传感器论文

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《传感器与检测技术》大作业

课程名称:传感器与检测技术

设计题目:传感器网络在智能家居系统中的应用学院:计算机科学与信息工程学院

姓名:方鹏飞

学号:14031310115

专业班级:物联网工程14 -1

指导教师:魏胜利

2016年6月20 日

无线传感器网络在智能家居系统中的应用研究

摘要

微电子技术、计算机技术和无线通信等技术的进步,推动了低功耗多功能传感器的快速发展,使其在微小体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三个要素。

本论文以智能家居系统为背景,研究将无线传感器网络技术应用在智能家居中来实现室内温度和人体热释红外信息的检测。首先介绍了无线传感器网络和智能家居的起源与发展,具体分析了目前智能家居系统的不足和智能家居与无线传感器网络技术结合的难点。接着根据无线传感器网络节点的定义,本文对其四个组成部分的硬件进行设计,详细介绍了各部分器件的特点及相应的电路原理图。随后介绍了通信协议的设计,主要包括MAC层协议和路由协议的设计。本文在比较几种流行的拓扑结构的基础上设计了最适合智能家居网络的拓扑结构,同时设计了节点的硬件驱动程序以及实现通信协议的程序,接着组建了一个小型的网络来实现室内温度和人体红外信息的采集及多跳传输。最后总结了本论文的设计工作并展望了基于无线传感器网络的智能家居系统的美好前景。

关键词:

无线传感器网络,智能家居,温度,人体热释红外

引言:

无线传感器网络是由大量无处不在的,具有通信与计算能力的微小传感器节点密集布设在无人值守的监控区域而构成的能够根据环境自主完成指定任务的“智能”自治测控网络系统。无线传感器网络是一种超大规模、无人值守、资源严格受限的全分布系统,采用多跳对等的通信方式,其网络拓扑动态变化,具有自组织、自治、自适应等智能属性。

无线传感器网络的应用前景非常广阔,能够广泛应用于军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探

索、大型车间和仓库管理,以及机场、大型工业园区的安全监测等领域,本文主要研究无线传感器网络技术在智能家居系统中的应用。目前,智能家居网络系统还主要以有线形式为主,无线只是作为有线的补充,而且网络传输和处理能力较差。一个智能家居系统应该将家居的安防系统、家电的控制系统、通信系统和网络应用系统等等应用系统进行统一管理,实现互联,系统能够自动处理各种事件,并且用户能够通过电话或者Internet进行远程管理,从而创造符合人们要求的便捷化。将无线传感器网络技术应用在智能家居中,在一定意义上它已经突破了传统意义上的无线传感器网络,主要面临的困难是节点的异构化和网络结构的动态变化。因此,设计合适的传感器节点和通信协议是一个关键,但目前无线传感器网络的研究还不成熟,还有许多问题有待解决和研究。

一、无线传感器网络的起源和发展现状

传感器技术、微电机系统(Micro Electro Mechanism System,MEMS)、现代网络和无线通信等技术的进步,推动了具有现代意义的无线传感器网络的产生和发展。而随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟,具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器开始在世界范围内出现。由这些微型传感器构成的传感器网络(Wireless Sensor Network 简称WSN)引起了人们的极大关注。这种传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术,能够协作的实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息,并对这些信息进行处理,获得详尽而准确的信息,传送到需要这些信息的用户。例如,传感器网络可以向正在准备进行登陆作战的部队指挥官报告敌方岸滩的详实特征信息,如丛林地带的地面坚硬度、干湿度等,为制定作战方案提供可靠的信息。传感器网络可以使人们在任何时间、地点和任何环境条件下获取大量详实而可靠的信息。因此,这种网络系统可以被广泛地应用于国防军事、工农业控制、城市管理、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域[1]。传感器网络是信息感知和采集的一场革命。传感器网络作为一个全新的研究领域,在基础理论和工程技术两个层面向科技工作者提出了大量的挑战性研究课题。美国商业周刊和MIT《技术评论》杂志(《Technology Review》)在预测未来技术发展的报告中,分别将无线传

感器网络列为最具影响的21项技术和改变世界的10大技术之一[2, 3]。传感器网络、塑料电子学和仿生人体器官又被称为全球未来的三大高科技产业。

由于传感器网络的巨大应用价值,它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注。美国自然科学基金委员会2003年制定了传感器网络研究计划,投资34000000美元,支持相关基础理论的研究。美国国防部和各军事部门都对传感器网络给予了高度重视[4],在C4ISR(command,control,communication,computing,intelligence,surveillance,reconnaissance)的基础上提出了C4KISR计划[5],强调战场情报的感知能力、信息的综合能力和信息的利用能力,把传感器网络作为一个重要研究领域,设立了一系列的军事传感器网络研究项目。美国英特尔公司、微软公司等信息工业界巨头也开始了传感器网络方面的工作,纷纷设立或启动相应的行动计划。日本、英国、意大利、巴西等国家也对传感器网络表现出了极大的兴趣,纷纷展开了该领域的研究工作。

