泡沫液位传感器课程设计
摘要：泡沫是一种特殊的两相流形态，其力学、热学、光学等多种性能均与单相气体或液体有很大区别，由于泡沫的形成机理多样、性质变化复杂，至今尚无完善的研究理论体系，泡沫的液位测量在国内外也是一个空白，本文主要设计了一种液位控制器，它以8051作为控制器，通过8051单片机和模数转换器等硬件系统和软件设计方法，实现具有液位检测报警和控制双重功能，并对液位值进行显示，一种基于传热原理的测量泡沫液位的传感器，介绍了传感器的构造和原理，以及测量误差和动态响应的计算分析。
关键词：泡沫；液位检测；传感器；两相流；
Abstract：The foam is a special phase com pared w ith liqu id and gas．It ha s m any dif f erent cha r acters in m ech anics，therm oties，photology and soon，For different methods to generate fo amsand its special mechanism，even today there have not created a perfect theory system to deal with foam mediums．Foam level meas urement is also nearly to be all unreachable field by now．A kind of foam level sensor based on thermoties theory has be endeveloped，Introduces its structure 、principle 、analyses error and dynam icresponse of sensor．
Key Words ： Foam ；Level Detecting ；Sensor；8051Single chip microcomputer；
目录
摘要 (1)
前言 (3)
1课程概论 (4)
1.1课程设计现状 (4)
1.2泡沫详解 (5)
1.3设计方案 (6)
1.4方案设计流程图 (6)
2 系统设计 (8)
2.1 8051单片机 (9)
2.2 液位传感器设计 (10)
2.3 DAC0832 D/A 转换器 (12)
2.3.1 D/A转换原理 (12)
2.3.2 ADC0809转换芯片 (14)
2.4显示部分与键盘 (15)
2.5系统报警 (16)
3课程设计总结 (17)
参考文献 (18)
前言
随着国内传感器检测技术的发展，各种传感器被广泛的的应用于社会生活的方方面面。基于传感器技术的信息技术已经成为推动科学技术和国民经济高速发展的关键技术。传感器作为各种信息（各种物理量、化学量、生物量等）感知、采集的功能器件，已经越来越广泛地应用到国民经济的各个领域，特别是在自动检测和自动控制领域，传感器更是必不可少的重要工具。传感器作为信息采集的首要部件，是实现自动测量和自动控制的主要环节，是现代自动测量和自动控制的主要环节，是现代信息产业的源头和重要组成部分。因此，如何提高传感器测量技术的精确度，提高传感器功能器件的高稳定性和可靠性，是确保信息准确获取的可靠保证。
本系统是关于泡沫液位控制，在设计中主要有水位检测、按键控制、水位控制、显示部分、故障报警等几部分组成来实现液位控制。主要用水位传感器检测水位，用六个控制按键来实现按健控制，用三位7段LED显示器来完成显示部分，用变频器来控制循环泵的转速，并且通过模数转换把这些信号送入单片机中。把这些信号与单片机中内部设定的值相比，以判断单片机是否需要进行相应的操作，即是否需要开启补水泵或排水泵，来实现对液面的控制,从而实现单片机自动控制液面的目的。本设计用单片机控制，易于实现液位的控制,而且有造价低、程序易于调试、一部分出现故障不会影响其他部分的工作、维修方便、等优点。
1 课程概论
液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，它在工业生产的各个领域都有广泛的应用。泡沫是气一液联合构造的特殊形态，也是一种具有重要研究价值的边界形态。在自然界和工业生产过程中，普遍存在着大量的泡沫和泡沫性物质。在有些领域它们对人类的生产和生活起着积极的推动作用，比如泡沫浮选、啤酒制造和消防；然而有时候泡沫的形成却起着相反的作用，比如造纸过程和放射性废水浓缩过程，能否有效地监测和控制泡沫，直接关系着产品质量和生产效率。目前，生产和科研领域急需用于泡沫测量的仪表。
通过对泡沫的深入调研，开发一种基于传热原理的测量泡沫液位的传感器，介绍其构造和原理，并进行了测量误差和动态特性的计算分析。
在工业生产过程中，有很多地方需要对容器内的介质进行液位控制，使之高精度地保持在给定的数值。
液位控制一般指对某一液位进行控制调节，使其达到所要求的控制精度。液体的液位的自动控制,是近年来新开发的一项新技术,它是微型计算机软件、硬件、自动控制等几项技术紧密结合的产物,工程作业采用的是微机控制和原有的仪表控制,微机控制有以下明显优势:
1)直观而集中的显示各运行参数,能显示液位状态。
2)在运行中可以随时方便的修改各种各样的运行参数的控制值,并修改系统的控制参数,可以方便的改变液位的上限、下限。
3) 具有自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性；
1.1 课程设计现状
目前我国在泡沫液位传感器装置研究、生产、应用中仍处于发展期，经调查，更多科研究所在这方面开展的工作更看重的是理论和算法,数年来这方面的研究的论文较多,着重生产实际的很少。
一些发达国家在泡沫液位传感器系统研究、制造和应用上,已积累了很多经
验,奠定了基础,进入了国际市场。我国在新型测控装置与系统研究、制造、应用和经验上,与其他发达国家相比还存在差距,但是我国的研究人员已经克服很多困难,并在不断的摸索中前进,有望在相关领域赶上甚至超过发达国家的技术水平,这是发展趋势。
1.2 泡沫详解
随着现代科学技术的发展，对于泡沫的研究越来越受到各行业的重视，然而“泡沫”至今仍无统一的定义，人们也经常将它与其他状态的物质相混淆。英语中“泡沫”称为“foam”，常用的“bubble"是指“气泡”，而不是“泡沫”。
图：泡沫与气泡、气泡分散体示意图
(1)气泡：浮于气体中的单个液膜包裹气体物，如娱乐中吹的肥皂泡；
(2)泡沫：气多液少的“气／液”粗分散体，如污水处理产生的泡沫：
(3)气泡分散体：液多气少的“气／液”粗分散体，如液体中的气泡；
泡沫形成的基本要素为：气液接触，含助泡剂，并且发泡速度高于破泡速度。液体表面形成的泡沫如果不能够保持稳定，不会对外界产生明显的影响，影响泡沫稳定的主要因素是 Marangoni效应，又叫作“自我痊愈效应”、表面粘度、液膜表面电荷以及熵性双层互斥作用。
1.2.1泡沫的研究手段
目前泡沫的研究主要在两个方面：一是对于泡沫稳定性的研究，其重点在于增加泡沫流体的稳定性和消泡；二是对液体中气泡的动力学性质研究，主要研究方向有：在界面上气泡的生成理论、生长速率、动力学、脱离理论和数值模拟以及气泡传热传质的研究。泡沫的研究手段主要有：
(1)声学技术：
主要包括声学共振、脉冲探测，声纳复合频率反射方法，声学方法在海洋泡沫研究中使用较多；
(2)气泡陷阱：用激光束在液体内生成势阱，在力的不平衡作用下，
气泡停留在势阱里；
(3)照相方法：以调整摄影记录气泡的轨迹；
(4)电导方法：用探针测量电导率的变化，记录气泡。
1.2.2 泡沫的测量方法
(1)射线法：基于核辐射通过物质时被减弱的原理测量泡沫。
(2)辐照陷肼法：将特殊的固体弹性高聚物放置在液体中，过热的小液滴附着分布在上面，处于准稳态，容易被激发。当中子打击探测器表面液滴的原子时，产生的重离子反弹，形成热点，液体蒸发汽化，形成特殊的势能陷阱，周围的气泡被吸引在势肼中。用光纤观察表面气泡数量，可以确定气泡的特征。
(3)电导法：以电导探针测量电导率的变化，反映探针端部处于气泡的中央还是液体中。
(4)导电法：把电极一极装在液体中，另一极在液体上方，当泡沫出现时，使电极导电，反映泡沫高度。
1.3 设计方案
在该系统的设计流程图介绍，其中包括了对水位的检测，对补水泵的控制开和关，以及补水泵是否正常工作的报警。通过对水体液位进行的简易方便的操纵，可以准确得控制泵进行添加消泡剂或放水以适应工作的需要，并可防止故障的发生；
本程序段主要实现启动ADC0809转换器，并从A/D转换器采集信号的功能。
1.4方案设计流程图
本流程图设计简易合理，方便易于操控，能够针对水位的不同状态和不同外界条件进行控制,水位运行稳定、控制品质良好、控制效果明显改善;同时大大提高了控制系统的抗干扰能力,保证了工业
水体液位方面作业的稳定运行。
下图即为设计流程图
图：设计流程图
