王秀文 劉書樂 韓強(qiáng)

摘 要：隨著當(dāng)代社會(huì)科技的進(jìn)步，傳感器在生活中的應(yīng)用也越來越廣泛，不再是局限于手機(jī)、平板電腦等日常用品，而是以更多的形式呈現(xiàn)在我們面前。智能傳感具有良好的發(fā)展前景，雖然目前智能感應(yīng)仍存在許多方面的問題，但隨著科技的不斷進(jìn)步和社會(huì)的不斷發(fā)展，智能感應(yīng)將會(huì)具有更大的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智能；感應(yīng)；傳感

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.108

20世紀(jì)80年代以來，作為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一的傳感技術(shù)，獲得了飛速發(fā)展。但是普通傳感器所具備的感知和輸出的功能單一、失效后無法及時(shí)判定等問題，越來越制約信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，已然不能滿足客戶的差異化需求。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，以及市場(chǎng)需求，智能傳感器應(yīng)運(yùn)而生。智能傳感器作為網(wǎng)絡(luò)化、智能化、系統(tǒng)化的自主感知器件，是實(shí)現(xiàn)智能制造和物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。但是就目前來說，智能感應(yīng)器還未在日常生活中取得廣泛應(yīng)用。

2017年9月，“智能感應(yīng)椅”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目獲得國(guó)家級(jí)立項(xiàng)。大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目是教育部“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，旨在培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識(shí)和實(shí)踐能力，是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實(shí)踐平臺(tái)的重要組成部分。本項(xiàng)目是在校大學(xué)生利用現(xiàn)學(xué)理論知識(shí)指導(dǎo)實(shí)踐的有實(shí)用價(jià)值的探索，最初來源是學(xué)生通過觀察獲得，課堂中有部分同學(xué)聽講不集中，無法有效獲得講授知識(shí)，單純依靠老師監(jiān)督和臨近同學(xué)提醒也不能有效解決問題，可不可以通過所學(xué)知識(shí)研發(fā)一種能通過腦電波和心跳等生理變化感知學(xué)生聽講狀態(tài)的椅子呢？通過研究相關(guān)資料，感覺可行性較高，在項(xiàng)目獲得審批后采購原料設(shè)備，尋找相關(guān)技術(shù)指導(dǎo)老師支持，一定程度解決了該項(xiàng)目的基本技術(shù)問題。

1 訓(xùn)練項(xiàng)目的內(nèi)容

訓(xùn)練項(xiàng)目中的智能感應(yīng)椅包含多個(gè)傳感器、微處理器，雙金屬片、銅熱電阻、鉑熱電阻、熱電偶及半導(dǎo)體熱敏電阻以及其他電路如電源、傳感器數(shù)據(jù)表、ADC（模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，Analog to Digital Converter）信號(hào)濾波放大、多路開關(guān)、數(shù)據(jù)交換模塊、D/A（數(shù)模轉(zhuǎn)換器，Digital to Analog）、控制模塊、外部網(wǎng)絡(luò)接口模塊、數(shù)據(jù)采集模塊。通過貼在學(xué)生身上的電極監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，智能感應(yīng)椅可記錄并分析腦電波、心電波、EOG（眼電）、EMG（肌電）、胸腹式呼吸運(yùn)動(dòng)、脈搏、血氧飽和度、脈搏波、呼吸頻率等生理參數(shù)。

傳感器將被測(cè)的各種生理參數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，送到信號(hào)調(diào)制電路中，經(jīng)過濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換后送達(dá)微處理器。微處理器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析處理后，一方面通過反饋回路對(duì)傳感器與信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量過程的調(diào)節(jié)和控制；另一方面將處理的結(jié)果傳送到輸出接口，經(jīng)接口電路處理后按輸出格式、界面定制輸出數(shù)字化的測(cè)量結(jié)果。通過對(duì)以上參數(shù)的記錄與分析，智能感應(yīng)椅可判別學(xué)生是在認(rèn)真聽講還是走神打盹，若學(xué)生上課認(rèn)真聽講，椅子會(huì)保持溫度正常；若學(xué)生上課打盹或是走神，則該智能感應(yīng)椅則會(huì)適當(dāng)?shù)厣郎?，該溫度在身體承受范圍之內(nèi)，且能起到提醒學(xué)生的目的。