传感器网络的研究起步于20世纪90年代末。从2000年起,国际上开始出现一些有关传感器网络研究结果的报道。但是,这些研究结果处于起步阶段,距离实际需求还相差甚远。我国在传感器网络方面的研究工作还很少。首次正式出现于1999年中国科学院《知识创新工程试点领域方向研究》的“信息与自动化领域研究报告”中,作为该领域提出的五个重大项目之一。2001年以后,我国的中科院上海微系统研究所、沈阳自动化所、软件研究所、计算所、电子所、自动化所和合肥智能技术研究所等科研机构,哈尔滨工业大学、清华大学、北京邮电大学、西北工业大学、天津大学和国防科技大学等院校在国内较早开展了传感器网络的研究,2004年起有更多的院校和科研机构加入到该领域的研究工作中来。

1、军事领域的研究进展情况

美国陆军2001年就提出了“灵巧传感器网络通信”计划,在2001-2005财政年度期间批准实施。其基本思路是:在战场上布置大量的传感器以收集和传输信息,并对相关原始数据进行过滤,然后再把那些重要的信息传送到各数据融合中心,将大量的信息集成为一幅战场全景图。当参战人员需要时可分发给他们,使其对战场态势的感知能力大大提高。

美国陆军近期又确立了“无人值守地面传感器群”项目,其主要目标是使基层部队指挥员根据需要能够将传感器灵活部署到任何区域。该项目是支持陆军“更广阔视野”的三个项目之一。美国陆军还确立了“战场环境侦察与监视系统”项目。该系统是一个智能化传感器网络,可以更为详尽准确地探测到精确信息。例如登陆作战中敌方岸滩的翔实地理特征信息,丛林地带的地面坚硬度和干湿度等信息,为更准确的制定战斗行动方案提供情报依据。它通过“数字化路标”作为传输工具,为各作战平台与单位提供各自所需的情报服务,使情报侦察与获取能力产生质的飞跃。

美国海军最近确立了“传感器组网系统”研究项目。传感器组网系统的核心是一套实时数据库管理系统,利用现有的通信机制对从战术级到战略级的传感器信息进行管理,管理工作只需一台专用的商用便携机,无需其他专用设备。该系统以现有的带宽进行通信,并可协调来自地面和空中监视传感器以及太空监视设备的信息。该系统能够部署到各级指挥单位。

美国海军最近开展的协同交战能力(又称CEC)是一项革命性的技术。CEC 的实质就是把高性能传感器网络与高性能交战网络有机的结合起来。高效的传感器网络能快速生成交战质量的态势信息,交战网络则可把这一态势信息转化成更高的作战能力。CEC传感器网络的感知数据来源于雷达,通过舰船或飞机战斗群携带的处理器进行感知数据的处理。每艘战船不但通过自己的雷达,而且还从其他的战船或者装载CEC的战机来获取数据。例如,一艘战船除了从自己的雷达获取数据以外,还从舰船战斗群的20个以上的雷达中获取数据,也可以从鸟瞰战场的战机上获取数据。空中传感器负责侦察更大范围的低空目标,这些传感器也是网络中重要的一部分。CEC可以从多方面探测目标,极大的提高测量精度和击中目标的概率。CEC还可以快速而准确跟踪混乱战争环境中的敌机和导弹,使战船可以击中多个地平线或地平线以上近海面飞行的超声波目标。

2002年5月,美国Sandia国家实验室与美国能源部合作,共同研究能够尽早发现以地铁、车站等场所为目标的生化武器袭击,并及时采取防范对策的系统。它属于美国能源部恐怖对策项目的重要一环。该系统集检测有毒气的化学传感器和网络技术于一体。安装在车站的传感器一旦检测到某种有害物质,就会自动向管理中心通报,自动进行引导旅客避难的广播,并封锁有关入口等。该系统除了

能够在专用管理中心进行监视之外,还可以通过Internet进行远程监视。

2、民用领域的研究进展情况

美国交通部1995年提出了“国家智能交通系统项目规划”,预计到2025年全面投入使用。该计划试图有效集成先进的信息技术、数据通信技术、传感器技术、控制技术及计算机处理技术并运用于整个地面交通管理,建立一个大范围全方位的实时高效的综合交通运输管理系统。这种新型系统将有效地使用传感器网络进行交通管理,不仅可以使汽车按照一定的速度行驶,前后车辆自动保持一定的距离,而且还可以提供有关道路堵塞的最新消息,推荐最佳行车路线以及提醒驾驶员避免交通事故等。由于该系统将应用大量传感器与各种车辆保持联系,人们可以利用计算机来监视每一辆汽车的运行状况,如制动质量、发动机调速时间等。根据具体情况自动进行调整,使车辆保持在高效低耗的最佳运行状态,并就潜在的故障发出警告,或直接与事故抢救中心取得联系。

