证, 通过准确的计算使得网络运行过程中能量能够使用在合理的地方, 既能保证网络的正常运行, 同时还能提高网络生存时间。然后则是对节点之间的通信干扰进行削弱, 对于无线传感器来说, 其节点数量是非常多的, 这使得无线传感器在运行过程中所产生的各种电磁波非常多, 若所有的网络节点全部采用的是大功率通信, 这回对不同节点之间的干扰进行加强, 使得无线通信的效率下降, 同时, 网络节点在运行过程中的能量消耗是不同的, 单纯的大功率输出往往会造成能源的浪费, 但网络节点的功率也不能太小, 若功率太小, 又会造成其连通性和覆盖性等受到影响, 导致无线传感器无法实现网络的有效联通, 影响智能电网的正常运行。
3.3 安全体系研究
对于无线传感器网络来说, 由于其特殊的运行特点, 导致其在运行的过程中需要路由协议等进行重新的设计和实现, 这样才能保证无线传感器的正常运行, 下面对其受到的限制进行了简单的研究:
首先是节点的资源高度受到了较大的限制, 对于无线传感器, 其部署的数量较多, 因此, 在对传感器的节点进行计算时需要有效的结合其存储空间以及通信能力等, 特别是电池的使用寿命, 这是无线传感器使用中需要重点关注的问题, 只有保证了正常的能源供应, 才能使得我国的智能传感器运行更加安全高效。然后则是无线传感器所遭遇的物理安全性问题, 由于无线传感器主要是为了实现无人工作, 因此, 其在运行时往往采用的是无人坚守运行, 而其在运行过程中往往很容易受到各种物理性攻击伤害, 导致无线传感器的节点受到破坏, 影响无线传感器的正常运行, 为智能电网正常运行造成了较大的影响。
4 无线传感器网络信息处理技术研究
对于智能电网, 其在运行时需要通过节点多所有需要的数据信息进行收集, 然后通过对这些数据信息的分析了解电网运行过程中的所有情况, 像设备的使用状况等, 为了保证智能电网控制系统能够对收集到的信息进行有效的处理, 需要不断加强无线传感器的信息数据处理能力。对于无线传感器来说, 其在进行收集的数据采用的往往是流数据, 这种数据是随着时间而发生变化的, 加强相似数据的重复性, 使得这些数据的分析不能通过简单的表格或者统计图进行, 而是需要根据数据的类型建立一种数据模型对这些数据进行有效的分析。
对于无线传感器网络的数据流传输, 其往往采用的是压缩传输模式, 而在某一时间段内的数据变化往往也是符合一定规律的, 这就要求其需要建立一个符合使用要求的数据模型, 通过这种模型能够对数据进行有效的处理, 同时能够对数据的准确性进行判断等。
5 结语
综合上述所说, 对于智能电网的发展, 其系统化和智能化等的发展使得我国的智能电网建设有效的促进了我国的经济发展, 但由于我国的智能电网研究工作还较浅, 使得我国的智能电网无线传感器技术在使用过程中还存在着较多的问题, 相关部门需要加强对无线传感器技术的有效开发。
参考文献
[1]吴佳伟.智能电网中无线传感器网络技术的应用研究[J].供用电, 2010 (4)
[2]王小松.无线传感器网络在智能电网中的应用[J].通讯世界, 2014 (23)
光电传感器在智能水表中的应用 第8篇
关键词：光电管,智能水表,编码,数据上传
1 智能水表
1.1 智能水表概述
随着计算机技术, 现代通讯技术和自动化技术的迅猛发展, 智能化建筑在发达国家应运而生。近年来, 智能化住宅小区建设在我国发展的很快, 自来水远程抄表系统正是智能化住宅小区的必备系统。目前我国城乡居民用户水表抄表一般采用人工抄表方式。这种方式需要消耗大量的人力、物力, 采集数据的时间跨度大、采集数据的准确度低, 同时给用户带来很多麻烦, 甚至带来不安全的因素。为了有效解决入户抄表收费存在的诸多弊端, 提高效率, 避免入户抄表引发的不安全因素和杜绝拖欠费用等情况, 远传抄表系统得到了大力推广。远程抄表是一种便民系统, 作为现代化管理系统的重要组成部分, 该系统发挥了重要作用。
1.2 传感器在智能水表中应用