2 實(shí)驗(yàn)中遇到的問題

若學(xué)生上課打盹或走神，該智能感應(yīng)椅會(huì)自動(dòng)升溫以提醒學(xué)生，該溫度若設(shè)置過低，則達(dá)不到提醒學(xué)生的目的；若該溫度設(shè)置的過高，則會(huì)對(duì)學(xué)生身體產(chǎn)生不利影響，另外，溫度持續(xù)的時(shí)間也需要進(jìn)一步確定。

3 應(yīng)對(duì)解決方法

由生物上的條件反射得到啟發(fā)，人在感受到針扎或是灼燒時(shí)，會(huì)條件性地快速保護(hù)自己，使自身遠(yuǎn)離危險(xiǎn)源，為解決以上的溫度問題，我們采取高溫高頻的方法，適當(dāng)?shù)靥岣邷囟龋瑫r(shí)縮短溫度作用與人身體上的時(shí)間。

4 智能感應(yīng)面臨的問題

隨著傳感器技術(shù)在眾多新興行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用和普及，市場(chǎng)上對(duì)傳感器需求也越來越大，同時(shí)對(duì)傳感器提出了新的技術(shù)要求，目前智能感應(yīng)面臨的問題有以下四個(gè)方面。

（1）功率消耗。功率消耗過大，是傳感器的“歷史遺留”問題，在節(jié)約型的新社會(huì)，減少功率消耗，降低充電的次數(shù)，是亟待解決的問題。只有有效解決傳感器功率消耗問題，傳感器才會(huì)在更多設(shè)備上得到廣泛應(yīng)用，也有助于提高智能傳感器的適應(yīng)性。（2）外形因素。傳感器外形因素也是影響傳感器進(jìn)一步得到廣泛應(yīng)用的因素，傳感器因功能需求相對(duì)復(fù)雜，傳統(tǒng)傳感器產(chǎn)品外形較大，不利于日常應(yīng)用。（3）敏感性。傳感器由于其主要功能之一就是感受，所以要求其具有很好的分辨率和敏感性。（4）產(chǎn)品成本。傳感器的功能對(duì)其原材料的要求很高，這也導(dǎo)致了傳感器的成本高，目前我國(guó)主要的原材料來源于外國(guó)，雖質(zhì)量有所保證，但價(jià)格昂貴，而我國(guó)的傳感器原材料有相當(dāng)一部分無法保證其質(zhì)量。

5 智能感應(yīng)的發(fā)展趨勢(shì)

通過本創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目的開展和根據(jù)對(duì)傳感器各性能參數(shù)的理想化要求，項(xiàng)目組認(rèn)為今后智能感應(yīng)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)包括以下四個(gè)方面。

（1）不斷開發(fā)新材料、新工藝和開發(fā)新型傳感器。（2）逐步實(shí)現(xiàn)傳感器的多功能化、高精度化、集成化和智能化。（3）逐步實(shí)現(xiàn)傳感技術(shù)硬件系統(tǒng)與元器件的微小型化。（4）通過傳感器與其它學(xué)科的交叉整合，實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)化。

智能感應(yīng)椅訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)入結(jié)題階段，我們認(rèn)識(shí)到大學(xué)生必須善于學(xué)習(xí)，通過學(xué)習(xí)別人先進(jìn)的思想、理念、技術(shù)，領(lǐng)會(huì)其精髓，并將其應(yīng)用到實(shí)際工作中，達(dá)到結(jié)合具體情況，做到舉一反三、觸類旁通，最后通過總結(jié)分析，發(fā)現(xiàn)原來的不足，才能更好的改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉少強(qiáng)，張靖.現(xiàn)代傳感器技術(shù)——面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014（02）.

[2]張志勇，王雪文，翟春雪等.現(xiàn)代傳感器原理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014（01）.

[3]張磊.基于光子晶體光纖非線性效應(yīng)的超寬帶可調(diào)諧光源[D].清華大學(xué)，2014.

[4]馮亭.MOPA光纖激光系統(tǒng)放大級(jí)增益光纖特性與高質(zhì)量種子源關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京交通大學(xué)，2015.

基金項(xiàng)目：青島黃海學(xué)院2017年國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“智能感應(yīng)椅”，項(xiàng)目編號(hào)201713320060。

作者簡(jiǎn)介：王秀文（1997-），女，山東青島人，本科在讀，研究方向：工程造價(jià)。

*為通訊作者