系统的原理是采用高亮二极管和光敏三级管所组成的液位传感器对液面进行控制,通过四对传感器分别安装在现场的四个不同的位置，由上至下测量水体的液位值。并把这四个液位状态通过模数转换器ADC0809传到单片机中,在通过3位七段LED显示器显示出液位的四种状态及报警安全提示。用LED显示是因为它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、光电转换效能高、寿命长等特点，根据当前的液位值和用户设定的水位决定是否进行开、关水泵,需要是否开启和关闭驱动阀门的电动机。
液位检测是通过四对由高亮二极管和光敏三极管所组成的液位传感器分别安装在四个不同的位置，由上至下四个输出端口分别接单片机的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口，实时对水位进行检测。当泡沫高度上升至淹埋控制器部份探极（> 20cm ）时，控制器首先发出一个报警开关信号，当报警状态维持若干秒钟（此称响应时间，可选），确认泡沫的持续存在后，控制器再发出一个控制开关信号，指挥打开电磁阀，投放消泡剂；为节省消泡剂，投放若干秒后（此称投放时间，可选），控制器指挥关闭电磁阀，停止投放；待消泡剂与泡沫充分混合，如泡沫仍未下降，则再投放，然后再停止......反复进行，直至泡沫高度下降到离开探极报警点为止。所以消泡剂的投放是间歇进行的，即投放一段时间，然后
停一段
“响应时间”，泡沫高度不降时再投。用户可通过选用不同的“响应时间”和“投放时间”达到最佳消泡效果。
本系统所使用的传感器性能稳定,测量准确,大大简化现场安装,具有较高的性价比,有较大的工程应用价值,而且利用计算机与组态软件技术对工业生产过程进行自动控制有着重要的意义。其优越性主要在于：首先，通过对水体液位进行的简易方便的操纵，可以准确得控制水泵进行添加水或放水以适应工作的需要，操作简单，经济效益好。其次，液体控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性。随着计算机控制技术应用的普及、可靠性的提高及价格的下降，工业以及其他方面的微机控制必将得到更加广泛的应用。
2 系统设计
液位控制是利用由高亮二级管和光敏三级管所组成的液位传感器，把液位的状态转换成模拟信号,再通过模数转换器ADC0809把输出状态直接接到单片机的I/O 接口，单片机经过运算控制，输出数字信号，输出接口接LED 进行显示,实现液位的报警和键盘的显示与控制；下图即是液位控制系统：
图：基于单片机的液位控制系统
由上图可观察到传感器通过对液面进行测量，输出模拟信号，再通过模数转换器把输入的模拟信号转换成数字信号，通过8051单片机的运算控制，在通过
LED进行显示,通过报警装置进行报警,报警显示之后再通过对阀门的开启实现对
水体的液位进行调节控制,阀门的驱动设备是电动机。
2.1 8051单片机
计算机芯片MCS-51是一个电脑晶片,英特尔公司生产系列。它是在MCS-48系列的基础上发展的高性能的8位单片机。所出的系列产品有8051、8031、8751。其代表就是8051。其他系列的单片机都以它为核心,所以本设计采用的核心芯片是8051单片机。CPU是它的核心设备,从功能上看,CPU包括两个部分:运算器和控制器,它执行对输入信号的分析和处理。
核心芯片控制信号采集、处理、输出三个过程。8051可以利用P0、P2口作控制总线，大大简化了硬件结构，并可以直接控制键盘参数输入、LED数据显示，方便现场调试和维护，使整个系统的通用性和智能化得到了很大的提高。
系统的原理是采用液位式传感器测量液体的液位值,通过单片机的转换与分析在LED上显示及输出控制;根据当前的液位值和用户设定的水位决定是否进行开关水泵,以及是否到达危险高、低水位,需要关闭阀门。
采用外部时钟电路，外接晶振和电容组成振荡器。
在对单片机设计中，P0口作为程序存储器扩展口，且是扩展并行输入/输出接口的接口，另外也作为模数转换的数据传输口,P2口为程序存储器扩展口的高八位地址总线口，P1口为输入/输出口。
Pin9:RESET/V
pd
复位信号复用脚，当8051通电，时钟电路开始工作，在RESET 引脚上出现24个时钟周期以上的高平，系统即初始复位。初始化后，程序计数器PC指向0000H， P0-P3输出口全部为高电平，堆栈指钟写入07H，其它专用寄存器被清“0”。RESET由高电平下降为低电平后，系统即从0000H地址开始执行程序。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）的状态，8051的初始态如下
表：寄存器初始状态
特殊功能寄存器初始态特殊功能寄存器初始态
ACC PSW 00H
00H
B
SP
00H
07H
07H DPL IP
IE TMOD SCON P0-P300H
00H
xxx00000B
0x00000B
00H
xxxxxxxxB
1111111B
TH0
TL0
TH1
TL1
TCON
SBUF
PCON
00H
00H
00H
00H
00H
00H
0xxxxxxxB
8051的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，此外，RESET/V
pd
还
是一复用脚，V
cc
掉电期间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失,此设计采用自动复位电路。
SW
上电自动复位
图：复位电路
2.2 液位传感器设计
在液体液位控制系统中,传感器的选择是非常重要的,传感器是能感受规定的被测量,并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置,它通常由敏感元件和转换元件组成,它的性能直接影响到整个检测系统,对检测精确度起着重要的作用。
传感器的种类很多,本设计主要采用的是由高亮二级管和光敏三级管所组成的光电传感器来对液位进行控制，在把检测的电信号通过ADC0809输入到单片机进行分析,在由LED进行显示和键盘控制,实行对液位的报警。
泛。
中。
V
I +
-
a 光敏三极管的结构示意图
b 基本电路
当光敏三极管它的集电结反向偏置，发射结正向偏置。无光照时仅有很小的穿透电流流过，当光线通过透明窗口照射集电结时，和光敏二极管的情况相似，将使流过集电结的反向电流增大，这就造成基区中正电荷的空穴的积累，发射区中的多数载流子(电子)将大量注人基区，由于基区很薄，只有一小部分从发射区注入的电子与基区的空穴复合，而大部分电子将穿过基区流向与电源正极相接的集电极，形成集电极电流IC。这个过程与普通三极管的电流放大作用相似，它使集电极电流IC是原始光电流的(l+β)倍。这样集电极电流IC将随入射光照度
的改变而更加明显地变化。
光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成,如下图光电传感器框图:
a) c)
2
1 3
1x23a)被测量是光
是有反射能
1-被
图：光电传感器框图
光电传感器通常由光源、光学通路和光电元件三部分组成，Ф1是光源发出
的光信号，Ф2是光电器件接受的光信号，被测量可以是x1或者x2，它们能够
分别造成光源本身或光学通路的变化，从而影响传感器输出的电信号I。光电传
感器设计灵活，形式多样，在越来越多的领域内得到广泛的应用。
2.3 ADC0809A/D转换器
A/D是把模拟信号转换成数字信号,把由传感器传来的液位控制的模拟信号
转换成数字信号,然后再通过8051单片机的分析处理进行LED显示和液位
和压力的报警。
2.3.1 D ／A 转换基本原理
D ／A 转换接口技术是应用系统后向通道典型应用技术之一。它涉及了D/A 转换芯片的选择参考电压源的配置、数字输入码与模拟输出电压的极性等问题，而其中最核心的问题是D ／A 转换芯片的选择与应用问题。
D ／A 转换器的基本功能是将一个用二进制表示的数字量转换成相应的模拟量。实现这种转换的基本方法是对应于二进制的每一位，产生一个相应的电流，而这个电流的大小正比于相应的二进制位的权。D ／A 转换器主要由三部分构成，即加权电阻解码网、受输入数字量控制的电子开关组和由运算放大器构成的电流转换器。电子开关组受输入二进制数据D7～DO 控制，当某一位为“1”时，则电子开关闭合，基准电压Vin 接电阻解码网络，使某一支路电阻上有电流流过。当某一位为“0”时，则电子开关断开，该支路电阻上无电流流过。加权电阻解码网络各支路的电阻值与二进制数据D7～DO 的“权”相对应，“权”大的电阻值小，“权”小的电阻值大。因此各支路的电流不仅决定于输入数字量的值(0或1)，还决定于“权”，各支路的电流如下：
1222
68222ref ref V V
I D D R R
==???0
00
8
8
1
111
78222222ref ref
ref
ref V V I D R R
V V I D D R R =
=???==???