目前, 实现远程抄表有很多技术, 例如蓝牙技术、无线局域网技术等, 现有的各种转换方式如采用单、双干簧管传感器、摄像直读传感器或霍尔元件, 都在不同方面存在缺陷或不足。从实际的运行的情况来看, 表现不尽如人意, 存在两大问题: (1) 必须不间断供电, 当电源断电时间过长或信号线路需要维修时, 远传读数部分停止计量, 机械读数照常运转。因此恢复供电或维修完毕后需重读水表的机械读数, 再对远传部分重新设置底数。 (2) 运行中会产生累积误差, 水表机械读数与电子读数不完全一致, 总存在一定误差。尤其是“单、双干簧管表”因为临界点颤动误发信号无法克服, 误差非常大。由于这些问题如果不能得到妥善解决, 上述传感器在市场上难以成为主流产品。针对上述的难以克服的缺陷, 人们将研究目光投向光电直读, 本文在此介绍的是一种直读式远传水表, 其最大特点是平时不需要电源, 只有在抄表的瞬间才需要电源, 摆脱了脉冲等远传水表离开电源便无法工作的难题, 并且使水表的机械读数与电子读数完全一致。
2 光电直读计数器的应用
光电直读表是在普通水表的计数器字轮印刷0-9位置的外缘印刷特定标记, 在其外围固定光电传感器及相关电路。外部供电读表时, 通过光电传感器判断特定标记“有”和“无“的状态, 通过组合编码判断以获得字轮的读数 (表计的窗口值) 。
2.1 光电直读计数器的组成
光电直读计数器包括壳体、驱动轮、进位齿轮、数字轮、信号采集板、光电传感器等。
2.2 光电直读计数器概述
光电直读计数器有若干个同轴数字轮, 最低位数字轮与驱动轮连接, 该数字轮端面的两个半径圆周上分别开有若干个弧形透光孔, 同时数字轮上印有0-9共10个数码, 每个数码的间隔被3等分;进位轮与数字轮啮合, 位于最右边的低位数字轮每转一圈, 就带动与它相连的进位齿轮走一个齿, 进而带动位于左边的高位数字轮走一个数字, 实现进位;信号采集板, 位于数字轮两侧, 其上设置若干对光电传感器, 每对光电传感器包含一个发射管和一个接收管。
2.3 光电直读计算器编码原理
2.3.1 数字轮设计
数字字轮的柱面被30等分, 整个柱面平均分为0-9共10等分, 然后, 每个数字间隔之间的扇面再3等分, 因此整个数字轮的柱面被30等分。自此, 数字轮上的每个数就具有“上格”“正格”“下格”之分。例如:数字“8”就有“8上格”“8正格”“8下格”。当读数在“8上格”“8正格”“8下格”时, 均读为“8”, 这就避免了进位时的误读。
2.3.2 光电传感器设置
在光电直读计算器中, 信号采集板上安装6对红外发射管和红外接收管, 发射管和接收管构成的红外对管光路与数字轮的转动轴线平行, 同一个同心圆的半个圆周上分布5对光电传感器, 其作用是抄报数字轮的读书, 在另一个同心圆的圆周上设置1个光电传感器, 称为进位传感器, 其作用是校验进位轮的进位状态。
2.3.3 码道分布及其编码方法
数字轮的端面上分别开有3个弧形透光槽, 作为编码的码道。每一个数字轮的端面上分布有3个圆弧孔, 其中三个圆弧孔是位于同心圆上的, 该同心圆的半径与5个光电传感器所位于的同心圆的半径相同, 当圆弧孔转到5个光电传感器中的任何一个时, 均可通过圆弧孔透光, 从而使接收管能够接收到发射管所发射的光线, 起到抄报数字轮读数的作用。其中一个圆弧孔比另外两个圆弧孔更宽一些, 覆盖到进位校验传感器所处的同心圆中, 这样, 当此圆弧孔转动到进位校验传感器时, 接收管可以接收到发射管所发射的光线, 起到进位校验作用。
2.3.4数据读取与上传
上述编码方式读取的数据通过程序方式存入单片机, 抄表时, 由外部供电, 通过光电传感器读取字轮编码传递给单片机, 单片机按照电路逻辑关系, 将数据上传给区域集中器, 再由集中器将所抄表具读数上传给上位机管理软件。
3 应用
经过多年从理论到实践经过多次研究, 对设计方案进行了修改和实际产品验证, 实践证明在结构和装配误差要求范围内, 确定此方案可以做到准确读取字轮数据。
4 结束语
随着现代计量技术、传感技术、计算机信息技术等的日益发展, 智能水表的智能性也得到日益提高。利用智能水表具有经济、实时、数据共享等优点, 将会越来越多地应用于社会发展的各个方面, 并实现人类和水资源的和谐相处。光电直读式计算器由于既有机械式计数器的无需带电工作的优点, 又可采用光电直读方式读取计算值, 可用于集中管理。可见, 光电直读计数器的合理广泛应用对于大力发展智能水表具有非常重要的作用和意义。
参考文献
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[3]吴雅楠.IEEE802.15.4无线传感网络研究及其在无线抄表中的应用[D].上海交通大学, 2008.
