最新無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3精品ppt課件教學(xué)提綱

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及應(yīng)用3第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 2 23.1 傳傳 感感 器器3.1.1 傳感器概述傳感器概述傳感器是一種物理裝置或生物器官，能夠探測(cè)、感受外界的信號(hào)、物理?xiàng)l件(如光、熱、濕度)或化學(xué)組成(如煙霧)，并將探知的信息傳遞給其他裝置或器官。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息按一定規(guī)律變換成電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 3 3第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 4 4第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 5 5第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 6 64按傳感器

2、的材料分類按傳感器的材料分類在外界因素的作用下，所有材料都會(huì)作出相應(yīng)的、具有特征性的反應(yīng)。它們中的那些對(duì)外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，將被用來(lái)制作傳感器的敏感元件。從所應(yīng)用的材料觀點(diǎn)出發(fā)可將傳感器分成下列幾類：(1) 按材料的類別分類：金屬聚合物和陶瓷混合物。(2) 按材料的物理性質(zhì)分類：導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體和磁性材料。(3) 按材料的晶體結(jié)構(gòu)分類：?jiǎn)尉А⒍嗑Ш头蔷Р牧?。?章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 7 7與采用新材料緊密相關(guān)的傳感器開(kāi)發(fā)工作可以歸納為下述三個(gè)方向：(1) 在已知的材料中探索新的現(xiàn)象、效應(yīng)和反應(yīng)，然后使它們能在傳感器技術(shù)中得到實(shí)際使用。(2) 探索新的材料，應(yīng)用那

3、些已知的現(xiàn)象、效應(yīng)和反應(yīng)來(lái)改進(jìn)傳感器技術(shù)。(3) 在研究新型材料的基礎(chǔ)上探索新現(xiàn)象、新效應(yīng)和反應(yīng)，并在傳感器技術(shù)中加以具體實(shí)施。現(xiàn)代傳感器制造業(yè)的進(jìn)展取決于用于傳感器技術(shù)的新材料和敏感元件的開(kāi)發(fā)強(qiáng)度。傳感器開(kāi)發(fā)的基本趨勢(shì)是和半導(dǎo)體以及介質(zhì)材料的應(yīng)用密切關(guān)聯(lián)的。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 8 85按傳感器的制造工藝分類按傳感器的制造工藝分類傳感器按照其制造工藝可分為集成傳感器、薄膜傳感器、厚膜傳感器和陶瓷傳感器。(1) 集成傳感器是用標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)硅基半導(dǎo)體集成電路的工藝技術(shù)制造的。通常還將用于初步處理被測(cè)信號(hào)的部分電路也集成在同一芯片上。(2) 薄膜傳感器則是通過(guò)沉積在介質(zhì)襯底(基板)上的相應(yīng)敏感材

4、料的薄膜形成的。使用混合工藝時(shí)，同樣可將部分電路制造在此基板上。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 9 9(3) 厚膜傳感器是利用相應(yīng)材料的漿料涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是用Al2O3制成的，然后進(jìn)行熱處理，使厚膜成形。(4) 陶瓷傳感器是采用標(biāo)準(zhǔn)的陶瓷工藝或其某種變種工藝(溶膠-凝膠等)生產(chǎn)的。完成適當(dāng)?shù)念A(yù)備性操作之后，已成形的元件在高溫中進(jìn)行燒結(jié)。厚膜傳感器和陶瓷傳感器這兩種工藝之間有許多共同特性，在某些方面，可以認(rèn)為厚膜工藝是陶瓷工藝的一種變形。每種工藝技術(shù)都有自己的優(yōu)點(diǎn)和不足。由于研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)所需的資本投入較低以及傳感器參數(shù)的高穩(wěn)定性等原因，采用陶瓷傳感器和厚膜傳感器比較合理。第3章

5、傳感器及檢測(cè)技術(shù) 10 106按傳感器的測(cè)量目的不同分類按傳感器的測(cè)量目的不同分類傳感器根據(jù)測(cè)量目的不同可分為物理型傳感器、化學(xué)型傳感器和生物型傳感器。(1) 物理型傳感器是利用被測(cè)量物質(zhì)的某些物理性質(zhì)發(fā)生明顯變化的特性制成的。(2) 化學(xué)型傳感器是利用能把化學(xué)物質(zhì)的成分、濃度等化學(xué)量轉(zhuǎn)化成電學(xué)量的敏感元件制成的。(3) 生物型傳感器是利用各種生物或生物物質(zhì)的特性做成的，用以檢測(cè)與識(shí)別生物體內(nèi)化學(xué)成分的傳感器。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 11 113.1.3 傳感器的性能指標(biāo)傳感器的性能指標(biāo)1傳感器靜態(tài)特性傳感器靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有的相互

6、關(guān)系。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無(wú)關(guān)，所以它們之間的關(guān)系即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫(huà)出的特性曲線來(lái)描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 12 12(1) 線性度：指?jìng)鞲衅鬏敵隽颗c輸入量之間的實(shí)際關(guān)系曲線偏離擬合直線的程度。其定義為在全量程范圍內(nèi)實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差值與滿量程輸出值之比。(2) 靈敏度：是傳感器靜態(tài)特性的一個(gè)重要指標(biāo)。其定義為輸出量的增量與引起該增量的相應(yīng)輸入量增量之比。通常用S表示靈敏度。(3) 遲滯：指?jìng)鞲衅髟谳斎肓坑尚〉酱?/p>

7、(正行程)及輸入量由大到小(反行程)變化期間其輸入、輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象。對(duì)于同一大小的輸入信號(hào)，傳感器的正、反行程輸出信號(hào)大小不相等，這個(gè)差值稱為遲滯差值。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 13 13(4) 重復(fù)性：指?jìng)鞲衅髟谳斎肓堪赐环较蜃魅砍踢B續(xù)多次變化時(shí)，所得特性曲線不一致的程度。(5) 漂移：指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時(shí)間變化的現(xiàn)象。產(chǎn)生漂移的原因有兩個(gè)方面：一是傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)；二是周圍環(huán)境(如溫度、濕度等)。 3傳感器的線性度傳感器的線性度通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是一條曲線而非直線。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)