因此，总电流为Iout ：
7
012345678
2(24)
2ref i out i i V I I I I I I I I I D R
==+++++++=
?-?∑
780
2(24)
2ref i i i V I D R
==
?-?∑
该总电流经电流转换器后有:
7
08
022ref i out out i i V V RI D E N
==-=-
?=-?∑
(25)-
其中
7
8
,2(26)
2ref i i i V E N D ==-∑
8
,2(26)
2
ref i i i V E N D ==-∑
由式（2-6）看出，尽管使用的网络结构不同，但对于D ／A 转换器的输入输出来说是等效的。就8位D ／A 转换器而言，每一数字输入位所代表的输出模拟量是其相邻的2倍，这样就组成二进制数字量到模拟量的转换器。
工作过程是：比较开始时，首先对二进制计数器(输出锁存器)的最高位置“1”，然后进行转换、比较判断。若模拟输入Uin 大于Ui ，比较器输出为1，则使输出锁存器的最高位保持为1。然后对较低的位依次按照该办法进行比较和调整，无论哪种情况，均应继续比较下一位，直到最末位为止。此时D ／A 转换器的数字输入(输出锁存器内容)即为对应模拟输入信号的数字量。将此数字量输
33335
8
4
444485
55538
6
666287
777
182222
22.2
22.2
22.222ref ref
ref ref ref ref ref ref ref ref V V I D D R R V V I D D R R V V I D D R R V V I D D R R V V I D D R
R
==???==???==???==???=
=???
出就完成了A／D转换过程。这种方法好比用天平称一个物体的重量，第一次放最大的砝码，若不合适，就改放小一号的，依次类推。一旦天平指示砝码太重说明刚才放进去的那个应当取走，显然对于n位的转换器，总共需要重复这种过程n次。
2.3.2 ADC0809转换芯片
传感器项目 规划设计方案规划设计/投资分析/实施方案
摘要 传感器作为现代信息产业的重要神经触角，是新技术革命和信息社会 的重要技术基础，广泛应用于各行各业。目前世界发达国家都大力布局传 感技术产业，中国的传感器市场发展很快，但本土高端传感器技术与世界 发达国家水平相比仍存在明显差距，很多核心技术都掌握在国外企业的手里，因此还有较大的提升空间。传感器是信息社会的重要技术基础，它 也是当前各发达国家竞相发展的技术。目前，活跃在国际市场上的仍然是 德国、日本、美国等国家。相比而言，我国的传感器产业发展较慢，80%以 上的传感器都依靠进口。我国物联网发展一直无法突破，缺乏“感知能力”正是一个重要原因。传感器产业的发展大体可分三个阶段：20世纪50 年代伊始，结构型传感器出现;20世纪70年代开始，固体型传感器逐渐发 展起来;20世纪末开始，智能型传感器出现并得到快速发展。到2025年，物联网带来的经济效益将在2.7万亿到6.2万亿美元之间，其中传感器作 为物联网技术最重要的数据采集入口，将迎来广阔的发展空间。流量传 感器、压力传感器、温度传感器占据最大的市场份额。我国对MEMS传 感器的研究虽然起步较晚，但重视程度深，投入力度大，出台了多项政策 文件，从关键技术研发、产业应用等多角度大力支持MEMS传感器的发展。 近年来，我国MEMS传感器持续保持快速增长。从产业链来看，我国智 能传感器产业生态也逐渐趋于完备，设计制造，封测等重点环节均有骨干 企业布局。这些传感器的生产企业主要集中在长三角地区，并逐渐形成以
北京、上海、南京、深圳、沈阳和西安等中心城市为主的区域空间布局。从企业分布来看，传感器企业主要分布在华东地区、京津及东北地区、珠三角地区、中西部地区四大产业聚集区。其中，华东地区传感器企业数量最多，后面是珠三角地区、京津及东北地区、中西部地区。此外，传感器产业伴随着物联网的兴起，在其它区域，如陕西、四川和山东等地也逐步发展起来。目前，我国国内供给能力不足，跨国公司占据超过60%的市场份额，特别是高端产品几乎全靠进口补给，80%的芯片依赖国外;剩余的份额也只要集中在几家上市公司手中，占领国内MEMS市场的40%以上;国内MEMS企业中70%的是中小企业，产品主要集中在中低端。中国MEMS 传感器市场的起步和发展与中国3C产品(包括计算机、通信和消费类电子产品)及汽车电子产品保持快速增长、全球电子整机产业向中国转移密切相关，而智能手机又是3C产品中MEMS传感器应用最为集中的领域，因此中国MEMS传感器的市场构成以汽车电子和智能手机相关传感器为主。分行业来看，消费电子目前是中国MEMS传感器最大的应用领域，其次是工业控制和汽车电子，三者合计占据总市场份额的75%以上。未来几年，伴随着新产品和新应用在汽车电子、以智能手机和平板电脑为代表的3C产品和医疗电子中进一步渗透，压力传感器、加速度传感器、微机械陀螺和麦克风等4类重要传感器之外，主要应用于医疗电子的生物微流控系统和应用于智能手机的微镜阵列的市场份额也将进一步增加。物联网、云计算、大数据、人工智能应用的兴起，推动传感技术由单点突破向系统化、体系化
泡沫液位传感器课程设计 摘要：泡沫是一种特殊的两相流形态，其力学、热学、光学等多种性能均与单相气体或液体有很大区别，由于泡沫的形成机理多样、性质变化复杂，至今尚无完善的研究理论体系，泡沫的液位测量在国内外也是一个空白，本文主要设计了一种液位控制器，它以8051作为控制器，通过8051单片机和模数转换器等硬件系统和软件设计方法，实现具有液位检测报警和控制双重功能，并对液位值进行显示，一种基于传热原理的测量泡沫液位的传感器，介绍了传感器的构造和原理，以及测量误差和动态响应的计算分析。 关键词：泡沫；液位检测；传感器；两相流； Abstract：The foam is a special phase com pared w ith liqu id and gas．It ha s m any dif f erent cha r acters in m ech anics，therm oties，photology and soon，For different methods to generate fo amsand its special mechanism，even today there have not created a perfect theory system to deal with foam mediums．Foam level meas urement is also nearly to be all unreachable field by now．A kind of foam level sensor based on thermoties theory has be endeveloped，Introduces its structure 、principle 、analyses error and dynam icresponse of sensor． Key Words ： Foam ；Level Detecting ；Sensor；8051Single chip microcomputer；
设计题（20分，每个10分） 1．依据已学知识设计一光纤位移传感器（要求画出框架图，并解释位移与输出信号的关系） 2．依据已学知识设计一种加速度传感器（要求画出结构图并注明所用的敏感元件） 3．用所学知识设计出一种压力传感器，说明他的工作原理？ P103 图4.10 光纤测压传感器或者P151 图6.26 对中套管 光纤 厚的膜片 0.254 mm 膜片管 2 . 7 6 9 3 . 9 3 7 4 . 8 2 6 4．光纤干涉仪有较高的灵敏度，具有非常大的动态范围等优势。利用集成