英特尔公司在2002年10月24日发布了“基于微型传感器网络的新型计算发展规划”。计划宣称,英特尔将致力于微型传感器网络在预防医学、环境监测[7]、森林灭火乃至海底板块调查、行星探查等领域的应用。实现该计划需要三个阶段,包括物理阶段、实现阶段和应用阶段。物理阶段主要开发集成感知、计算和通信功能的超微型传感器,该传感器也称做尘粒(Mote)或智能微尘(Smart dust)。实现阶段将在实际商务中使用来自传感器网络的感知数据。应用阶段将传感器网络应用于预防医学、环境监测及灾害对策等领域。

3、学术界的研究进展情况

在美国自然科学基金委员会的推动下,美国的加州大学伯克力分校(University of California, Berkeley)、麻省理工学院(MIT)、康奈尔大学(Connell University)加州大学洛杉矶分校(University of California, Los Angeles)等学校开始了传感器网络的基础理论和关键技术的研究。

学术界的研究主要集中在传感器网络技术和通信协议的研究上,也开展了一些感知数据查询处理技术的研究,取得了一些初步研究结果。目前的研究工作还处于起步阶段,大量的问题还没有涉及到。未来的研究工作任重而道远。

二、无线传感器网络的关键技术

无线传感器网络是信息感知与采集和计算模式的一场革命。它涉及到多学科交叉的研究领域,有非常多的关键技术有待发现和研究,向研究者提出了大量挑战性课题。

1、无线通信技术

无线传感器网络是需要低功耗短距离的无线通信技术,由于无线传感器的高度自组织和多跳路由使适用于无线通信软硬件技术尤其是无线通信软件技术成为一个全新的研究领域。超宽带技术(UWB)是一种极具潜力的无线通信技术[9],具有对信号衰减不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点,非常适合应用在无线传感器网络中。

IEEE802.15.4规范是一种经济、高效、低数据速率(<250kbps)、工作在2.4GHz和868/915 MHz的无线通信技术,用于个人区域网和对等网状网络。它是ZigBee[10]应用层和网络层协议的基础。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术,它是一种介于无线标记技术和蓝牙[11]之间的技术,主要用于近距离的无线连接。它根据802.15.4标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以它们的通信效率非常高。

2、无线通信的网络协议

由于传感器节点的计算能力、存储能力、通信能力以及携带的能量都十分有限,每个节点只能获取局部网络的拓扑信息,其上运行的网络协议也不能太复杂。同时,传感器拓扑结构动态变化,网络资源也在不断变化,这些都对网络协议提出了更高的要求。传感器网络协议负责使各个独立的节点形成一个多跳的数据传输网络,目前研究的重点是网络层协议和数据链路层协议。网络层的路由协议决定监测信息的传输路径;数据链路层的介质访问控制用来构建底层的基础结构,控制传感器节点的通信过程和工作模式。

在无线传感器网络中,路由协议不仅关心单个节点的能量消耗,更关心整个网络能量的均衡消耗,这样才能延长整个网络的生存期。同时,无线传感器网络是以数据为中心的,这在路由协议中表现得最为突出,每个节点没有必要采用全网统一的编址,选择路径可以不用根据节点的编址,更多的是根据感兴趣的数据

建立数据源到汇聚节点之间的转发路径。目前提出了多种类型的传感器网络路由协议[12, 13, 14],如多个能量感知的路由协议,定向扩散和谣传路由等基于查询的路由协议,GEAR和GEM等基于地理位置的路由协议,SPEED和ReInForM 等支持QoS的路由协议。

传感器网络的MAC协议首先要考虑节省能源和可扩展性,其次才考虑公平性、利用率和实时性等。在MAC层的能量浪费主要体现在空闲侦听、接收不必要数据和碰撞重传等。为了减少能量的消耗,MAC协议通常采用“侦听/睡眠”交替的无线信道侦听机制,传感器节点在需要收发数据时才侦听无线信道,没有数据需要收发时就尽量进入睡眠状态。近期提出了S-MAC[15]、T-MAC[16]和Sift 等基于竞争的MAC协议,DEANA、TRAMA、DMAC和周期性调度等时分复用的MAC 协议[17],以及CSMA/CA[18]与CDMA相结合、TDMA和FDMA相结合的MAC协议。由于传感器网络是与应用相关的网络,应用需求不同时,网络协议往往需要根据应用类型或应用目标环境特征定制。