8、際的特性曲線，特性曲線的線性度(非線性誤差)就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 14 14擬合直線的選取有多種方法，如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線，或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。4傳感器的靈敏度傳感器的靈敏度靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化Dy對(duì)輸入量變化Dx的比值。它是輸出、輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間呈線性關(guān)系，則靈敏度S是一個(gè)常數(shù)；否則，它將隨輸入量的變化而變化。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 15 15靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器

9、在位移變化1mm時(shí)，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應(yīng)表示為200mV/mm。當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時(shí)，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。提高靈敏度，可得到較高的測(cè)量精度。但靈敏度愈高，測(cè)量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 16 165傳感器的分辨率傳感器的分辨率分辨率是指?jìng)鞲衅骺筛惺艿降谋粶y(cè)量的最小變化的能力。也就是說(shuō)，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化，當(dāng)輸入變化值未超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變化，即傳感器對(duì)此輸入量的變化是分辨不出來(lái)的。只有當(dāng)輸入量的變化超過(guò)分辨率時(shí)，其輸出才會(huì)發(fā)生變化。通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨率并不相同，因此常用滿量程中能使輸出

10、量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨率的指標(biāo)。上述指標(biāo)若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。分辨率與傳感器的穩(wěn)定性有負(fù)相相關(guān)性。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 17 173.1.4 傳感器的組成和結(jié)構(gòu)傳感器的組成和結(jié)構(gòu)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB76651987對(duì)傳感器(Transducer/Sensor)下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件或轉(zhuǎn)換元件組成?！边@一定義包含了以下幾方面的意思：(1) 傳感器是測(cè)量裝置，能完成檢測(cè)任務(wù)；(2) 它的輸出量是某一被測(cè)量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量等； (3) 它的輸出量是某種物理量，這種量要便于

11、傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，這種量可以是氣、光、電量，但主要是電量；(4) 輸出、輸入有對(duì)應(yīng)關(guān)系，且應(yīng)有一定的精確程度。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 18 18傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和轉(zhuǎn)換電路三部分組成，如圖3.1所示。(1) 敏感元件：是直接感受被測(cè)量，并且輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的元件。(2) 轉(zhuǎn)換元件：敏感元件的輸出就是它的輸入，它把輸入轉(zhuǎn)換成電路參量。(3) 轉(zhuǎn)換電路：可把敏感元件的輸出經(jīng)轉(zhuǎn)換元件再轉(zhuǎn)換成電量輸出。實(shí)際上，有些傳感器很簡(jiǎn)單，有些則較復(fù)雜，大多數(shù)是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，也有些是帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 19 19圖3.1 傳感器組成框圖 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 2

12、0203.2 檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)是一門以研究檢測(cè)系統(tǒng)中信息提取、轉(zhuǎn)換及處理的理論和技術(shù)為主要內(nèi)容的應(yīng)用技術(shù)學(xué)科。在信息社會(huì)的一切活動(dòng)領(lǐng)域，檢測(cè)是科學(xué)地認(rèn)識(shí)各種現(xiàn)象的基礎(chǔ)性方法和手段。檢測(cè)技術(shù)是多學(xué)科知識(shí)的綜合應(yīng)用，涉及半導(dǎo)體技術(shù)、激光技術(shù)、光纖技術(shù)、聲控技術(shù)、遙感技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及數(shù)理統(tǒng)計(jì)、控制論、信息化等近代新技術(shù)和新理論。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 21 213.2.1 檢測(cè)系統(tǒng)概述檢測(cè)系統(tǒng)概述檢測(cè)是人類認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界、改造物質(zhì)世界的重要手段。檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展標(biāo)志著人類的進(jìn)步和人類社會(huì)的繁榮。在現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、交通、醫(yī)療、科研等行業(yè)，檢測(cè)技術(shù)的作用越來(lái)越

13、大，檢測(cè)設(shè)備就像神經(jīng)和感官，源源不斷地向人們傳輸各種有用的信息。檢測(cè)的自動(dòng)化、智能化歸功于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。從廣義上說(shuō)，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)包括以單片機(jī)為核心的智能儀器、以PC為核心的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和目前發(fā)展勢(shì)頭迅猛的專家系統(tǒng)。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 2222現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包含測(cè)量、故障診斷、信息處理和決策輸出等多項(xiàng)內(nèi)容，具有比傳統(tǒng)的“測(cè)量”更豐富的范疇和模仿人類專家信息綜合處理的能力?，F(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)充分開(kāi)發(fā)利用了計(jì)算機(jī)資源，在人工最少參與的條件下盡量以軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，一般具有以下特點(diǎn)：(1) 軟件控制測(cè)量過(guò)程。自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)極性判斷、自動(dòng)量程切換、自動(dòng)報(bào)警、過(guò)載保護(hù)、非線性補(bǔ)償、

14、多功能測(cè)試和自動(dòng)巡回檢測(cè)。由于有了計(jì)算機(jī)，這些過(guò)程可采用軟件控制，測(cè)量過(guò)程的軟件控制可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，縮小體積，降低功耗，提高檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性和自動(dòng)化程度。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 2323(2) 智能化數(shù)據(jù)處理。智能化數(shù)據(jù)處理是智能檢測(cè)系統(tǒng)最突出的特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)可以方便、快捷地實(shí)現(xiàn)各種算法。因此，智能檢測(cè)系統(tǒng)可用軟件對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行及時(shí)、在線處理，提高測(cè)量精度。(3) 高度的靈活性。智能檢測(cè)系統(tǒng)以軟件為工作核心，生產(chǎn)、修改、復(fù)制都較容易，功能和性能指標(biāo)更改方便。而傳統(tǒng)的硬件檢測(cè)系統(tǒng)生產(chǎn)工藝復(fù)雜，參數(shù)分散性較大，每次更改都牽涉到元器件和儀器結(jié)構(gòu)的改變。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 2424(4)