电路技术和目前的电光技术起来，请画出集成的迈克尔逊(Michelson)干涉仪，并写出具体部件。 激光器光探测器3 dB耦合器 反射的光纤端面 换能器 5．依据已学知识设计一硒蒸发膜湿度传感器（标明电极） 图见书本P187 页 6．用热释电传感器设计一个热释电报警器? 7．CCD图像传感器的工作原理？ 8．依据已学知识设计一容器内液体重量传感器 9．依据已学知识设计一种热释电传感器（要求画出结构图并注明所用的敏感元件）
10． 画出你所认知的一种光电式传感器，要求注明结构 如图是光电管 11． 设计微弯光纤传感器104页 12． 依据已学知识设计一种筒式压力传感器（要求画出结构图并注明所用的敏感元件） 13． 依据已学知识设计一应变式感器（要求画出结构图并注明所用的敏感元件） 补偿片 工作片
应变电阻1和4沉积在杆的凹面处 应变电阻2和3沉积在杆的凸面处 14．依据已学知识，设计一个用差动变压式加速度传感器来测量某测试台平台振动的加速度（只画出原理图） 15．依据所学知识，设计一种实现自相关检测传感器（只画出原理图） 16．依据已学知识设计一种零差法检测的光纤相位传感器（要求只画出框架图）
传感器教案. -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
教案
第一章概述—传感器技术基础知识1.1传感器的定义及组成 1.1.1 定义 国家标准（GB/T7665-1987）规定：传感器是一种能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。也叫发送器；传送器；变送器；Transducer/Sensor等。 对定义的理解： 它是测量装置； 输入量是某一被测量（物理、化学、生物等）； 输出量是某种物理量（气、光、电等），主要是电物理量； 输出输入有对应关系，并应有一定的精度 1.1.2 传感器的组成 传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成，组成框图如图示。 1.2传感器的分类 1.2.1按工作机理分 （1）物理型 按构成原理：结构型；物性型电信号 非电物理量 敏感元件转换元件接口电路 辅助电源
结构型：是以结构（如形状、尺寸等）为基础，利用物理学中场的定律构成的，动力场的运动定律、电磁场的电磁定律等。必须依靠精密设计的结构予以保证。如：磁隙型电感传感器、电动式传感器等。 物性型：是利用物质定律构成的，利用某些功能材料本身所具有的内在特性及效应把被测量直接转换为电量。虎克定律、欧姆定律等。主要依靠材料本身的效应来感应信息。如：光电管（外光电效应）、压电晶体（正压电效应）、光敏电阻、所有半导体传感器、以及所有利用各种环境变化而引起的金属、半导体、陶瓷、合金的性能变化的传感器。 按能量转换情况：能量控制型、能量转换型 能量控制型：在信息变化过程中，其能量需要外电源供给。如：电阻、电感、电容、基于应变电阻效应、磁阻效应、热阻效应、光电效应、霍尔效应等。 能量转换型：主要由能量变换元件构成，它不需要外电源。如：压电效应、热电效应、光电动势效应等。 按物理原理 电参量式（包括电阻式、电感式、电容式等三个基本形式）、磁电式（包括磁电感应式、霍尔式、磁栅式等）、压电式、光电式（包括一般光电式、光栅式、激光式、光电码盘式、光导纤维式、红外式、摄像式等）、气电式、热电式、波式（包括超声波式微波式等）、射线式、半导体式、其它原理等。可以是两种以上原理的复合形式。 （2）化学型 利用电化学反应原理，把无机和有机化学物质的成分、浓度等转换为电信号的传感器。最常用的是离子选择性电极。核心部分是离子选择性敏感膜。广泛应用于化学分析、化学工业的在线检测
传感器项目 可行性方案 规划设计/投资分析/产业运营
传感器项目可行性方案说明 我国传感器行业发展痛点为：关键技术有待突破。国内传感器在高精度、高敏感度分析、成分分析和特殊应用等高端方面与国际水平差距巨大，中高档传感器产品几乎完全从国外进口，绝大部分芯片依赖国外，国内缺 乏对新原理、新器件和新材料传感器的研发和产业化能力；在设计技术、 封装技术、装备技术等方面存在的差距也较大。国内尚无一套有自主知识 产权的传感器设计软件，国产传感器可靠性比国外同类产品低1-2个数量级，传感器封装尚未形成系列、标准和统一接口，部分传感器工艺装备研 发与生产被国外垄断。我国传感器技术的核心及关键技术都有待突破，技 术研发及创新能力亟待提升。企业竞争实力不足。我国的传感器企业虽 然数量众多，但大部分都属于中小型企业，且大都面向中低端领域，基础 薄弱，研究水平不高，整体规模及效益较差。许多企业都是引用国外的芯 片加工，自主创新能力薄弱，自主研发的产品较少，产品结构缺乏合理性，在高端领域几乎没有市场份额。企业的技术实力较弱，很多是与国外合作 或进行二次封装，已经突破的科研成果转化率低，产业发展后劲不足，综 合实力较低。从目前市场份额和市场竞争力指数来看，外资或国际企业仍 占据着有利地位，国内传感器企业的发展面临巨大挑战。国际差距明显。尽管中国传感器制造行业取得长足进步，但与国际发达国家相比仍存在明
显差距。利好政策推动行业快速发展：2014年以来，我国政府出台了多项战略性、指导性政策文件，推动我国传感器及物联网产业向着融合化、创新化、生态化、集群化方向加快发展。2017年5月，工信部聚焦智能终端、物联网、智能制造、汽车电子等重点应用领域，有效提升了中高端产品供给能力，推动了我国智能传感器产业加快发展。总体目标是，到2019年，我国智能传感器产业取得明显突破，产业生态较为完善，涌现出一批创新能力较强的国际先进企业，技术水平稳步提升，产品结构不断优化，供给能力有效提高。在国家政策的大力支持下，本土传感器企业有望提升技术从而摄取更多的市场份额。2017年12月，工信部明确提出要重点发展智能传感器等相关产业，智能传感器技术产品实现突破，支持微型化及可靠性设计、精密制造、集成开发工具、嵌入式算法等关键技术研发，支持基于新需求、新材料、新工艺、新原理设计的智能传感器研发及应用。到2020年，压电传感器、磁传感器、红外传感器、气体传感器等的性能显著提高。在模拟仿真、设计、MEMS工艺、封装及个性化测试技术方面达到国际先进水平，具备在移动式可穿戴、互联网、汽车电子等重点领域的系统方案设计能力。物联网产业发展：一般来说，物联网在结构上通常划分为感知层、网络层和应用层三个部分。其中，感知层作为数据采集的源头，是物联网实现的基础。在感知层，最重要的组件就是各种各样的传感器。在物联网产业的推动下，智能手机、可穿戴、虚拟现实、智能硬件、视频交互与安防监控、机器人、3G/4G通信技术的普及，5G技术
哈尔滨远东理工学院传感器课程设计小型称重系统设计 姓名： 专业：电子信息工程 学号： 指导教师： 机器人学院 二0一七年六月二十五日
目录 第1章绪论............................................... 错误!未定义书签。 选题背景............................................... 错误!未定义书签。 目的和意义............................................. 错误!未定义书签。第2章设计方案及其论述..................................... 错误!未定义书签。 模型建立及电路原理..................................... 错误!未定义书签。 电路图 (4) 第3章数据图表及分析 (6) 数据图表 (6) 数据分析 (7) 结论 (8)