3、无线通信的数据融合

传感器网络存在能量约束。减少传输的数据量能够有效地节省能量,因此在从各个传感器节点收集数据的过程中,可利用节点的本地计算和存储能力处理数据的融合,去除冗余信息,从而达到节省能量的目的。由于传感器节点的易失效性,传感器网络也需要数据融合技术对多份数据进行综合,提高信息的准确度。

数据融合技术可以与传感器网络的多个协议层次进行结合。在应用层设计中,可以利用分布式数据库技术,对采集到的数据进行逐步筛选,达到融合的效果;在网络层中,很多路由协议均结合了数据融合机制,以期减少数据传输量;此外,还有研究者提出了独立于其他协议层的数据融合协议层,通过减少MAC 层的发送冲突和头部开销达到节省能量的目的,同时又不损失时间性能和信息的完整性。数据融合技术已经在目标跟踪、目标自动识别等领域得到了广泛的应用。在传感器网络的设计中,只有面向应用需求设计针对性强的数据融合方法,才能最大限度的获益。

数据融合技术在节省能量、提高信息准确度的同时,要以牺牲其他方面的性能为代价。首先是延迟的代价,在数据传送过程中寻找易于进行数据融合的路由、进行数据融合操作、为融合而等待其他数据的到来,这三方面都可能增加网络的

平均延迟。其次是鲁棒性的代价,传感器网络相对于传统网络有更高的节点失效率以及数据丢失率,数据融合可以大幅度降低数据的冗余性,但丢失相同的数据量可能损失更多的信息,因此相对而言也降低了网络的鲁棒性。

三、智能家居的起源和发展现状

随着近年来科学技术的迅速发展和普及,我们的工作、生活观念也发生了巨大的改变,现代家庭生活追求的新方向—智能化生活已经悄然走进我们的生活,“智能家居”已成为家庭信息化和智能化必不可少的需求。

1、智能家居的概念

智能家居是指在小区内部宽带网络已经普及的基础上利用小区内部的网络环境搭建的以家庭为单位的控制系统,其目的是为住户提供以住宅为平台,兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化,集系统、结构、服务管理于一体的高效、舒适、安全、便利的居住环境。智能家居是个复杂的综合体。首先,在一个家居中建立一个通讯网络,为家庭信息提供必要的道路,在家庭网络的操作系统的控制下,通过相应的硬件和执行机构,实现对所有家庭网络上的家电和设备的控制和监测。其次,通过一定的媒介,构成与外界的通讯通道,以实现与家庭以外的世界沟通信息,满足远程控制/监测和交换信息的需求。最后,智能家居的最终实现目的都是为满足人们对安全、舒适、方便和符合绿色环境保护的需求。智能家居从功能上说,主要分为家庭安防功能、家庭数据采集功能、家电及家庭电子设备控制、家庭信息管理平台和家庭能源控制功能等五大功能。

2、智能家居的发展现状

现在,世界各国都在跻身于网络信息服务技术的家庭应用,硅谷目前的投资和研发热点就是这方面的应用。圣保罗风险资本公司、Flatiron合伙公司和松下电子公司已经拨款1.4亿美元,投资于支持智能的信息家电公司。诺基亚、摩托罗拉和至少另外五家电话制造商正在开发网络电话。而惠普、IBM、太阳微系统和索尼等公司正准备推出大量新发明的小玩意儿。从巴掌大小的扫描仪到赋予这些装置动力的芯片和软件等不一而足。

当前,我国对智能家居的研究刚起步。1994年,国家科委立项资助重大科技项目“2002年小康型城乡住宅科技产业工程项目”其目标是以科技为先导。以示范住宅小区建设为载体,推进我国住宅产业现代化,构建新一代住宅产业,

在该项目中,把智能型住宅技术列为重中之重,开展技术、产品与工程的应用研究。2000年9月,长虹、海尔、春兰、TCL、小天鹅、上广电、厦新、电子三所、清华同方、中兴通讯等数家家电巨头和科研院所参加了国家经贸委2000年国家技术创新重点专项计划“家庭信息化网络技术体系研究及产品开发”项目工作会议。此次会议成立了“中国家庭信息网络制标技术委员会”。该委员会将联合开发家庭信息网络中的共性技术和产品互联规范,实现消费类电子、通信和计算机行业间的大范围协作。

3、传统的智能家居网络的不足

现在国内智能家居系统的研究还处于起步阶段,现有的智能家居系统通常只是对一些分散的智能家庭控制子系统的研究,例如三表抄送子系统(电表、水表和天然气表)、门禁子系统、可对讲子系统、医疗求助子系统和安防子系统等。这些子系统互相独立,不能实现信息共享,使得安装和使用很不方便。目前,智能家居网络系统还主要以有线形式为主,无线只是作为有线的补充,而且网络传输和处理能力较差。一个智能家居系统应该将家居的安防系统、家电的控制系统、通信系统和网络应用系统等等应用系统进行统一管理,实现互联,系统能够自动处理各种事件,并且用户能够通过电话或者Internet进行远程管理,从而创造符合人们要求的便捷化。