15、 實(shí)現(xiàn)多參數(shù)檢測(cè)與信息融合。智能檢測(cè)系統(tǒng)配備多個(gè)測(cè)量通道，可以由計(jì)算機(jī)對(duì)多路測(cè)量通道進(jìn)行高速掃描采樣。因此，智能檢測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)多種測(cè)量參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。在進(jìn)行多參數(shù)檢測(cè)的基礎(chǔ)上，依據(jù)各路信息的相關(guān)特性，可以實(shí)現(xiàn)智能檢測(cè)系統(tǒng)的多傳感器信息融合，從而提高檢測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性和可容錯(cuò)性。(5) 測(cè)量速度快。高速測(cè)量是智能檢測(cè)系統(tǒng)追求的目標(biāo)之一。所謂檢測(cè)速度，是指從測(cè)量開(kāi)始，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、整流濾波、非線性補(bǔ)償、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果輸出的全過(guò)程所需的時(shí)間。目前高速A/D轉(zhuǎn)換的采樣速度為200MHz以上，32位PC的時(shí)鐘頻率也在500MHz以上。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 2525(6) 智能化功能強(qiáng)

16、。以計(jì)算機(jī)為信息處理核心的智能檢測(cè)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的智能功能，可以滿足各類用戶的需要。典型的智能功能有： 檢測(cè)選擇功能。智能檢測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)量程轉(zhuǎn)換、信號(hào)通道和采樣方式的自動(dòng)選擇，使系統(tǒng)具有對(duì)被測(cè)對(duì)象的最優(yōu)化跟蹤檢測(cè)能力。 故障診斷功能。智能檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能較多，系統(tǒng)本身的故障診斷尤為重要。系統(tǒng)可以根據(jù)檢測(cè)通道的特征和計(jì)算機(jī)本身的自診斷能力，檢查各單元故障，顯示故障部位、故障原因和應(yīng)該采取的故障排除方法。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 2626 其他智能功能。智能檢測(cè)系統(tǒng)還可以具備人機(jī)對(duì)話、自校準(zhǔn)、打印、繪圖、通信、專家知識(shí)查詢和控制輸出等智能功能。檢測(cè)就是借助專用的手段和技術(shù)工具，通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法

17、，把被測(cè)量與同性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，求出兩者的比值，從而得到被測(cè)量數(shù)值大小的過(guò)程。傳感器是感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口，特別是在自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中獲取的信息，都要通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為容易傳輸、處理的電信號(hào)。實(shí)現(xiàn)被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量比較得出比值的方法，稱為測(cè)量方法。針對(duì)不同測(cè)量任務(wù)進(jìn)行具體分析以找出切實(shí)可行的測(cè)量方法，對(duì)測(cè)量工作是十分重要的。 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 27273.2.2 檢測(cè)技術(shù)的分類檢測(cè)技術(shù)的分類1按測(cè)量過(guò)程的特點(diǎn)分類按測(cè)量過(guò)程的特點(diǎn)分類1) 直接測(cè)量法在使用儀表或傳感器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，對(duì)儀表讀數(shù)不需要經(jīng)過(guò)任何運(yùn)算就能直接表示測(cè)量結(jié)果的測(cè)量方法稱為直接測(cè)量法。例如，用磁電式電流表測(cè)量電

18、路的某一支路電流、用彈簧管壓力表測(cè)量壓力等都屬于直接測(cè)量。直接測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量過(guò)程既簡(jiǎn)單又迅速，缺點(diǎn)是測(cè)量精度不高。直接測(cè)量法又包括以下幾種：第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 2828(1) 偏差測(cè)量法：用儀表指針的位移(即偏差)決定被測(cè)量的量值的測(cè)量方法。在測(cè)量時(shí)，插入被測(cè)量，按照儀表指針在標(biāo)尺上的示值決定被測(cè)量的數(shù)值。這種方法的測(cè)量過(guò)程比較簡(jiǎn)單、迅速，但測(cè)量結(jié)果精度較低。(2) 零位測(cè)量法：用指零儀表的零位指示檢測(cè)測(cè)量系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，在測(cè)量系統(tǒng)平衡時(shí)，用已知的標(biāo)準(zhǔn)量決定被測(cè)量的量值的測(cè)量方法。在測(cè)量時(shí)，已知的標(biāo)準(zhǔn)量直接與被測(cè)量相比較，已知量應(yīng)連續(xù)可調(diào)；指零儀表指零時(shí)，被測(cè)量與已知標(biāo)準(zhǔn)量應(yīng)相等。第3

19、章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 2929(3) 微差測(cè)量法：是綜合了偏差測(cè)量法與零位測(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)而提出的一種測(cè)量方法。它將被測(cè)量與已知的標(biāo)準(zhǔn)量相比較，取得差值后，再用偏差測(cè)量法測(cè)得此差值。應(yīng)用這種方法測(cè)量時(shí)，不需要調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)量，而只需測(cè)量?jī)烧叩牟钪怠Ｎ⒉顪y(cè)量法的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)快，而且測(cè)量精度高，特別適用于在線控制參數(shù)的測(cè)量。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 30302) 間接測(cè)量法在使用儀表或傳感器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，首先對(duì)與測(cè)量有確定函數(shù)關(guān)系的幾個(gè)量進(jìn)行測(cè)量，將被測(cè)量代入函數(shù)關(guān)系式，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到所需要的結(jié)果，這種測(cè)量方法稱為間接測(cè)量法。間接測(cè)量法的測(cè)量手續(xù)較多，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，一般用于直接測(cè)量法不方便或者缺乏直接測(cè)量手段的場(chǎng)

20、合。3) 組合測(cè)量法組合測(cè)量法是一種特殊的精密測(cè)量方法，被測(cè)量必須經(jīng)過(guò)求解聯(lián)立方程組才能得到最后結(jié)果。組合測(cè)量法操作手續(xù)復(fù)雜，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，多用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)或特殊場(chǎng)合。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 31 312按測(cè)量的精度因素分類按測(cè)量的精度因素分類(1) 等精度測(cè)量法：用相同精度的儀表與測(cè)量方法對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量的測(cè)量方法。(2) 非等精度測(cè)量法：用不同精度的儀表或不同的測(cè)量方法或者在環(huán)境條件相差很大時(shí)對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量的測(cè)量方法。3按測(cè)量?jī)x表特點(diǎn)分類按測(cè)量?jī)x表特點(diǎn)分類(1) 接觸測(cè)量法：傳感器直接與被測(cè)對(duì)象接觸，承受被參數(shù)的作用，感受其變化，從而獲得其信號(hào)，并測(cè)量其信號(hào)大小的方

