试论如何提高单片机获取传感器数据的可靠性

摘 要 众所周知，我国正处于工业快速发展的时代。在此时代背景下，传感器设备在当前工业设备控制系统中的应该也越来越广泛和深入。传感器在判断所使用设备的准确性和精确性等方面起到过关键作用。然而，以前所使用的传统传感器因其体积大、可靠性差和稳定性不足等缺点给设备测量带来了极为严重的后果。因此，传感器控制系统设计时就应针对这些不足进行改善，而单片机的特点刚好可以解决这些问题。本文在分别阐述了传感器和单片机技术特点的基础上，详细阐述了传感器设计中单片机技术的应用。

【关键词】传感器 单片机 稳定性 抗干扰

1 传感器技术

在现代设备控制系统中，传感器是能够对设备进行检测的一种设备，其主要作用是：按照预设好的精确度将被检测物体的最基本参数转换为某种特定的对应关系。传感器对光具有较高的敏感性，这主要是由于传感器中的气敏传感器与人体的嗅觉器官的敏感程度极为类似。因此，气敏传感器可依据气味的不同，做出相应的反应。与之类似，声敏传感器和人体的听觉系统也同样极为相似，其可依据声波的传递与变化做出相应的反应和判断。与以上两种传感器类似，温控传感器和人体的触觉系统极为相似，主要是依据温度变化做出相应的反应和判断。因此，传感器因其使用场合的不同具有不同的使用要求，以常见的温控开关传感器为例，其主要依据温度的细微变化而做出相应反应从而体现自身功能。

2 单片机技术

所谓单片机，即利用电路芯片进行自动控制的微机系统，在这个芯片上集成了可以进行数据处理的CPU、存储器、I/O 口和定时器等各功能模块，共同组成小型化的微型计算机控制系统。单片机的硬件具有如下特点：

（1）具备较高的集成度，因而体积较小。

（2）具备较高的可靠性，因而可在持续时间较长的时间内（106小时到107小时）进行无故障工作。

（3）具备半导体硅片诸如磁、光和热等诸多物理量的原始特性。

（4）具备可利用中央处理系统提高自身的运算速度、处理能力和精确度。

单片机具备的以上优势和人特点使其应用领域不断扩大和深化。到今天，单片机技术再几乎所有的工业控制系统中均有应用实例。然而，单片机自身特点决定了其应用范围主要集中于以下控制系统领域：

（1）数据采集系统。

（2）计算机通信控制系统。

（3）汽车设备控制系统。

（4）精确仪器和仪表控制系统。

随着现代科技技术水平的不断提高和更新，将单片机技术应用于传感器的设计中正成为当前单片机技术的研究热点，这主要是由于半导体硅片的材料对传感器需求的提高为单片机技术和传感器设计领域的融合提供了应用保障。

3 提高单片机获取传感器数据的可靠性

3.1 提高传感器的抗干扰能力

众所周知，传感器在较为恶劣的外部运行环境中，容易受到诸如温度、湿度、光照和电磁波等不利因素的影响和制约。因此，传感器设计中尤其应注意提高传感器的抗干扰能力，从而使其在恶劣的外部运行环境中仍能顺利操作和运行，并检测出精确可靠的数据。以涡流位移传感器为例，其在运行过程中容易受到异样均匀性材料的影响，从而使其对磁的传导性能收到制约，最终影响了设备的正常运转。因此，在此传感器设备被中应用单片机技术，在实际的运行过程中，对每转动一周后的传感器转动轴，单片机设备刚好可以修正传感器输出的误差，从而使得设备因不均匀性的测量体而引起的运行误差可以得到有效的修正，并最终提高传感器设备的检测结果的精确性和可靠性。

3.2 提高传感器的运行稳定性

众所周知，传统的传感器不并未应用单片机技术，因而其设备运行可靠性和精确性较低，而这也是导致传感器运行稳定性较差的主要原因之一。所谓传感器的可靠性，即指其在长时间持续运行过程中的输出量的变化，因而该指标和灵敏度、分辨率和抗干扰能力等指标在性能和地位上具备相似之处。因此，传感器分析的重点之一就是增强可靠性的诸多指标。单片机技术增强传感器的可靠性的原理如下：传感器的非线性误差通过运用单片机技术修复，从而提高其运行可靠性。以智能湿度传感器的设计为例，应用高速增强单片机（具备高速A/D 转换器），并结合应用标准化的单片机开发工具，借助定时器控制A/D 转换器通过相应的采样频率实施A/D 转换，借助PC 串口对接收智能湿度传感器A/D 转换结果，且计算出其相对湿度。按此测算，可使计算相对湿度的电路设计得到极大的简化，进而提高传感器的运行稳定性和可靠性。

3.3 提高传感器的标准化进程速度

在当前工业技术的快速发展进程中，传感器技术得到了长足的进步，传感器的种类越来越多，功能越来越丰富，规格和品种越来越成熟。然而，传感器固有的輸入/ 输出信号（I/O 信号）很难完全一致，系统的运行原理和电路同样存在着较大的差距，这严重阻碍了传感器的标准化进程速度，不利于传感器用户体验的提升，不利于设备系统的测试仪器的统一，不利于传感器的的应用领域的扩大。而将单片机技术和传感器设计相结合，则为加快传感器的标准化进程速度奠定了技术基础。这主要是由于单片机具备以下优势：

（1）较强的运算性能。

（2）较低的成本。

（3）体积较小。

正是单片机技术具备的这些优点加快了传统的传感器和测试仪的淘汰进程。已有研究表明，基于电路标准化的传感器应具备以下基本作用：

（1）具备一定的温度补偿技术的作用。

（2）具备一定的存储信号的作用。

（3）具备一定的线性校正技术的作用。

（4）具备连接高一级的控制单元的作用。

此外，传感器标准化的推动也有利于智能仪表规范化的统一，从而提高传感器相关测试仪器的稳定性和可靠性，从而为企业减少相应的设备检测成本。

4 结论

综上所述，本文对传感器技术和单片机技术的技术特点分别进行了简单介绍，并从提高传感器的抗干扰能力、提高传感器的稳定性和提高传感器的标准化进程速度等三个方面分析了传感器设计中单片机技术的应用。由此可知，单片机技术在弥补传感器缺陷等方面具有关键作用，而将单片机技术应用在传感器设计中则具有较高的可行性，对其进一步探索研究具有现实意义。

参考文献

[1]李铁.基于单片机的数据采集系统的设计[J].信息技术，2011（04）.

[2]王小艳，肖勇，葛晓宇等.基于单片机的光电传感信号检测系统设计[J].沈阳化工大学学报，2013（03）.

[3]张艳芬.单片机技术在传感器设计中的运用研究[J].信息系统工程，2013（04）.

作者简介

吴育军（1964-），男，海南省海口市人，学士学位。现为海南科技职业学院讲师。研究方向为机电一体化技术。

作者单位

海南科技职业学院 海南省海口市 571126