От простых сенсоров - к интеллектуальным
1.6. Интеллектуальные сенсоры
Совсем новые возможности появились в 80-х годах ХХ века, когда началось серийное производство микропроцессоров и микрокомпьютеров, умещавшихся уже на одном кристаллике кремния ("чипе"). Каждый из них – это маленький универсальный искусственный электронный "мозг", который можно встроить в сенсор и выполнять в нём достаточно сложную обработку первичной информации. Тем самым сложились предпосылки для рождения принципиально нового класса современных "интеллектуальных" сенсоров.
Такие сенсоры, как правило, являются "активными", т.е. не просто пассивно воспринимают влияние, свойства, характеристики объекта наблюдения, но и сами специальным образом воздействуют на объект, воспринимая и анализируя вызванные этим изменения. Для них не является проблемой учесть нелинейность характеристик чувствительных элементов, различные поправки и влияние сторонних воздействий (напр., изменения температуры). Если требуется, они сами автоматически могут повторить измерения, усреднить результаты, пересчитать в иные единицы измерения и т.п.
Функциональная схема "интеллектуального" сенсора показана на рис. 1.6. Его "интеллект" сосредоточен в микрокомпьютере МК (другие названия – микропроцессор, микроконтроллер, микроконвертор). МК не только обрабатывает информацию, но и организовывает всю работу сенсора и его информационную связь с внешним миром – с пользователем, с внешним компьютером, с каналом связи или с компьютерной сетью. Микрокомпьютер при наличии соответствующих заложенных в его память микропрограмм может выполнять также самоконтроль, контроль всех узлов сенсора и выдавать пользователю предупреждения и диагностические сообщения. Пользователь имеет возможность влиять на работу сенсора через клавиатуру Кл, в частности, выбирать и изменять режимы работы, задавать или изменять какие-то уставки и параметры и т.д.
Рис. 1.6. Функциональная схема "интеллектуального" сенсора: ЧЭ – чувствительные элементы; УСС – усилители-селекторы сигналов; МК – микрокомпьютер; Кл – клавиатура
Получив команду о начале работы, микрокомпьютер в предусмотренном программой порядке включает узлы воздействия на объект наблюдения и начинает отслеживать сигналы, поступающие от чувствительных элементов ( ЧЕ ). Слабые или "зашумленные" сигналы предварительно усиливаются и выделяются в усилителе-селекторе сигналов ( УСС ). Сигналы, не требующие усиления или селекции, могут поступать непосредственно в микрокомпьютер. Отслеживая данные от чувствительных элементов, микрокомпьютер может автоматически изменять интенсивность или характер воздействия на объект наблюдения, величину усиления или характер селекции сигналов в узле УСС.
В соответствии с заданной микропрограммой микрокомпьютер обрабатывает совокупность сигналов, поступающих от чувствительных элементов, а полученные результаты перекодирует в наиболее удобную для пользователя форму и выводит на дисплей. Полученные результаты могут быть также помечены, рассортированы, "упакованы", занесены в долговременную память микрокомпьютера и храниться в ней, а когда потребуется, то через стандартный интерфейс (СИ) переданы во внешний компьютер или в компьютерную сеть. Благодаря этому новые "интеллектуальные" сенсоры органически вписываются в новейшие высокопродуктивные технологии промышленного и сельскохозяйственного производства, медицинской практики, научных исследований.
В некоторых интеллектуальных сенсорах клавиатуру и дисплей объединяют в виде сенсорного экрана.
Наличие встроенного микрокомпьютера придаёт "интеллектуальным" сенсорам невиданную ранее гибкость, возможность автоматической адаптации к изменяющимся условиям работы. Становится возможной многофункциональность, когда, меняя какую-нибудь насадку и переходя в другой режим работы, сенсор сравнительно легко может выполнять совсем иную функцию. Вы, несомненно, знаете, например, что многие мобильные телефоны могут служить и в качестве записной книжки, карманного компьютера, цифрового фотоаппарата.
И, наконец, интеллектуальный сенсор может быть способен не только собирать, обрабатывать и поставлять те или иные данные о контролируемом объекте, но и интерпретировать их, помогая пользователю в диагностике и принятии решения.
Можно смело утверждать, что без интеллектуальных сенсоров не может функционировать и настоящий искусственный интеллект. Ведь глубокая предварительная обработка первичных данных уже в сенсорах – это предпосылка создания информационных моделей всё более высокого уровня.
Подводя итог, понятие "интеллектуальный сенсор" можно определить следующим образом.
Интеллектуальный сенсор – это сенсор, имеющий в своем составе микрокомпьютер и благодаря этому способный выполнять достаточно сложную обработку первичной информации; учитывать все нелинейности и необходимые поправки; выдавать данные в наиболее удобной для пользователя форме; активно воздействовать на объект наблюдения, воспринимая и анализируя вызванные этим изменения; производить самоконтроль и самодиагностику; накапливать и систематизировать данные; поддерживать информационную связь с внешним миром; изменять режимы своей работы, адаптируясь к изменяющимся условиям; переходить к выполнению других функций и т.д.