21、法。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 3232(2) 非接觸測(cè)量法：傳感器不與被測(cè)對(duì)象直接接觸，而是間接承受被測(cè)參數(shù)的作用，感受其變化，并測(cè)量其信號(hào)大小的方法。4按測(cè)量對(duì)象的特點(diǎn)分類按測(cè)量對(duì)象的特點(diǎn)分類(1) 靜態(tài)測(cè)量法：指被測(cè)對(duì)象處于穩(wěn)定情況下的測(cè)量，此時(shí)被測(cè)對(duì)象不隨時(shí)間變化，故又稱為穩(wěn)態(tài)測(cè)量。(2) 動(dòng)態(tài)測(cè)量法：指被測(cè)對(duì)象處于不穩(wěn)定情況下進(jìn)行的測(cè)量，此時(shí)被測(cè)對(duì)象隨時(shí)間而變化，因此這種測(cè)量必須在瞬間完成，才能得到動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)量結(jié)果。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 33333.2.3 檢測(cè)系統(tǒng)的組成檢測(cè)系統(tǒng)的組成1檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成在工程中，需要由傳感器與多臺(tái)儀表組合在一起，才能完成信號(hào)的檢測(cè)，這

22、樣便形成了一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)。檢測(cè)系統(tǒng)是傳感器與測(cè)量?jī)x表、變換裝置等的有機(jī)結(jié)合。圖3.2所示為檢測(cè)系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 3434圖3.2 檢測(cè)系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 35352開(kāi)環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)和閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)和閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)1) 開(kāi)環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)的全部信息變換只沿著一個(gè)方向進(jìn)行，如圖3.3所示。其中，x為輸入量，y為輸出量，x1和x2為各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞系數(shù)。采用開(kāi)環(huán)方式構(gòu)成的檢測(cè)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但各環(huán)節(jié)特性的變化都會(huì)造成測(cè)量誤差。2) 閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)閉環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)是在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加了反饋環(huán)節(jié)，使得信息變換與傳遞形成閉環(huán)，能對(duì)包含在反饋環(huán)內(nèi)的各環(huán)節(jié)

23、造成的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，使得系統(tǒng)的誤差變得很小。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 3636圖3.3 開(kāi)環(huán)檢測(cè)系統(tǒng)框圖 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 37373檢測(cè)儀表的組成檢測(cè)儀表的組成檢測(cè)儀表是實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程的物質(zhì)手段，是測(cè)量方法的具體化，它將被測(cè)量經(jīng)過(guò)一次或多次的信號(hào)或能量形式的轉(zhuǎn)換，再由儀表指針、數(shù)字或圖像等顯示出量值，從而實(shí)現(xiàn)被測(cè)量的檢測(cè)。檢測(cè)儀表的組成框圖如圖3.4所示。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 3838圖3.4 檢測(cè)儀表的組成框圖 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 39391) 傳感器傳感器也稱敏感元件或一次元件，其作用是感受被測(cè)量的變化并產(chǎn)生一個(gè)與被測(cè)量呈某種函數(shù)關(guān)系的輸出信號(hào)。根據(jù)被測(cè)量的性質(zhì)，傳感器可

24、分為機(jī)械量傳感器、熱工量傳感器、化學(xué)量傳感器及生物量傳感器等；根據(jù)輸出量的性質(zhì)，傳感器可分為無(wú)源電參量型傳感器(如電阻式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器等)和發(fā)電型傳感器(如熱電偶傳感器、光電傳感器、壓電傳感器等)。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 40402) 變送器變送器的作用是將敏感元件輸出信號(hào)變換成既保存原始信號(hào)全部信息又更易于處理、傳輸及測(cè)量的變量，因此要求變換器能準(zhǔn)確穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸、放大和轉(zhuǎn)化。 3) 顯示(記錄)儀表 顯示(記錄)儀表也稱二次儀表，它將測(cè)量信息轉(zhuǎn)變成對(duì)應(yīng)的工程量在顯示(記錄)儀表上顯示。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 41 413.3 典型傳感器簡(jiǎn)介典型傳感器簡(jiǎn)介3.3

25、.1 磁檢測(cè)傳感器磁檢測(cè)傳感器磁檢測(cè)傳感器使用的是干簧管(Reed Switch)。干簧管也稱舌簧管或磁簧開(kāi)關(guān)，是一種磁敏的特殊開(kāi)關(guān)。它通常有兩個(gè)軟磁性材料做成的、無(wú)磁時(shí)斷開(kāi)的金屬簧片觸點(diǎn)，有的還有第三個(gè)作為常閉觸點(diǎn)的簧片。這些簧片觸點(diǎn)被封裝在充有稀有氣體(如氮、氦等)或真空的玻璃管里，玻璃管內(nèi)平行封裝的簧片端部重疊，并留有一定間隙或相互接觸以構(gòu)成開(kāi)關(guān)的常開(kāi)或常閉觸點(diǎn)。干簧管比一般機(jī)械開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、速度高、工作壽命長(zhǎng)；而與電子開(kāi)關(guān)相比，它又有抗負(fù)載沖擊能力強(qiáng)等特點(diǎn)，工作可靠性很高。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 4242干簧管可以作為傳感器用，用于計(jì)數(shù)、限位等。例如，有一種自行車公里計(jì)，就是

26、在輪胎上粘上磁鐵，在一旁固定上干簧管構(gòu)成的。把干簧管裝在門上，可作為開(kāi)門時(shí)的報(bào)警用，也可作為開(kāi)關(guān)使用。磁檢測(cè)傳感器的外形和接口電路原理圖如圖3.5所示。磁檢測(cè)傳感器使用的是常開(kāi)型干簧管。當(dāng)傳感器靠近磁性物質(zhì)(如磁鐵)時(shí)，U2閉合，V1導(dǎo)通，LED3點(diǎn)亮。通過(guò)STM8單片機(jī)讀取P1_3狀態(tài)，可知當(dāng)前是否靠近磁性物質(zhì)，高電平時(shí)表明未檢測(cè)到磁性物質(zhì)，低電平時(shí)表明檢測(cè)到磁性物質(zhì)。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 4343圖3.5 磁檢測(cè)傳感器的外形和接口原理圖 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 44443.3.2 光照傳感器光照傳感器光照傳感器使用的是光敏電阻。光敏電阻又稱光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、