四、无线传感器网络技术与智能家居结合的难点

将无线传感器网络技术应用在智能家居中,在一定意义上它已经突破了传统意义上的无线传感器网络:

首先节点异构化,网络不再完全由同类的节点组成,无线传感器网络节点可以分为功能单一的传感器节点、执行器节点和兼具传感与执行功能可独立工作的电器设备节点以及具有计算与存储功能的通用处理平台节点(PC机)等几大节点,因此这种由形态结构和功能各异的节点构成的家庭无线传感器网络是一个异构网络。

其次网络节点不再是完全静止的,一方面由于某些办公电器或家电产品在环境中的位置并不固定,另一方面室内环境中存在移动节点。例如,可以控制室内环境中所有电器的中央遥控器。这个也是传感器网络的重要特点,动态性网络[20],拓扑结构可能改变。这就要求传感器系统要能够适应这种变化,具有动态

的系统可重构性。

因此,将无线传感器网络技术应用在智能家居中面临的主要挑战来自于理论层面的对移动节点的管理与相应的高效的路由算法的设计[21],其次是工程应用层面的实施问题,即如何才能让来自不同电器厂商的各种电器设备以及传感器执行器系统方便的互联。例如,在家居环境中的室内无线传感器网络:由于现代家居系统中包括的家电种类繁多,而目前的各大家电生产商的产品只能是各有侧重,例如Philips的家用照明系统产品是同类产品中最好的,然而其洗衣机产品确未必有伊莱克斯公司的产品好,此外再考虑价格等其它因素,消费者很少会一次性将电器购置齐全并且不太可能选用同一电器厂商的产品,因此如何实现这些来自不同厂商的不同类型的电器产品之间的互联就成了未来的室内无线传感器网络系统实用化要面临的主要挑战。随着电器系统的智能化、协同化以及远程监控系统等应用的发展,在提供传统的人机界面的同时提供一个可供其它电器设备使用本电器的某些功能的机器间互操作的接口。此接口的出现实现了家电系统的互联,同时可以通过一个便携式家电主控制器控制这个家居系统中的各种电器设备。

五、回顾总结

本文以智能家居系统为背景,研究将无线传感器网络技术应用到智能家居系统中来实现室内温度和人体热释红外信息的检测。首先根据无线传感器网络节点的定义和原理框图,本文自行设计了基于温度和人体热释红外检测的无线传感器节点模块。随后设计了无线通信协议:在MAC层协议的设计中,信道接入方式采用CSMA方式,退避算法采用非坚持的CSMA法,差错控制算法采用ARQ法;在路由协议的设计中,在DSDV协议和DSR协议的基础上改进并设计了一种混合型的路由协议,该混合路由协议同时具有主动路由协议和按需路由协议的特点,既具有时延小的特点又不需要定期维护路由表。接着设计了传感器节点硬件的驱动程序和无线通信协议的实现程序。最后,设计了智能家居系统的拓扑结构,并在这个拓扑结构下用自行设计的模块组成网络,来实现室内温度和人体热释红外信息的检测。在实际的测试中,本文设计的节点可以较好的完成温度和人体热释红外的检测,在本文设计的通信协议的支持下可以实现数据的多点无线传输即可以把数据通过多点转发送到控制中心,实现了智能家居中的环境温度检测和智能防盗

功能,同时经过多组数据的测试,本系统的性能也是相当地可靠。

六、展望

室内环境中存在多种对通信系统的要求差别很大的应用,其中廉价可靠的无线传感器网络适用于传输控制信令(如电器互操作的控制信号)、发生频率低的突发事件,例如火灾、心脏病人突然发病等,或者频率低且对传输率要求低的数据传输(例如,传感器采集的温度湿度等环境数据)而并不适合用于传输对带宽要求高的数据如多媒体数据等,因此,无线传感器网络可以用作整个室内网络的信令通道:现有的一些无线通信技术如无线局域网,Bluetooth等属于无路由功能的单跳网络,价格高、功耗大且实现复杂,但其数据传输率很高,因此适用于电器间互联的高速数据通道。室内环境中由无线传感器网络与现有的技术组成的室内局域网通过网关与GSM,GPRS和CDMA网络以及Internet构成的外网相连,使室内局部环境同外部的物业管理、商家、银行、消防队、医院、公安局等社会职能机构一起构成了一个无缝、交互的初步普适计算环境,这种室内无线传感器网络系统必将改变人们未来的生活方式,为人们提供一个更加安全、便捷、舒适和人性化的工作与生活环境。

智能家居是一个新兴的研究领域,其功能可以随着用户的需求无限扩展。智能家居也是一个快速发展的领域,其市场前景广阔。无线传感器网络在智能家居中的应用,极大的提高了传统智能家居系统的人性化和自动化水平,必将随着智能家居的发展而不断进步。