第1章绪论 选题背景 称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子称重器是电子称重器中的一种，称重器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，称重器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。因此，称重技术的研究和称重器工业的发展各国都非常重视。工业生产中，称重传感器已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域，可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。本实验是利用金属箔式应变片设计一个小型称重装置。硬件部分是在Multisim中仿真设计，使用电压变化进行模拟测量物体重量从而达到实验效果。 目的和意义 1）掌握金属箔式应变片的应变效应，单臂、全桥电桥工作原理和性能。 2）学会建立仿真模型。 3）比较单臂双臂与全桥电桥的不同性能、了解其特点。 4）学会使用全桥电路。 5）了解物体重量与电压的关系效应。 6）了解电路原理。
成都航空职业技术学院 航空制造工程系 传 感 器 设 计
本学期由于我们部分同学后半学期在厂顶岗实习，老师特安排我们自主设计一个传感器以报告的形式上交。经过我前半学期所学的传感器知识和我上网搜集资料我做了一下设计：本次是设计差动变面积式电容位移传感器，以及测量电路的设计。利用电容式传感器非接触测量的特性，测量微小位移的变化，由于位移的变化引起电容的变化，将电容的变化量转换成电压的变化，由电压的变化测出位移的变化量。本设计主要目的是如何利用设计的差动变面积式位移传感 器与转换原件，尽量消除外界干扰引起的误差，高精度测出位移的变化量。 图1为差动式圆柱形电容传感器的原理简图，此传感器由三个圆柱形电容极板组成，中间为气体介质，两两构成电
容器。当中间的极板上下移动式，它与上下两个极板组成的电容器的面积就会改变，当中间电容极板向上移动时，与上边极板间面积增大，与下极板间面积减小；反之，当中间极板向下运动时，与上极板面积减小，与下极板间的面积增大。所以导致两个柱形电容总能保持一个增大一个减小的状态，由此构成了差动电容。 圆柱式电容的计算公式为C=2πεx/ ln(D/d) 式中：x为内、外电极重叠部分的长度；D、d分别为外电极内径与内电极外径。当重叠部分长度x发生变化时，电容的变化量为 灵敏度为K ΔC/Δx 2πε/ln(D/d) 设计一个圆柱式差动变面积电容位移传感器测量大位移，可以测量0~±1mm的距离，传感器由两组定片盒一组动片组成。当动片上、下改变位置，与两组静片之间的重叠面积发生变化，极间电容也发生相应变化，成为差动电容。将上层定片与动片形成的电容定位Cx1，下层定片与动片形成 的电容定为Cx2，当Cx1和Cx2 接入桥路作为相邻臂时， 桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与动片的位移有关。 1．电容传感器工作特性 电容式传感器具有灵敏度高、精度高等优点。相对与其他传感器
传感器与运动 1.物理观念 通过传感器实时数据和图象显示，对超重和失重现象有更直观的认识； 2.科学思维 通过传感器获得的数据进行描点、拟合，证明平抛运动的轨迹为抛物线 3.科学探究 (1)能正确运用传感器以及相关物理器材，实施实验探究方案； (2)会使用胜昔eLab实验软件处理数据，获得探究结果，得出实验结论； 4.科学态度与责任 通过传感器对运动的探究，增强学生学习和研究物理的好奇心。 教学重点：正确运用传感器以及相关物理器材，实施实验探究方案 教学难点：会使用胜昔eLab实验软件处理数据，获得探究结果，得出实验结论； 新课引入： 在学习超重和失重时，在课后练习题中，我们遇到了一道人下蹲和起立过程的超重、失重的图像题，很多同学都不能很好的理解。本节课第一阶段，我们将利用传感器和计算机探究人下蹲和起立过程的超重、失重问题。 新课教学： 接下来，我们通过实验来探究一下这个问题： 实验1 超重和失重现象 实验目的 通过传感器实时数据和图象显示，对超重和失重现象及其物理含义有较 深刻的认识。 实验原理 通过采集物体对力传感器产生的瞬时拉力或压力数据，并与物体所受的 实际重力相比较，认识理解超重和失重现象。 实验器材 双向力传感器、钩码、计算机、数据采集器、胜昔eLab实验软件等。 实验装置图：如图1-1。 实验操作步骤 1．将一只双向力传感器接入数据采集器。 2．点击胜昔专用软件主界面上的实验条目“超重失重”，打开该软件。 3．观察胜昔eLab实验软件是否显示“传感器连接正确，可以进行实验”。 【第一组探究】 4．分工合作进行实验： ①甲同学做电脑操作员，点击电脑屏幕上的“开始记录” ②乙同学做运动员，对传感器进行软件调零后，在双向力传感器测钩上挂大钩码，然后用右手提着传感器，先起立，再蹲下，得到实验结果（图1-2）。 图1-1 图1-2
机器人设计方案 一、设计要求 设计一具有独立前进、转弯、后退、避障、救人等功能的救援机器人。 二、设计任务 1.电子控制组：设计好控制电路及原理图，各类传感器电路及稳压电源，并制作成 独立模块，按程序要求进行调试（超声波、雷达和红外线传感器的感应距离）。 2.机械设计组：设计机器人各部分结构（包括机械手、身躯、底盘）以及各类传感 器模块的安装。 3.程序设计组：按照具体设计要求进行编程及调试、烧录等工作。 三、设计思路 机器人在封闭场地内利用红外线传感器自动搜索安装了红外线发射管的洋娃娃。 一旦发现目标便向目标靠近，途中发现障碍物则侧移距离L或转弯角度a然后继续前进，当机器人与洋娃娃之间距离达到S（此时红外线传感器比超声波传感器或雷达优先级更高）时，触发控制机械臂抓向小人，机械臂的“手指”部分装有压力传感器（或轻触开关代替触觉传感器实现），当抓紧小人时触发单片机控制（入口设一200W 白炽灯光感返回或者程序倒退返回）机器人返回，并翻转电机松开洋娃娃。 四、场地模拟 有一封闭场地并设立一入口， 反转松开小人并复位。 五、机器人运作流程图：
六、 电路模块设计 1.超声波发射电路：
2.超声波接收电路： 4.红外线接受电路 5.直流电机的驱动电路 6.5V 与12V 直流电源电路 7.压力或触觉传感器 8.步进电机驱动电路（1）：
步进电机驱动电路（2） 环境虚拟到内存以二维数组 存储（一个元素代表一个固 机器行走时记录行走过的位 置（只有正向行走时才记录）。 机器人救援分成三部分：循迹、 救援、返回。循迹又分找到前 和找到后（大概方位）。 4、 个部分流程图如下： 机器人俯视图 可以保证只接受到一个直线放 向的红外线而不被其他方向的 红外线干扰，在机器人前方装 有5个或7个红外线接收头，数目越多搜索越精确。
光电传感器的设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
光电传感器的设计 题目：光电传感器的设计 院（系）：信息工程学院 专业：光电信息科学与工程 姓名：褚飞亚 学号： 20 指导教师：张洋洋 2016年6月27号
摘要 随着信息技术的迅猛发展，传感器的应用技术也在飞速发展，新的应用技术呈现出爆炸式的发展。传感器作为作为测控系统中对象信息的入口，作为捕获信息的主要工具，在现代化事业中的重要性已被人们所认识。光电传感器的应用技术为信息科学的一个分支，俗称“电眼”。它是将传统光学技术与现代微电子技术以及计算机技术机密结合的纽带，是获取光信息或借助光提取其他信息的重要手段。现如今汽车成为大多数人必不可少的东西。经常开车的朋友们，应该都有过这样的苦恼每次开车到了单位或者小区大门口都要等门卫来开门或者等其按动电动门的开关,既费时间又费人力,如果巧妙地利用光电传感器就可以实现光控大门。所以借此次课程设计来设计一个光控大门，即把光敏电阻装在大门上并且在汽车灯光能照到的地方,把带动大门的电动机接在干簧管的电路中,那么夜间汽车开到大门前,灯光照射到光敏电阻时,干簧继电器就可以自动接通电动机电路,电动机就能带动大门打开。这样就解决了上述的问题。