27、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長(zhǎng)的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場(chǎng)的做用下做漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換(將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化)。常用的光敏電阻器為硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線(可見(jiàn)光)的強(qiáng)弱變化而變化。在黑暗條件下， 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 4545它的阻值(暗阻)可達(dá)110MW；在強(qiáng)光條件(100lx)下，它的阻值(亮阻)僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對(duì)光的敏感性(即光譜特性)

28、與人眼對(duì)可見(jiàn)光(0.40.76mm)的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)引起它的阻值變化。光照傳感器的外形和接口電路原理圖如圖3.6所示。傳感器使用的光敏電阻的暗電阻為12MW左右，亮電阻為15kW左右。可以計(jì)算出：在黑暗條件下，Light_AD的數(shù)值為3.3V10kW/(1000kW+10kW) = 0.033V。在光照條件下，Light_AD的數(shù)值為3.3V10kW/(10kW+5kW) = 2.2V。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 4646圖3.6 光照傳感器的外形和接口電路原理圖 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 4747STM8單片機(jī)內(nèi)部帶有10位A/D轉(zhuǎn)換器，參考電壓為供電電壓3.3V。根據(jù)上

29、面的計(jì)算結(jié)果，選定2.2V(需要根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行調(diào)整)作為臨界值。當(dāng)Light_AD為2.2V時(shí)，A/D讀數(shù)為2.2/3.31024=682；當(dāng)A/D讀數(shù)小于682時(shí)說(shuō)明無(wú)光照；當(dāng)A/D讀數(shù)大于682時(shí)說(shuō)明有光照，并點(diǎn)亮LED3作為指示。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 48483.3.3 紅外對(duì)射傳感器紅外對(duì)射傳感器紅外對(duì)射傳感器使用的是槽型紅外光電開(kāi)關(guān)。紅外光電傳感器是捕捉紅外線這種不可見(jiàn)光，采用專用的紅外發(fā)射管和接收管，轉(zhuǎn)換為可以觀測(cè)的電信號(hào)。紅外光電傳感器有效地防止周圍可見(jiàn)光的干擾，進(jìn)行無(wú)接觸探測(cè)，不損傷被測(cè)物體。在一般情況下，紅外光電傳感器由三部分構(gòu)成，即發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。紅外光

30、電傳感器的發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，當(dāng)前面有被檢測(cè)物體時(shí)，物體將發(fā)射器發(fā)出的紅外光線反射回接收器，于是紅外光電傳感器就“感知”了物體的存在，產(chǎn)生輸出信號(hào)。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 4949紅外對(duì)射傳感器的外形和接口電路原理圖如圖3.7所示。槽型紅外光電開(kāi)關(guān)把一個(gè)紅外光發(fā)射器和一個(gè)紅外光接收器面對(duì)面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)。發(fā)光器能發(fā)出紅外光，在無(wú)阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過(guò)時(shí)，光被遮擋，光電開(kāi)關(guān)便動(dòng)作，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動(dòng)作。槽型開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。當(dāng)槽型光電開(kāi)關(guān)U2中間有障礙物遮擋時(shí)，IR_DATA為高電平，

31、LED3熄滅；當(dāng)槽型光電開(kāi)關(guān)U2中間無(wú)障礙物遮擋時(shí)，IR_DATA為低電平，LED3點(diǎn)亮。通過(guò)STM8單片機(jī)讀取IR_DATA的高低電平狀態(tài)，即可獲知紅外對(duì)射傳感器是否檢測(cè)到障礙物。 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 5050圖3.7 紅外對(duì)射傳感器的外形和接口電路原理圖 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 51 513.3.4 紅外反射傳感器紅外反射傳感器紅外反射傳感器使用的是反射型紅外光電開(kāi)關(guān)，反射型紅外光電開(kāi)關(guān)把一個(gè)紅外光發(fā)射器和一個(gè)紅外光接收器裝在同一個(gè)面上，前方裝有濾鏡，濾除干擾光。發(fā)光器能發(fā)出紅外光，在無(wú)阻情況下光接收器不能收到光。但當(dāng)前方有障礙物時(shí)，光被反射回接收器，光電開(kāi)關(guān)便動(dòng)作，輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)控

32、制信號(hào)，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動(dòng)作。反射型光電開(kāi)關(guān)的檢測(cè)距離從幾厘米到幾米不等，在工業(yè)測(cè)控、安防等方面具有很廣的應(yīng)用。紅外反射傳感器的外形和接口電路原理圖如圖3.8所示。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 5252圖3.8 紅外反射傳感器的外形和接口電路原理圖 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 5353圖3.8中，紅外光電開(kāi)關(guān)U3的供電電壓為5V，集電極開(kāi)路輸出。當(dāng)無(wú)障礙物時(shí)，U3的1腳輸出高電平，V1導(dǎo)通，IR_DATA為低電平；當(dāng)有障礙物時(shí)，U3的1腳輸出低電平，V1截止，IR_DATA為高電平。通過(guò)STM8單片機(jī)讀取IR_DATA的高低電平狀態(tài)，即可獲知紅外反射傳感器是否檢測(cè)到障礙物，當(dāng)檢測(cè)

33、到障礙物時(shí)，可以點(diǎn)亮LED3作為指示。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 54543.3.5 結(jié)露傳感器結(jié)露傳感器結(jié)露傳感器HDS05是正特性開(kāi)關(guān)型元件，對(duì)低濕度不敏感而僅對(duì)高濕度敏感，可以在直流電壓下工作。其特點(diǎn)是在高濕環(huán)境下具有極高的敏感性、具有開(kāi)關(guān)功能、響應(yīng)速度快、污染能力強(qiáng)、可靠性高、穩(wěn)定性好；其結(jié)露測(cè)試范圍是94%100%RH。HDS05可用于電子、制藥、糧食、倉(cāng)儲(chǔ)、煙草、紡織、氣象等行業(yè)的溫濕度表、加濕器、除濕機(jī)、空調(diào)、微波爐等產(chǎn)品中。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 5555結(jié)露傳感器HDS05的外形和接口電路原理圖如圖3.9所示。圖中，HDS05_AD的最大值為47kW/(47kW+150kW)