参考文献

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传感器与检测技术论文

2301436245 传感器与检测技术论文 1、传感器的定义、组成、分类及基本特征。 传感器源自“感觉”一词。人类的“五官”可以说就是最原始的传感器。 它是一种能够感受被测量信息同时又能够将感受到的被测量信息按照一定的规律转换或电、信号或其他所需形式的信号输出,以达到便于传输、处理、显示和控制等目的的检测装置。 从各行各业到日常生活,传感器几乎是无处不在,无处不用,其主要作用就是信息的采集和获取。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中,要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数,使设备工作在正常状态或最佳状态,并使产品达到最好的质量。因此可以说,没有众多的优良的传感器,现代化生产也就失去了基础。 传感器也称为变换器、换能器、变松器、发送器与探测器等,由于传感器元件的输出信号往往都非常微弱,传感器在除敏感元件两大组成部分之外,所以还必须加入转换电路以便对弱小的信号进行放大。另外,还应有辅助电源,以供传感器和转换电路工作。随着集成电路技术在传感器应用中的深入,传感器的各个组成部分可以集成在同一半导体芯片上,构成集成传感器。 传感器种类众多,原理各异分类方式也不尽相同。按输入被测量进行分类,一般可分为速度传感器、温度传感器、位移传感器、压力传感器等。这种分类方法直接反应了检测的目的;按输出量形式可分为数字传感器与模拟传感器两类;按工作机理可分为结构型和物性型;按转换原理可分为电阻式、电容式、电感式、压电式、光电式、热点式传感器等;按信息的传递方式可分为能量转换传感器与能量控制型传感器两类。 随着计算机辅助设计,辅助制造技术,集成电路技术和微机械电子系统技术等新技术以及新工艺、新材料的应用,出现了精度更高,性能更优、用途更广的现代传感器。现代化传感器正在向智能化、集成化、多功能化方向发展。 传感器有其基本特性,可分为静态特性和动态特性。静态特性是指静态信号作用下的输出输入关系特性,而所谓动态特性是指动态信号下的输入输出关系特性。衡量传感器其静态特性优劣的重要性能指标线是性灵敏度、迟滞、重复性、分辨率与稳定性。 传感器它是一种能够感受被测量信息的,在检测系统中传感器有着广泛的应用,现代自动检测是以计算机技术为核心,以传感器技术为基础构成的。 检测系统的各个组成部分是以信息流的过程进行划分的。传感器处于整个系统的第一个环节,其作用是将直接感受到的被测量转换为容易进行测试的电信号或其他所需形式的信号。检测技术是科学实验中必不可少的手段。任何一项现代自然科学成就或技术发明,总是通过检测技术获取大量准确的数据。检测技术能够涉及的测量范围与能够达到的测量精度,很大程度上决定着现代科技进步的深度与广度。如在国防科技中,没有检测技术,导弹发射与卫星上天是不可能的。利用检测技术处理获取的数据信息,能对产品的质量和性能做出客观的评价,为工艺人员进行制造工艺提供依据。在现在大工业生产中,如果没有检测技术,新设备的研制以及复杂工艺流程的具体实现是不可能的。 传感器的应用作为自动检测的首要环节,进行正确的选用是首先要考虑的。在选用传感器时,不能片面追求其线性度好、灵敏度高、迟滞小、重复性优、分辨力强,而是应该根据检测的具体要求和条件,保证主要性能指标满足要求即可,即选用时应遵循下列几项原则:考虑检测系统内部的要求;考虑检测系统外部的条件;考虑传感器自身的技术指标。 传感器作为感知、获取和检测信息的窗口,提供着人类赖以进行判断、决策与处理所必

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毕业设计 设计题目:传感器电路设计

目录 1. 引言 1 2. 溶解氧传感器简介 1 3.信号输入部分电路 4 3.1 电源滤波电路图 4 3.2 信号放大电路 5 3.2.1信号放大电路图 5 3.3 AD623放大器简介 6 3.3.1AD623放大器的特点 6 3.3.2AD623放大器的工作原理 6 4 单片机电路7 4.1 单片机电源电路图8 4.2 89LPC925芯片简介8 4.2.1 P89PLC925芯片主要功能8 4.2.2 P89PLC925的低功耗选择11 4.2.3 P89PLC925的极限参数11 4.2.4 P89PLC925芯片管脚图11 5.MiniICP下载线的电路连接13 6.PCB板的绘制13 7.程序流程14 8. 总结16 参考文献16