目录 1、设计要求...............................................错误!未定义书签。 功能与用途 ............................................................................................. 错误!未定义书签。 指标要求 ................................................................................................. 错误!未定义书签。 2、光电传感器介绍及工作原理 ...............错误!未定义书签。 、光电传感器 ......................................................................................... 错误!未定义书签。 工作原理 ................................................................................................. 错误!未定义书签。 3、方案设计...............................................错误!未定义书签。 4、元件选择和电路设计 ...........................错误!未定义书签。 元件选择 ................................................................................................. 错误!未定义书签。 电路设计 ................................................................................................. 错误!未定义书签。 5、总结.......................................................错误!未定义书签。参考文献.....................................................错误!未定义书签。
差动变面积式电容位移传感器的设计 摘 要:介绍了一种用于差动电容式小位移传感器的信号检测电路。该电路由相敏检波电路、移相电路以及低通滤波器三部分组成,采用相敏检波原理,能很好地实现1mm 以内的位移测量,并能够很好地判断出位移的方向。该电路结构简单、便于调试、使用方便、成本低。采用该检测电路对差动电容小位移转换电桥的输出信号进行处理,实验结果表明:此方法具有较好的稳定性和抗干扰性,线性度达0.492%,灵敏度达2.3PF/mm 。 一、引言 在科学研究和工业生产中,电容式传感器已经成为非常重要的一种测试装置,在位移、压力、物质成分、物位、加速度等参量测试中都有着广泛的应用。电容式传感器具有结构简单、非接触测量、灵敏度高、动态响应特性好、稳定性好等优点。电容式传感器的输出信号与被测量的变化有着直接的关系,而且,通常都非常微弱,因此,如何将微小电容变化测量出来,传感器后续的检测电路就显得非常重要。目前,已有不少学者提出了一些解决方法,如,谐振法、振荡法、开关电容法、AC 电桥法、运算放大器检测法等。本文将介绍一种基于相敏检波技术的差动电容式小位移传感器的检测电路。该方法简单易行,其最大的优点在于可以判断电容式位移传感器的位移方向。这在位移测量中是十分重要的。 二、理论设计方案及论证 1、 参数要求： 1)测量范围（mm ）：0~±1mm 2)线性度（%Fs ）：0.5 3)分辨率（μm ）：0.01 4)灵敏度（PF/mm ）:2.3 2、方案讨论 电容式传感器由集敏感元件和转换元件为一体的电容量可变的电容器和测量电路组成，其变量间的转换关系如图所示。 1）传感器电容变换元件类型的选择： （1）测量范围小，如位移1μm 至10mm ，且当线性范围也小时，常采用差动结构。 （2）圆柱式电容，常用于测量大位移，其线性范围也较大。 2）测量电路的选择： 测量电路种类很多，常用的有电桥电路，调频电路，脉冲调宽电路，运算放大器式电路和二极管双T 型交流电桥电路等。测量电路主要依据选定的电容变换器的种类、用途、灵敏度、精度及输出形式等技术要求 来确定。 3、变面积式电容位移传感器的工作原理： 常用圆柱式电容器测量大位移，其电容计算式为：r R ln x 2C πε=
传感器及其工作原理》教学设计
过程新课引 教师活动 概念引入：上课之前，老师先为大家表演一个小魔术，这是一辆遥控小车，老师可以用手来遥控它的发动与停止，大家来试一试，你们的手是否同样能做到呢？下面就是见证奇迹的时刻！ 老师提问：同学想一想为什么老是的手会有魔力呢？ 教师讲解：小车上方安装了干簧干，老师手中入隐藏了小此片，它们共同组成了能感应磁场的开关，他也是我们今天要学习 的传感器的一种。 板书】课题：传感器及其工作原理 学生活动 学生仔细观察魔 术，然后模仿老师试着 用手去遥控未发动的小 车，发现不能是小车发 动。 同学们互相交流 后发现小车被改装过 意图 用魔 术的形式 吸引学生 的眼球， 调动学生 学习的兴 趣，并积 极思考。 新课教学生活中有哪些运用传感器的实例呢？老师为大 家准备了几个例子： 能感应人体温度的自动水龙头，能感应自身位移 的光电鼠标等思考：它们的他、共同特征在哪 里？ 引出传感器的概念： 传感器：指这样一类原件，它能够感受诸如 力、温度、光、声、化学成分等物理量，并能把 它们按照一定的规律转换为便于传送和处理的另 一个物理量（通常是电压、电流等电学量），或 转换为电路的通断。 让学生了解生活中 有哪些地方用到传感器， 并思考传感器的共同特 征，互相交流，表达自己 的观点，不同的观点进行 辩论。 回答：它们可以感知温 度，光照，磁场等物理 量 结合课件，记忆并理 解传感器的概 念。 让学 生了解传 感器给生 活带来的 积极影 响，培养 学生发现 问题的能 力，体现 从生活走 向物理的 理念。
【板书】传感器： 非电学量→电学量 老师提问：上面几种传感器量的转换关系是怎样的？回答：干簧干：磁场→电路通断水龙头：温度→电路通断光电鼠标：位移→电信号 引 入新课实验探究 传感器其实并不神秘，它们已经悄无声息地 走进了我们的生活。既然传感器在我们的生活中 有广泛的运用，老师和同学们一起学习传感器的 重要元件 演示实验1】探究光敏电阻的特性 电路图 从生 活的问题 入手，创 设情境， 引入实 验，激发 学生探究 的兴趣。 对该传感器作用强中弱三种不同程度的光照 强度： ①用不透光的小盒子该在该传感器上 学生猜想：小盒子移开 和盖上去是不是改变 了光照强度呢？ 让学 生初步体 验科学探 索的思维 程序，锻 炼实验探 究的科学 素养。 以师 生互动的 方式培养 学生的观 察能力和 语言表达 能力。
传感器项目 规划设计方案 规划设计/投资方案/产业运营