34、3.3V = 0.787V，小于HDS05的最大供電電壓0.8V。根據(jù)結(jié)露傳感器HDS05的技術(shù)參數(shù)，75%RH、25條件下，HDS05電阻為10kW，此時(shí)，容易計(jì)算出HDS05_AD為0.172V。當(dāng)濕度增加時(shí)，電阻增大，HDS05_AD增大，選定一個(gè)臨界值(根據(jù)實(shí)際情況選擇)，比如0.172V，此時(shí)A/D讀數(shù)為0.172/3.31024=53。當(dāng)A/D采集的數(shù)值大于53時(shí)表明有結(jié)露，并點(diǎn)亮LED3作為指示。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 5656圖3.9 結(jié)露傳感器HDS05的外形和接口電路原理圖 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 57573.3.6 酒精傳感器酒精傳感器酒精傳感器選用MQ-3酒精檢測(cè)用

35、半導(dǎo)體氣敏元件。MQ-3所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)，當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在酒精蒸氣時(shí)，傳感器的導(dǎo)電率隨空氣中酒精氣體濃度的增大而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將導(dǎo)電率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ-3氣體傳感器對(duì)酒精的靈敏度高，可以抵抗汽油、煙霧、水蒸氣的干擾。這種傳感器可檢測(cè)多種濃度的酒精氣體，是一款應(yīng)用廣泛的低成本酒精傳感器，常應(yīng)用于對(duì)機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藛T及其他風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)人員的酒后監(jiān)督檢測(cè)和其他場(chǎng)所乙醇蒸氣的探測(cè)。其主要特點(diǎn)有：對(duì)乙醇蒸氣有很高的 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 5858靈敏度和良好的選擇性；具有快速的響應(yīng)恢復(fù)特性；具有簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)回路；對(duì)酒精

36、的探測(cè)范圍為1010-6100010-6酒精。MQ-3酒精傳感器的接口電路原理圖如圖3.10所示。MQ-3傳感器的供電電壓Uc和加熱電壓Uh都為5V，負(fù)載電阻Rl為1kW。根據(jù)MQ-3酒精檢測(cè)用半導(dǎo)體氣敏元件的技術(shù)參數(shù)，在0.4mg/L酒精中，傳感器電阻Rs為220 kW，取Rs = 10kW。假設(shè)檢測(cè)到酒精濃度為10mg/L時(shí)報(bào)警，由靈敏度特性曲線可知，MQ3電阻值為10kW0.12 = 1.2 kW，MQ3_AD = 5V1 kW/(1 kW +1.2 kW) = 2.27V，A/D讀數(shù)為2.27/3.31024 = 704，當(dāng)A/D采集的數(shù)值大于704時(shí)表明檢測(cè)到酒精，并點(diǎn)亮LED3作為

37、指示。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 59593.3.7 人體檢測(cè)傳感器人體檢測(cè)傳感器人體檢測(cè)傳感器使用的是熱釋電人體紅外線感應(yīng)模塊。人體紅外線感應(yīng)模塊是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制產(chǎn)品，靈敏度高，可靠性強(qiáng)，可用于各類感應(yīng)電器設(shè)備，是適合干電池供電的電器產(chǎn)品；低電壓工作模式，可方便與各類電路實(shí)現(xiàn)對(duì)接；尺寸小，便于安裝。人體紅外線感應(yīng)模塊適用于感應(yīng)廣告機(jī)、感應(yīng)水龍頭、各類感應(yīng)燈飾、感應(yīng)玩具、感應(yīng)排氣扇、感應(yīng)垃圾桶、感應(yīng)報(bào)警器感應(yīng)風(fēng)扇等。這類傳感器種類繁多，通常具有高響應(yīng)、低噪音的特點(diǎn)。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 6060人體檢測(cè)傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下： 靜態(tài)功耗： 濕度= 65.8%RH 第3章 傳感器及

38、檢測(cè)技術(shù) 7878溫度：0000 0001 0000 1101 = 10DH(十六進(jìn)制) = 1256+016+13=269 = 溫度= 26.9 特別說(shuō)明：當(dāng)溫度低于0時(shí)溫度數(shù)據(jù)的最高位置 1。 示例：-10.1表示為1 000 0000 0110 0101。溫度：0000 0000 0110 0101 = 0065H(十六進(jìn)制)=616+5 = 101 = 溫度=-10.1 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 7979示例二：接收到的40位數(shù)據(jù)為0000 0010 1001 0010 0000 0001 0000 1101 1011 0010 濕度高8位 濕度低8位 溫度高8位 溫度低8位 校驗(yàn)位

39、計(jì)算： 0000 0010+1001 0010 +0000 0001+0000 1101= 1010 0010 1011 0010 (校驗(yàn)錯(cuò)誤) 本次接收的數(shù)據(jù)不正確，放棄，重新接收數(shù)據(jù)。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 80803單總線通信時(shí)序單總線通信時(shí)序用戶主機(jī)(MCU)發(fā)送一次起始信號(hào)(把數(shù)據(jù)總線SDA拉低至少800s)后，AM2302從休眠模式轉(zhuǎn)換到高速模式。待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束后，AM2302發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，從數(shù)據(jù)總線SDA串行送出40bit的數(shù)據(jù)，先發(fā)送字節(jié)的高位；發(fā)送的數(shù)據(jù)依次為濕度高位、濕度低位、溫度高位、溫度低位、校驗(yàn)位，發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束觸發(fā)一次信息采集，采集結(jié)束傳感器自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠模式，直

40、到下一次通信來(lái)臨。AM2302單總線通信時(shí)序如圖3.17所示，單總線信號(hào)特性見(jiàn)表3.3。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 81 81圖3.17 AM2302單總線通信時(shí)序 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 8282注：主機(jī)從AM2302讀取的溫濕度數(shù)據(jù)總是前一次的測(cè)量值，如兩次測(cè)量間隔時(shí)間很長(zhǎng)，請(qǐng)連續(xù)讀兩次以第二次獲得的值為實(shí)時(shí)溫濕度值，同時(shí)兩次讀取間隔時(shí)間最小為2s。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 8383表表3.3 AM2302單總線信號(hào)特性單總線信號(hào)特性 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 84844外設(shè)讀取步驟示例外設(shè)讀取步驟示例 主機(jī)和傳感器之間的通信可通過(guò)如下三個(gè)步驟完成：(1) AM2302上電后(AM2302