传感器电路设计 摘要:溶解氧数字化传感器是应用单片机控制的智能化传感器,它可以对液体中溶解氧 的含量进行准确的测量。本设计从总体上介绍了溶解氧数字化传感器的工作原理,着重介 绍了电路元器件的选取以及输入信号的放大和P89LPC925芯片的工作原理,利用P89LPC925 芯片实现对溶解氧浓度的准确测量。 关键词:溶解氧传感器;P89LPC925;AD623 The design of the dissolved oxygen sensor (College of Physics and Electronic Engineering, Electrical Engineering and Its Automation, Class2 Grade2003, 0323110235) Abstract:Dissolved oxygen digital sensor is a king of intelligent sensor which use single-chip computer to control, it could measure the oxygen dissolved in liquid accurately. This design introduces the work principle of dissolved oxygen digital sensor, it introduces the selection of the circuit components and amplification of input signals and the work principle of P89LPC925 chip, P89LPC925 chip using the dissolved oxygen concentration on the measurement accuracy. Key Words: dissolved oxygen sensor; P89LPC925; AD623 1 引言 氧是维持人类生命活动必不可少的物质,它与人类的生存息息相关。氧也是与化学、生化反应、物理现象最密切的一种化学元素,无论是在工业、农业、能源、交通、医疗、生态环境等各个方面都有重要作用。特别是在水产养殖中,水体溶解氧对水中生物如鱼类的生存有着至关重要的影响。缺溶氧(溶解氧低于4mg/L)时将导致水生物窒息死亡;低溶氧导致水生物生长缓慢,增重率低而饵料系数高,对疾病的抵抗能力发病率高,生物的生长受到限制;高溶氧时某些鱼类幼体可能会出现气泡病。因此溶解氧浓度的精确测量显得尤为重要。 2 溶解氧传感器简介 溶解氧是溶解在水中的分子态氧,该定义是可查资料[1]-[4],随着科技和经济的发展,溶解氧测量已从水介质延伸到了非水液体介质,如丙酮、苯、氯苯、环乙烷、甲醇、正辛烷。分布方式有水平分布和垂直分布两种.溶解氧的一个来源是水中溶解氧未饱和时,大气中的氧气向水体渗入;另一个来源是水中植物通过光合作用释放出的氧。溶解氧随着温度、气压、盐分的变化而变化,一般说来,温度越高,溶解的盐分越大,水中的溶解氧越低;气压越高,水中的溶解氧越高。

传感器论文传感器论文

KJT-FJ18GW型光电传感器 传感器——一种能够探测、感受外界的信号、物理条件(如光、热、湿度)或化学组成,并将探知的信息传递给其他装置或器官的物理装置或生物器官。它早已因它的强大的功能而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。咨询公司INTECHNOCONSULTING的传感器市场报告显示,2008年全球传感器市场容量为506亿美元,预计2010年全球传感器市场可达600亿美元以上。调查显示,东欧、亚太区和加拿大成为传感器市场增长最快的地区,而美国、德国、日本依旧是传感器市场分布最大的地区。由此可见,传感器发展之快速。相信在我们的生活中无时无刻都能见到它的身影。 传感器按人体的五大感觉器官来划分的话,其又可分为:光敏传感器——视觉;声敏传感器——听觉;气敏传感器——嗅觉;化学传感器——味觉;压敏、温敏、流体传感器——触觉等。 光电传感器,传感器中的视觉,其因检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点,而且可测参数多,传感器的结构简单,形式灵活多样,因此光电传感器在检测和控制中应用非常广泛。它的种类繁多,主要有:光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS图像传感器等。它的敏感波长在可见光波长附近,包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测,它还可以作为探测元件组成其他传感器,对许多非电量进行检测,只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一,它在自动控制和非电量电测技术引中占有非常重要的地位。最简单的光敏传感器是光敏电阻,当光子冲击接合处就会产生电流。而我今天要介绍KJT-FJ18GW型光电传感器亦属于其中。 工作原理: 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的,按光电元件(光学测控系统)输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲(开关)式光电传感器.模拟式光电传感器是将被测量转换成连续变化的光电流,它与被测量间呈单值关系.模拟式光电传感器按被测量(检测目标物体)方法可分为透射(吸收)式,漫反射式,遮光式(光束阻档)三大类.所谓透射式是指被测物体放在光路中,恒光源发出的光能量穿过被测物,部份被吸收后,透射光投射到光电元件上;所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上,再从被测物体表面反射后投射到光电元件上;所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份,使投射刭光电元件上的光通量改变,改变的程度与被测物体在光路位置有关.而我们的KJT-FJ18GW型光电传感器就采用了漫反射式.反射板式.对射式三种工作方式。 物理量范围: 工作温度:-40~140℃;工作电压:交直流通用24-250VAC/DC ; 工作环境照度:工作环境照度<=3000,太阳光(受光面照度)<=10000 ;

关于传感器的论文.