传感器技术在智能家居中的应用 第9篇
智能家居不管是基于哪种控制系统设计都是为了提高家居环境的舒适度和安全性, 保持合适的温度、湿度, 能够监测家庭安全状况。而这些都需要通过传感器来完成, 下面我们就来介绍几种智能家居中使用的传感器。
一、智能家居中使用的传感器
1) 温度传感器。在智能家居系统中, 为了提高家居生活的舒适度, 首先要保证室内环境温度适宜并可以根据用户的需求或者季节的变化做出相应调整。所以, 温度的测量和控制是智能家居设计中必不可少的部分。温度测量主要通过温度传感器来实现, 主要任务是采集室内温度, 为温度显示和调节提供依据。在室温测量中我们常选用的是DS18B20数字温度传感器。这款传感器物理化学性能稳定, 价格便宜, 性能强大, 可以直接实现温度信号与数字信号的转化, 省去了外接转换电路。由于它是单总线数字式温度计, 可以简单的和单片机进行通信, 在家居设计中可以用于测量多个房间的温度, 电路结构简单。显示电路根据控制系统的整体情况可以接数码管显示、LED屏显示或者其他数字显示方式。另外, 在智能家居的设计中温度的控制应该是一个闭环的控制系统, 测量完的温度要送给控制器, 通过空调对温度进行相应的调整以保证舒适度。
2) 湿度传感器。在家居生活中, 过于潮湿或干燥都会使人们体感不舒适, 更严重的会产生细菌或者损坏家具或饰品。因此, 湿度也是智能家居设计中的一个重要指标, 在智能家居中测量湿度也要通过湿度传感器来实现。我们常采用的是808H5V5集成湿度传感器来采集空气湿度, 显示从0%到100%, 其内部由一个温度传感器和放大电路组成, 其输出为电压型号, 想要直接显示湿度结果, 需要外界显示驱动模块电路。同样的, 湿度信号传输给控制端, 再由烘干或加湿设备调整整个湿度参数。
3) 温湿传感器。既然温度、湿度都是智能家居设计的重要因素, 那么, 我们找到可以同时采集温度、湿度信号的温湿传感器。这样既能简化电路, 又能提高效率。我们可以选用STH10温湿度传感器同时采集温度和湿度信号。STH10芯片性能稳定、测量准确并且具有小体积、低功耗等优点, 是一款高度集成的传感器。
4) 气体浓度传感器。在智能家居中, 安全监测是非常重要的组成部分, 对可燃气体的检测是至关重要的。其中, 监测煤气、天然气浓度, 我们可以采用直热式气体浓度传感器TGS109或者旁热式QM-N5型气敏电阻来采集气体浓度, 把数据反馈到主控电路。与标准数据进行对比, 从而得知安全情况。这两种气体浓度传感器都是主要由半导体材料二氧化锡组成。Sn02电导率较低, 其与气体接触时, 半导体Sn02导电率等物理性质会改变, 我们根据这个性质可以检测被测气体的成分及浓度。该传感器灵敏度较高, 响应时间及恢复时间都非常快, 也比较耐用。我们还可以使用气体浓度传感器来设计自动抽油烟机换气扇, 根据油烟浓度自动开启换气扇或者调换挡位。可见, 传感器在智能家居中应用广泛。
5) 图像传感器。设计智能家居, 安全监控系统必不可少。监控系统通过在住宅周围及家居内部重要点位布局摄像头采集图像信息, 然后在控制中心可以随时观看视频, 获取住宅内外的情况。随着智能家居控制系统的不断升级, 从以前以PC作为终端来获取信息发展到手机直接获取, 随时随地可以了解家中的动态, 大大方便了我们对住宅情况的了解。在安全监控中图像传感器发挥着重要作用, 图像传感器是利用光电转换来工作的, 主要有CCD和CMOS两种图像传感器组成。其中, CCD图像传感器是由MOS电容器阵列组成的, 而CMOS图像传感器是由MOS场效应管阵列组成的。这两者都可以制成数字摄像机。我们用于监控的由CCD彩色图像传感器制成的数字摄像机, 可以是线型的或者面型的。随着技术的发展, 由CMOS图像传感器制成的数字摄像机也面向市场, 它的主要优势在于耗电量小。