41、上電后要等待2s以越過(guò)不穩(wěn)定狀態(tài)，在此期間讀取設(shè)備不能發(fā)送任何指令)，測(cè)試環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)，此后傳感器自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)。AM2302的SDA數(shù)據(jù)線由上拉電阻拉高一直保持高電平，此時(shí)AM2302的SDA引腳處于輸入狀態(tài)，時(shí)刻檢測(cè)外部信號(hào)。 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 8585(2) 微處理器的I/O設(shè)置為輸出，同時(shí)輸出低電平，且低電平保持時(shí)間不能小于800ms，典型值是拉低1ms，然后微處理器的I/O設(shè)置為輸入狀態(tài)，釋放總線。由于上拉電阻，微處理器的I/O即AM2302的SDA數(shù)據(jù)線也隨之變高，等主機(jī)釋放總線后，AM2302發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，即輸出80 ms的低電平作為應(yīng)答信號(hào)，緊接著輸出8

42、0 ms的高電平通知外設(shè)準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，單總線分解時(shí)序圖如圖3.18所示。 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 8686圖3.18 單總線分解時(shí)序圖 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 8787(3) AM2302 發(fā)送完響應(yīng)后，隨后由數(shù)據(jù)總線SDA 連續(xù)串行輸出40 位數(shù)據(jù)，微處理器根據(jù)I/O 電平的變化接收40位數(shù)據(jù)。 位數(shù)據(jù)“0”的格式為：50ms的低電平加2628ms的高電平；位數(shù)據(jù)“1”的格式為：50ms的低電平加70ms的高電平；位數(shù)據(jù)“0”、“1”的格式信號(hào)如圖3.19所示。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 8888圖3.19 位數(shù)據(jù)“0”、“1”的格式信號(hào) 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 8989AM2302的數(shù)

43、據(jù)總線SDA 輸出40位數(shù)據(jù)后，繼續(xù)輸出低電平50ms后轉(zhuǎn)為輸入狀態(tài)，上拉電阻隨之變?yōu)楦唠娖?。同時(shí)AM2302內(nèi)部重測(cè)環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并記錄數(shù)據(jù)，測(cè)試記錄結(jié)束，單片機(jī)自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。單片機(jī)只有收到主機(jī)的起始信號(hào)后，才重新喚醒傳感器，進(jìn)入工作狀態(tài)。5外設(shè)讀取流程圖外設(shè)讀取流程圖AM2302 傳感器的接口電路原理圖如圖3.20所示，讀單總線的流程圖如圖3.21所示，同時(shí)AM2302傳感器的生產(chǎn)廠商還提供了C51的讀取代碼示例，需下載的客戶，請(qǐng)登錄網(wǎng)站進(jìn)行相關(guān)下載，此說(shuō)明書(shū)不提供代碼說(shuō)明。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 9090圖3.20 AM2302傳感器接口電路原理圖 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 91

44、 91圖3.21 AM2302傳感器讀單總線流程圖 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 92923.3.11 煙霧傳感器煙霧傳感器MQ-2煙霧傳感器可用于可燃?xì)怏w檢測(cè)用半導(dǎo)體氣敏元件。MQ-2所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)，當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增大而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ-2氣體傳感器對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其他可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想。這種傳感器可檢測(cè)多種可燃?xì)怏w，是一款應(yīng)用廣泛的低成本傳感器。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 9393MQ-2煙霧傳感器可應(yīng)

45、用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測(cè)裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測(cè)。MQ-2煙霧傳感器主要技術(shù)指標(biāo)如下： 探測(cè)范圍：30010 000 ppmm； 特征氣體：1000ppmm異丁烷； 靈敏度：R in air/R in typical gas5(在空氣或典型氣體中)； 敏感體電阻：120k in 50ppm(在甲苯中)； 響應(yīng)時(shí)間：10s； 恢復(fù)時(shí)間：30s； 加熱電阻：313。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 9494MQ-2煙霧傳感器的接口電路原理圖如圖3.22所示，MQ-2傳感器的供電電壓Uc和加熱電壓Uh都為5V，負(fù)載電阻Rl為5.1kW。MQ2_AD在清潔空氣中的值以

46、及檢測(cè)到煙霧時(shí)的值需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行調(diào)整，以下僅為在實(shí)驗(yàn)室條件下做的不完全的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，供參考。在清潔空氣中，MQ2_AD的AD采樣值為78；在煙霧(打火機(jī)泄漏的液化氣)中，MQ2_AD的AD采樣值為300。所以，當(dāng)AD采集的數(shù)值大于300時(shí)表明檢測(cè)到煙霧，并點(diǎn)亮LED3作為指示。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 9595圖3.22 MQ-2煙霧傳感器接口原理圖 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 96963.4 智能檢測(cè)系統(tǒng)智能檢測(cè)系統(tǒng)傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別，如何根據(jù)具體的測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象以及測(cè)量環(huán)境合理地選用傳感器，組成一個(gè)智能檢測(cè)系統(tǒng)，是在進(jìn)行某個(gè)量的測(cè)量時(shí)首先要解決的問(wèn)題。當(dāng)傳感器確定之后，

47、與之相配套的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備也就可以確定了。檢測(cè)結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選項(xiàng)是否合理。為此，組成一個(gè)智能檢測(cè)系統(tǒng)，要從系統(tǒng)總體考慮，明確使用的目的以及采用傳感器的必要性。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 97973.4.1 智能檢測(cè)系統(tǒng)的組成及類型智能檢測(cè)系統(tǒng)的組成及類型智能檢測(cè)系統(tǒng)和所有的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一樣，由硬件和軟件兩大部分組成。智能檢測(cè)系統(tǒng)的硬件基本結(jié)構(gòu)如圖3.23所示。圖中不同種類的被測(cè)信號(hào)由各種傳感器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，這是任何檢測(cè)系統(tǒng)都必不可少的環(huán)節(jié)。傳感器輸出的電信號(hào)經(jīng)調(diào)節(jié)放大(包括交直流放大、整流濾波和線性化處理)后，變成05V直流電壓信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送單片機(jī)進(jìn)行初步