传感器项目规划设计方案说明 传感器最早出现于工业生产领域，主要被用于提高生产效率。随着集 成电路以及科技信息的不断发展，传感器逐渐迈入多元化，成为现代信息 技术的三大支柱之一，也被认为是最具发展前景的高技术产业。正因此， 全球各国都极为重视传感器制造行业的发展，投入了大量资源，目前美国、欧洲、俄罗斯从事传感器研究和生产厂家均在1000家以上。在各国持续推 动下，全球传感器市场保持快速增长。随着全球市场对传感器的需求量不 断增长，传感器市场规模仍将延续增长势头。我国传感器制造行业发展 始于20世纪60年代，在1972年组建成立中国第一批压阻传感器研制生产 单位;1974年，研制成功中国第一个实用压阻式压力传感器;1978年，诞生 中国第一个固态压阻加速度传感器;1982年，国内最早开始硅微机械系统(MEMS)加工技术和SOI(绝缘体上硅)技术的研究。20世纪90年代以后，硅微机械加工技术的绝对压力传感器、微压传感器、呼吸机压传感器、多 晶硅压力传感器、低成本TO-8封装压力传感器等相继问世并实现生产，传 感器技术及行业均取得显著进步。进入21世纪，传感器制造行业开始 由传统型向智能型发展。智能型传感器带有微处理机，具有采集、处理、 交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。由于智能型 传感器在物联网等行业具有重要作用，我国将传感器制造行业发展提到新
的高度，从而催生研发热潮，市场地位凸显。同时，受到汽车、物流、煤 矿安监、安防、RFID标签卡等领域的需求拉动，传感器市场也得到快速扩张。尽管中国传感器制造行业取得长足进步，但与发达国家相比仍存在 明显差距。这种差距体现在：产品品种不全、规格少，新品欠缺;科技创新差，拥有自主知识产权的产品少;工艺装备落后，产品质量差;人才资源匮乏，产业发展后劲不足;统筹规划不足，科研投资强度偏低，科研设备落后，科研和生产脱节;政府重视不够, 对传感器技术重要性的认识滞后于计算机 技术和通讯技术。正因此，美国、日本、德国占据全球传感器市场近七成 份额，而中国仅占到10%左右。企业竞争方面，中国传感器市场七成左 右的份额被多家主要参与全国传感市场的外资企业占据。而我国传感器 制造行业多以中小企业为主，主要集中在长三角地区。2017年，我国规模 以上传感器制造企业数量为298家，比上年增加7家。其中中小型企业数 量占据绝大部分，大型企业数量较小。虽然暂时处于落后，但中国企业 并未毫无追赶机会。例如，在世界范围内传感器增长最快的汽车领域，中 国就已占据着一定地位。数据显示，中国占全球汽车传感器市场份额达到14.20%，仅次于欧洲，超过了美国和日本。总体来说，在传感器系统向 着微小型化、智能化、多功能化和网络化的方向发展下，我国企业仍有弯 道超车的机会，未来有望出现产值超过10亿元的行业龙头和产值超过5000万元的小而精的企业。
目录 摘要 (1) 一课程设计任务和功能要求 (1) 1.1设计应用背景 (1) 1.2设计原理 (1) 1.3系统结构 (2) 二传感器模块设计 (3) 2.1脉冲信号的获得 (3) 2.2霍尔传感器 (3) 2.3光电传感器 (3) 2.4光电编码器 (4) 2.5三套方案的选择与比较 (4) 三.设计总结 (5) 3.1硬件连接 (5) 3.2实验程序及分析 (6) 3.4原理图 (7) 3.5 PCB原理图 (7) 四.设计总结 (8) 五.参考文献 (9) 六.成员及分工情况 (9) 附录 (9)
摘要 测速是工农业生产中经常遇到的问题，学会使用单片机技术设计测速仪表具有很重要的意义。要测速，首先要解决是采样的问题。在使用模拟技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将脉冲送入单片机中进行计数，即可获得转速的信息。 关键词：拾取信号光电传感器霍尔传感器光电编码器转速 一课程设计任务和功能要求 任务： 电机转速自动检测 功能要求： 请设计一种电机转速监控装置，能够提供电机转速的电量信息。 1.1设计应用背景 电动机作为风机、水泵、机床等设备的动力，广泛应用于工业、农业、商业、公用设施、制造业等各个领域，在我国，电动机的用电量已经占到社会总用电量的60％以上。我国能源相对缺乏，优质能源严重短缺，同时巨大的能源消耗引起的环境污染已在某种程度上制约了经济的发展，从节约能源，保护环境出发，我国开展了很多节能研究工作电动机作为量大面广的机电产品，降低电动机的损耗、提高电动机的效率已成为节能降耗、降低生产成本、追求经济效益最大化的重要手段，是利国利民的大事。对老式耗能大的电动机必须进行节能改造，因此，研究其节能问题具有非常重要的意义。 1.2设计原理 （1）利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一圆盘，在圆盘上挖一小洞，小洞上下分别对应着光发射和光接收开关，圆盘转动一圈即发光电管导通一次，利用此信号作为进行脉冲计数所需。 （2）计数脉冲通过计数电路进行有效的计数，按照设计要求每一秒种都必须对计数器清零一次，因为电路实行秒更新，所以计数器到译码电路之间有锁存
传感器项目规划设计方案 投资分析/实施方案
传感器项目规划设计方案 传感器最早出现于工业生产领域，主要被用于提高生产效率。随着集 成电路以及科技信息的不断发展，传感器逐渐迈入多元化，成为现代信息 技术的三大支柱之一，也被认为是最具发展前景的高技术产业。正因此， 全球各国都极为重视传感器制造行业的发展，投入了大量资源，目前美国、欧洲、俄罗斯从事传感器研究和生产厂家均在1000家以上。在各国持续推 动下，全球传感器市场保持快速增长。随着全球市场对传感器的需求量不 断增长，传感器市场规模仍将延续增长势头。我国传感器制造行业发展 始于20世纪60年代，在1972年组建成立中国第一批压阻传感器研制生产 单位;1974年，研制成功中国第一个实用压阻式压力传感器;1978年，诞生 中国第一个固态压阻加速度传感器;1982年，国内最早开始硅微机械系统(MEMS)加工技术和SOI(绝缘体上硅)技术的研究。20世纪90年代以后，硅微机械加工技术的绝对压力传感器、微压传感器、呼吸机压传感器、多 晶硅压力传感器、低成本TO-8封装压力传感器等相继问世并实现生产，传 感器技术及行业均取得显著进步。进入21世纪，传感器制造行业开始 由传统型向智能型发展。智能型传感器带有微处理机，具有采集、处理、 交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。由于智能型 传感器在物联网等行业具有重要作用，我国将传感器制造行业发展提到新
的高度，从而催生研发热潮，市场地位凸显。同时，受到汽车、物流、煤 矿安监、安防、RFID标签卡等领域的需求拉动，传感器市场也得到快速扩张。尽管中国传感器制造行业取得长足进步，但与发达国家相比仍存在 明显差距。这种差距体现在：产品品种不全、规格少，新品欠缺;科技创新差，拥有自主知识产权的产品少;工艺装备落后，产品质量差;人才资源匮乏，产业发展后劲不足;统筹规划不足，科研投资强度偏低，科研设备落后，科研和生产脱节;政府重视不够, 对传感器技术重要性的认识滞后于计算机 技术和通讯技术。正因此，美国、日本、德国占据全球传感器市场近七成 份额，而中国仅占到10%左右。企业竞争方面，中国传感器市场七成左 右的份额被多家主要参与全国传感市场的外资企业占据。而我国传感器 制造行业多以中小企业为主，主要集中在长三角地区。2017年，我国规模 以上传感器制造企业数量为298家，比上年增加7家。其中中小型企业数 量占据绝大部分，大型企业数量较小。虽然暂时处于落后，但中国企业 并未毫无追赶机会。例如，在世界范围内传感器增长最快的汽车领域，中 国就已占据着一定地位。数据显示，中国占全球汽车传感器市场份额达到14.20%，仅次于欧洲，超过了美国和日本。总体来说，在传感器系统向 着微小型化、智能化、多功能化和网络化的方向发展下，我国企业仍有弯 道超车的机会，未来有望出现产值超过10亿元的行业龙头和产值超过5000万元的小而精的企业。