6) 光电传感器。光电传感器是由光电器件组成的, 其中我们常用的一种光电器件是光电阻。另外我们常用到的红外线传感器也是光电传感器重要组成部分。利用光电阻我们可以设计成自动照明灯, 方便在走廊、门禁等地方安装, 随着光照情况自动开关, 不需要人为控制, 电路结构简单, 成本低, 操作方便。利用红外线传感器可以设计各种遥控器, 随时控制室内温度、湿度、空气状况;打开或者关闭各种设施, 在智能家居中应用广泛。另外, 利用红外线传感器还可以设计自动水龙头, 这种自动无接触式的水龙头既可以省水, 还可以避免交叉感染, 预防疾病传染。
二、小结
以上介绍了我们在智能家居设计中常用到的传感器, 当然, 随着技术的发展, 智能家居的设计从控制系统到应用设计越来越高端, 智能机器人也会在智能家居中应用, 会涉及到更多更智能的传感器, 我们在后续的研究中继续讨论。
参考文献
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[4]刘蝉媛.基于物联网的智能家居系统研究与实现[D].北京:北京邮电大学, 2012.
智能传感器的典型应用 第10篇
传统气体压力测量仪器的传感器部分与数据采集系统是分离的, 抗干扰的能力较差, 并且通常被测对象的压力变化较快。因此不仅要求系统具有较快的数据吞吐速率, 而且要能够适应复杂多变的工业环境, 具有较好抗干扰性能、自我检测和数据传输的功能。
在此, 利用FPGA具有扩展灵活, 可实现片上系统 (SoC) , 同时具有多种IP核可供使用等优点, 设计了能够控制多路模拟开关、A/D转换、快速数据处理与传输、误差校正、温度补偿的智能传感器系统;同时将传感器与数据采集处理控制系统集成在一起, 使系统更加紧凑, 提高了系统适应工业现场的能力。
1系统性能及元器件
1.1 智能传感器系统性能要求
传感器压力测量范围:0～5 MPa;系统精度:±0.1% FS; 1通道模拟电压输入 (压力信号) 大于250 samples/通道/s;采用串行RS 232C接口输出。
1.2 系统主要元器件及性能
根据系统的精度指标的要求选择器件:
FPGA芯片 选用Altera的CycloneⅡ EP2C5, 其逻辑单元有4 608个LE, 26个M4K RAM块, 142个用户I/O引脚。
压力传感器 采用PDCR130W, 压力范围0～7 MPa, 工作电压直流10～30 VDC, 输出0～10 V, 精度±0.05% FS, 使用温度范围-40～+125 ℃, 温度影响±0.015% FS/℃。
温度传感器 采用高精度集成温度传感器LM335, 其灵敏度为10 mV/K, 精度为1 ℃, 温度范围-40～+100 ℃。
A/D转换器 选择内含采样保持器的12位A/D转换器AD1674, 其转换时间为10 μs, 0～10 V单极输入或±5 V双极输入, 可并行12位输出。
多路模拟开关 采用四选一多路模拟开关AD7502, 其引脚设置为EN=1的使能信号;A1A0引脚为通道选择信号。
输出电平转换接口 系统使用MAX232芯片完成TTL和RS 232C电平的转换。
2系统误差校正方法
2.1 零点漂移和增益误差的校正方法[1,2]
在智能仪表中, 误差模型的误差校正公式为:
式中:b1和b0为误差校正因子。误差校正电路模型如图1所示, 其中x为被测信号;y为系统输出;ε, k, i为影响系统的未知量。
误差校正过程为:
当S1闭合时, x=0, 依据误差校正公式得到
式 (2) , 用于系统零点校准;
当S2闭合时, x=E (标准电压) , 得到公式 (3) , 用于系统增益误差校正;
联立式 (2) 、式 (3) 可得误差校正因子:
当进行实际测量时S3闭合, 利用计算出的误差校正因子和误差校正公式 (1) , 即可求出校正后的输出信号y。
2.2 传感器温度补偿方法
对压力传感器来说, 环境温度对其测量结果有较大的影响, 为了消除温度引起的误差, 需要对传感器的信号做温度补偿[3]。通过测量传感器的工作温度实现传感器温度的补偿。传感器的温度误差校正模型为:
式中:y为测量值;yc经温度补偿后的测量值;ΔΦ为传感器的实际工作温度与标准测量温度之差;a0为校正温度变化引起的传感器标度变化系数, a1为校正温度引起的传感器零位漂移变化系数, 这两个系数反映了传感器的温度特性。