48、數(shù)據(jù)處理。單片機(jī)通過(guò)通信電路將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析和測(cè)量結(jié)果的存儲(chǔ)、顯示、打印、繪圖以及與其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)通信。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 9898智能檢測(cè)系統(tǒng)的分機(jī)多以單片機(jī)為數(shù)據(jù)處理核心(特大型智能檢測(cè)系統(tǒng)以工控機(jī)或PC主分機(jī)為數(shù)據(jù)處理核心)，典型的智能檢測(cè)系統(tǒng)包含一個(gè)主機(jī)和多個(gè)分機(jī)。1分機(jī)之間的連接分機(jī)之間的連接分機(jī)由傳感器、信號(hào)調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)等部分組成。將它們連接成智能檢測(cè)系統(tǒng)的基本單元，是決定系統(tǒng)檢測(cè)性能的重要環(huán)節(jié)。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 9999圖3.23 智能檢測(cè)系統(tǒng)的硬件基本結(jié)構(gòu) 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 1001002通信標(biāo)準(zhǔn)接口與總線系統(tǒng)通信

49、標(biāo)準(zhǔn)接口與總線系統(tǒng)各接口之間的連接方式是組建智能檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。目前，全世界廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)有IEC-625系統(tǒng)、CAMAC系統(tǒng)、I2C系統(tǒng)、CAN總線系統(tǒng)等?，F(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)接口的儀器可單獨(dú)使用，也可作為智能檢測(cè)系統(tǒng)的分機(jī)使用。利用標(biāo)準(zhǔn)接口的分機(jī)，可以大大簡(jiǎn)化智能檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，使智能檢測(cè)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上通用化、積木化，增強(qiáng)可擴(kuò)展性和可縮性，方便用戶更改系統(tǒng)的功能和要求。標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)應(yīng)包括的內(nèi)容有：接口的連接線及其傳送信號(hào)的各種規(guī)定；接口電路的工作原理與實(shí)現(xiàn)方法；機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的規(guī)定；數(shù)據(jù)格式和編碼方式；控制器的組成及其命令系統(tǒng)。 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 1011013.4.2 智能檢測(cè)系統(tǒng)

50、的設(shè)計(jì)智能檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)智能檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括硬件電路設(shè)計(jì)、接口選型設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員，硬件電路設(shè)計(jì)的涉及面廣，設(shè)計(jì)調(diào)試周期長(zhǎng)，疑難問(wèn)題較多。一般情況下，在設(shè)計(jì)智能檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)堅(jiān)持以下幾項(xiàng)設(shè)計(jì)原則。1硬件設(shè)計(jì)原則硬件設(shè)計(jì)原則智能檢測(cè)系統(tǒng)的硬件包括主機(jī)硬件、分機(jī)硬件(包括傳感器)和通信系統(tǒng)三大部分。硬件組成決定一個(gè)系統(tǒng)的主要技術(shù)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。智能檢測(cè)系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循下列原則：第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 102102(1) 簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。(2) 低功耗設(shè)計(jì)。(3) 通用化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。(4) 可擴(kuò)展件設(shè)計(jì)。(5) 采用通用化接口。2軟件設(shè)計(jì)原則軟件設(shè)計(jì)原則智能檢測(cè)系統(tǒng)的軟件

51、包括應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件。應(yīng)用軟件與被測(cè)對(duì)象直接有關(guān)，貫穿整個(gè)檢測(cè)過(guò)程，由智能檢測(cè)系統(tǒng)研究人員根據(jù)系統(tǒng)的功能和技術(shù)要求編寫(xiě)，它包括檢測(cè)程序、控制程序、數(shù)據(jù)處理程序、系統(tǒng)界面生成程序等。智能檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)應(yīng)遵循下列設(shè)計(jì)原則：第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 103103(1) 優(yōu)化界面設(shè)計(jì)，方便用戶使用。(2) 使用編制、修改、調(diào)試、運(yùn)行方便的應(yīng)用軟件。軟件是實(shí)現(xiàn)、完善和提高智能檢測(cè)系統(tǒng)功能的重要手段。軟件設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分考慮應(yīng)用軟件在編程、修改、調(diào)試、運(yùn)行和升級(jí)方面的方便性，為智能檢測(cè)系統(tǒng)的后續(xù)升級(jí)、換代設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。(3) 豐富軟件功能。無(wú)論智能儀器、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)還是專家系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)都應(yīng)在程序運(yùn)行速

52、度和存儲(chǔ)容量許可的情況下，盡量用軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)備的功能，簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)。事實(shí)上利用軟件設(shè)計(jì)，可方便地實(shí)現(xiàn)測(cè)量量程轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、FFT變換、數(shù)據(jù)融合、故障診斷、邏輯推理、知識(shí)查詢、通信、報(bào)警等多種功能，大大提高設(shè)備的智能化程度。 第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 1041043.4.3 智能傳感器技術(shù)智能傳感器技術(shù)智能傳感器(Intelligent Sensor)是具有信息處理功能的傳感器。智能傳感器帶有微處理器，具有采集、處理、交換信息的能力，是傳感器集成化與微處理器相結(jié)合的產(chǎn)物。一般智能機(jī)器人的感覺(jué)系統(tǒng)由多個(gè)傳感器集合而成，采集的信息需要計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，而使用智能傳感器就可將信息分散處理，從而降低成本。與一般傳感器相比，智能傳感器具有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(1) 通過(guò)軟件技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高精度的信息采集，而且成本低。(2) 具有一定的編程自動(dòng)化能力。(3) 功能多樣化。第3章 傳感器及檢測(cè)技術(shù) 1051051智能傳感器的結(jié)構(gòu)智能傳感器的結(jié)構(gòu)智能傳感器除了檢測(cè)物理、化學(xué)量的變化之外，還具有測(cè)量信號(hào)調(diào)理(如濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換等)、數(shù)