声控楼道路灯电路图 单向可控硅PCR606J引脚图及外形图 分立元件声光控灯电路图 [图]声控楼道路灯电路图元器件清单： R1 220K R2 18K
R3 27K R4 18K R5 3M R6 200 R7 470K R8 750K C1 22μf 50v C2 22μf 50v C3 0.01μf C4 22μf 50v Q1 S9014 Q2 S9014 Q3 C945 SCR单向可控硅 PCR606J D1 1N4007 D2 1N4007 D3 1N4007 D4 1N4007 MC 驻极体话筒
LDR 光敏电阻 负载功率小于40W 静态功耗0.2W 提问人的追问2010-12-23 17:05 能具体的说一下原件的功能及原理吗？ 团队的补充2010-12-23 17:26 1.声控开关／这里你指的是红外感应开关回路， 2.太阳能电源为直流或者交流输入电压单元 3.定时器串起并作互锁模式 4.昼夜交叉时间定时器作辅助功能 5.双电源保护模式也是互锁模式 6.三极管用于电路电压放大功能，二极管作滤波整流桥或者单向开关指示灯，电容作通交流阻直流． 提问人的追问2010-12-23 17:31 我要用蓄电池供电，蓄电池没电时自动换220V的家用电源供电该怎么实现？ LED灯制作电路图 20
[ 标签：, ] 90个灯珠，分三组。每个灯珠------需要3.2V电压，15mA电流。求解： C1,C2,R1,R2,R3.各需要多少的规格和参数。希望解题人回答完善具体，最好写上步骤。在此先谢上了。 回答:2 人气:124 解决时间:2011-03-11 12:09 满意答案 好评率：100% 提问人的追问2011-03-09 21:39 为什么C2 R3 R2 可以不用？可以解释下么？谢谢！ 团队的补充2011-03-09 21:44
传感器 课程论文 课程名称：传感器技术 论文题目：温度的传感器设计 学院：合肥通用职业技术学院 系别：机械工程系 专业：机电一体化机电1301 学号： 11130156 学生姓名：张印 指导教师：邢老师 日期： 2015 年 1 月 4日
传感器的应用、发展前景及其目前的发展趋势 近年来，国内外温度传感器研发领域取得了很大的进步。温度传感器正从结构复杂、功能简单向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代温湿度测控系统创造了有利条件，也将温度测量技术提高到新的水平。国内数字温度仪测量温湿度采用的主要方法有:“温—阻”法,即采用电阻型的温度传感器,利用其阻值随温度的变化测量空气的温度。受传感器灵敏度的限制,这类温湿度仪的精度不是很高,一般条件下还可以满足需要,但是在环境实验设备等对精度要求较高的场合就难以满足要求了。 随着信息产业的发展及工业化的进步,温度不仅仅表现在以上几个方面直接或间接影响着人类基本生活条件, 还表现在对工生物制品、医药卫生、科学研究、国防建设等方面的影响。针对以上情况，研制可靠且实用的温度控制器显得非常重要。常用温度传感器的非线性输出及一致性较差，使温度的测量方法和手段相对较复杂，且给电路的调试带来很大的困难。传统的温度测量多采用模拟小信号传感器，不仅信号调理电路复杂，且温度值的标定过程也极其复杂，并需要使用昂贵的标定仪器设备。因此对于温湿度控制器的设计有着很大的现实生产意义。 随着光学技术在传感器领域的应用，出现了开关式温度测量器、辐射式温度测量器等温度测量器，使得温度测量精度和范围都有较大的提高，其中应用激光技术测温打破了传统的近距测温，可以针对远程温度测量[4-5]。 随着电子技术和自动化的发展，研究开发出数字式集成温度传感器。这种传感器是将温度和数字电路集成在一起，内部包含了温度传感器、A/D转换器、信号处理器、接口电路等，有的还有单片机的中央处理器、随即存取存储器和只读存储器集成在一起，成功的实现了温度传感器的数字化结构。数字式温度传感器的采集精度高、测试的可靠性高、又很强的抗干扰能力，这些都是模拟式温度传感器不能达到的，由于引入了数字式的温度反馈，有效地改善了比较器的失调和零点漂移对温度精度的影响。目前，数字温度传感器已经结合了总线技术、等接口和主机进行通信，这种数字化、集成化的传感器是将温度传感器的一个新的发展方向。 温度传感器的工作原理 热敏电阻温度测量传感器所采用的材料为铂金，该传感器应用了激光调阻和溅射成膜等技术制作形成的。选用铂电阻的原因是因为其电阻值可以随着温度的变化而近似线性的变化，且具有良好的温度重现性和良好的测试稳定性。 本文设计所使用的是铂膜温度传感器，该传感器零度时的阻值为1000Ω，该电阻的变化率为0.3851Ω/℃，在测量中薄膜铂电阻具有体积小，响应快，寿命长，测温范围宽，在氧化介质中性能稳定，线性度及精确度高等优点，很适合在便携式测量仪中使用。 由于热电阻随温度变化而引起电阻的变化值较小，如铂电阻 Pt1000 在零温度时的阻值 R0=1000，因此，在传感器与测量仪器之间的引线过长会引起较大的测量误差，在实际应用时，通常是热电阻与仪器或放大器采用两线或四线制的接线方式。两线制的引线电阻：铂电阻不超过 R0的0.1%，铜电阻不超过 R0的 0.2%。采用四线制可消除连线过长而引起的误差。
第二节传感器的应用 浙江省天台育青中学许智岳 一、教学目标： 1．知识与技能：认识常见的传感器，了解传感器的应用 能进行简单传感器应用电路的制作 能了解三极管的作用 2．过程与方法：通过实验结合从而了解红外传感器、光敏传感器、热敏传感器、湿敏等的一般应用，进一步总结出传感器生活生产等方面的应用 3．情感、态度与价值观: 激发学生的学习兴趣，培养动手能力，提高创新意识，提高理论知识与实际相结合的综合实践能力。 学生分析：由于所教的学生对于控制及电子还是零接触零基础，所以本节课的安排也是从这点发出：首先从找传感器到认识传感器及其一些特性，再从符合学生思维的电路出发步步探索下去，最终能使学生理解传感器在生活生产等领域的应用，并能制作出简单的传感器应用模型。 二、教学重难点：能进行简单传感器应用电路的制作 能了解并应能用三极管 三、教学方法：讲述法、学生分组练习探究、教师演示等 四、教学过程： 引入：学生观看《偷天陷井》电影片段从中找出相关的传感器并能简单理解这种传感器在电影起到什么作用？ 新课过程： 活动一认一认：常见的传感器的认知 根据上节课上的内容与桌面上的传感器，同学们能认出哪些常见的传感器，电阻值是如何变化？ 我们认识了那么多传感器，那如何将它们应用到实际的生产生活或国防中去呢，比如电影中的情节是怎么实现的呢？ 教师展示电影出的红外线防盗，并讲解其工作原理，当红外线照射时其电阻较小电路被断路，当阻断时电阻变大电路导通（当然要么实现还要用到非常重要的电子原件，等会介绍）。当这模型除了防盗还有没有其它用处？
学生简单回答，教师小结，如课文P34页工业的的计数、检测空瓶，生活中自动门铃，商店自动门迎（会说你好欢迎光临）等等。同学们是不是也想做一做这电子控制呢，当然我们要一步步来。 活动二用一用： 首先我们就在要认识到：有些同学会把传感器当普通开关一样将之串入电路中就行了？如下图 他们的理由是，当无光照里光敏传感器电阻非常大相当于断路，LED是不会发光，发有光照里光敏传感器电阻变小电路就导通，LED是就发光。但实际实验时光敏电阻直接接入电路是无法实现的这又是什么呢？ 学生简单思考教师解释。 所以在实际应用时还要配上其它电子原件组成电路才能使用，常见的配合电子原件是三极管。 接下来我们就做一做根据下面的电路实验图操作并完成下面表格： 活动三扩一扩1：同学们能不能根据传感器的电阻变化特点与三极管b极受高低电频特点分析制作出:1、水位检测控制器2、热敏传感器控制LED或（或蜂鸣器）3、利用光敏二极管制作出电影里的演示模型功能。 电路图如下：