2.3 随机误差消除方法
系统采用算术平均的数字滤波方法消除系统的随机误差[4], 通过连续N个采样值取其算术平均值, 得数学表达式为:
适合用于对具有随机干扰信号的滤波。
3系统硬件结构设计
依据系统的误差校正和温度补偿方法, 可得系统的硬件连接结构如图2所示。图2中模拟多路开关AD7502的4个输入通道分别为:A1A0=00, 选通S0, S0通道接地, 用于零点漂移校准;A1A0=01, 选通S1, S1通道接+5 V (为AD1674最大输入电压的50%) , 用于增益误差校正;A1A0=10, 选通S2, S2通道接温度测量信号, 用于传感器的温度补偿;A1A0=11, 选通S3, S3通道连接压力测量信号。通道选通信号A0, A1由FPGA芯片中的DAS_A0和DAS_A1引脚控制。
系统中A/D转换器AD1674采用独立工作模式, 其控制引脚设置为:CE和
3.1 SoC结构的实现
SoPC设计由CPU、存储器接口、标准外设和用户定制逻辑单元模块等组件构成[5]。 Altera的SoPC Builder工具提供了大量IP核可供调用, 可以很方便地在单片FPGA芯片上配置嵌入NoisⅡ处理器软核、片上RAM和RS 232控制器、扩展片外存储器、用户定制逻辑单元, 同时自动地为系统的每个外设分配地址、连接系统总线, 确定设备优先级, 其内部结构如图3所示。
3.2 数据采集控制单元的实现
数据采集系统 (DAS) 控制单元是整个系统的核心, 其输入端口及其功能:DAS_STS用于接收AD1674的STS状态信号;DAS_IN (12位) 用于接收AD1674并行12位转换输出;CLK, RST用作系统时钟和RESET的信号。输出端口DAS_RC接AD1674的
DAS控制单元的有限状态机 (FSM) 有4个状态, 分别为St0, St1, St2, St3。St0为选择通道, 启动A/D转换, 进入St1状态; St1为等待转换结束, 若转换结束, 进入St2状态, 否则保持在St1状态;St2为发出读数据信号, 进入St3状态;St3为输出转换数据;选择其他通道, 返回St0状态。 DAS控制单元采用VHDL语言进行开发, 程序的部分代码如下所示:
DAS控制单元的仿真如图4所示。图中显示控制单元运行正确。
3.3 智能传感器系统软件工作流程
系统中误差校正和温度补偿由系统软件控制完成。系统软件由SoPC Builder工具中的软件开发工具 (SDK) 进行开发。系统软件流程如图5所示。
系统上电初始化并启动DAS控制单元, 选通每个通道并消除每个通道的随机误差;然后根据校正过的0通道和1通道的数值, 实时计算出误差校正因子, 依据误差校正公式 (1) 实时校正零点漂移校准和增益误差, 再根据测量得到传感器的工作温度, 计算与标准温度的差值, 通过查表获得传感器温度变化系数, 最后依据温度补偿公式 (5) 校正测量压力数据, 并将数据输出。
4结语
在系统的设计过程中, 充分利用FPGA构建系统灵活, 软、硬件开发相结合的特点, 在满足系统性能的基础上, 合理分配软硬件功能, 简化系统设计。FPGA把过去由分立芯片实现的系统放在单个芯片中, 这种单片系统的设计, 大大提高了系统的稳定性和可靠性, 同时提高了系统抗工业现场干扰的能力。
摘要：传统的压力传感器系统结构复杂, 易受干扰, 而智能传感器系统能够将传感器、数据采集、微处理器和数据接口集成在一起, 具有强大功能和良好抗干扰性能。在设计中利用FPGA具有构建系统灵活, 可实现片上系统的优点, 将系统中的嵌入式CPU、片上存储器、数据接口电路以及数据采集控制模块集成在一个芯片上, 简化了系统的设计;同时采用多种误差消除方法, 构建一个具有零点漂移校准、随机误差消除和温度补偿功能的智能压力传感器系统, 给出了FPGA数据采集控制功能模块的仿真结果。结果表明系统运行正确。
关键词：FPGA,智能压力传感器,SoC,温度补偿,数据采集系统
参考文献
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