光电传感器 摘要:在科学技术高速发展的现代社会中,人类已经入瞬息万变的信息时代,人们在日常生活,生产过程中,主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输,来实现制动控制,自动调节,目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。由于微电子技术,光电半导体技术,光导纤维技术以及光栅技术的发展,使得光电传感器的应用与日俱增。这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单, 形式灵活多样等优点,在自动检测技术中得到了广泛应用,它一种是以光电效应为理论基础,由光电材料构成的器件。关键字:光电效应光电元件光电特性传感器分类传感器应用 正文: 一、理论基础——光电效应 光电效应一般有外光电效应、光导效应、光生伏特效应。 光照在照在光电材料上,材料表面的电子吸收的能量,若电子吸收的能量足够大是,电子会克服束缚脱离材料表面而进入外界空间,从而改变光电子材料的导电性,这种现象成为外光电效应 根据爱因斯坦的光电子效应,光子是运动着的粒子流,每种光子的能量为 hv(v为光波频率,h 为普朗克常数,h =6.63*10-34 J/HZ,由此可见不同频率的光子具有不同的能量,光波频率越高,光子能量越大。假设光子的全部能量交给光子,电子能量将会增加,增加的能量一部分用于克服正离子的束缚,另一部分转换成电子能量。根据能量守恒定律: 式中,m 为电子质量,v 为电子逸出的初速度,A 微电子所做的功。 由上式可知,要使光电子逸出阴极表面的必要条件是h>A。由于不同材料具有不同的逸出功,因此对每一种阴极材料,入射光都有一个确定的频率限,当入射光的频率低于此频率限时,不论光强多大,都不会产生光电子发射,此频率限称为

生物传感器毕业论文

目录 一.概述 (1) 二.生物传感器的基本原理、分类及特点 (1) 1.生物传感器的基本原理 (1) 2.生物传感器的分类 (1) 3.生物传感器的特点 (1) 三.几种典型的生物传感器 (2) 1.酶传感器 (2) 2.微生物传感器 (2) (1)呼吸机能型微生物传感器 (3) (2)代谢机能型微生物传感器 (3) 3.免疫传感器 (3) 4.生物组织传感器 (4) 5.半导体生物传感器 (4) (1)酶光敏二极管 (5) (2)酶FET (5) 四.生物传感器应用 (5) 五.生物传感器发展前景 (6) 参考文献 (8)

一.概述 20世纪70年代以来,生物医学工程迅猛发展,作为检测生物体内化学成分的各种生物传感器的不断出现。60年代中期起,首先利用酶的催化作用和它的催化专一性开发了酶传感器,并达到实用阶段。70年代又研制出微生物传感器、免疫传感器等。80年代以来,生物传感器的概念得到公认,作为传感器的一个分支它从化学传感器中独立出来,并且得到了发展,使生物工程与半导体技术相结合,进入了生物电子学传感器时代。生物传感器在发酵工艺、环境检测、食品工程、临床医学、军事及军事医学等方面得到了深度重视和广泛应用。随着社会的进一步信息化,生物传感器必将获得越来越广泛的应用。 二.生物传感器的基本原理、分类及特点 1.生物传感器的基本原理 生物传感器的基本原理是待测物质与分子识别原件特异性结合,发生生物化学反应,产生的生物学信息通过信号转换器转化为可以定量转化的电、光等信号,再经仪表放大和输出,从而达到分析检测的目的。生物传感器由固定化的生物敏感材料作识别元件(包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等物质)。 2.生物传感器的分类 1.根据生物传感器中分子识别即敏感元件可分为五类:酶传感器,微生物传感器,细胞传感器,组织传感器和免疫传感器。显而易见,所应用的敏感材料依次为酶、微生物个体、细胞器、动植物组织、抗原和抗体。 2.根据生物传感器的换能器即信号转换器分类有:生物电极传感器,半导体生物传感器,光生物传感器,热生物传感器,压电晶体生物传感器等,换能器依次为电化学电极、半导体、光电转换器、热敏电阻、压电晶体等。 3.以被测目标与分子识别元件的相互作用方式进行分类有生物亲合型生物传感器。 3.生物传感器的特点 1.采用固定化生物活性物质作催化剂,价值昂贵的试剂可以重复多次使用,

无线传感器网络技术与应用现状的研究毕业论文 精品

1 绪论 1.1 课题背景和研究意义 无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术等多种先进技术。其主体是集成化微型传感器,这些微型传感器具有无线通信、数据采集和处理、协同合作的功能。无线传感器网络就是由成千上万的传感器节点通过自组织方式构成的网络,它通过这些传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,通过嵌入式系统对信息进行处理,并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端,使用户完全掌握监测区域的情况并做出反应[1]。 无线传感器网络的自组织性和容错能力使其不会因为某些节点在恶意攻击中的损坏而导致整个系统的崩溃,所以传感器网络非常适合应用于恶劣的战场环境,包括监控我军兵力、装备和物资状态;监视冲突区域,侦察敌方地形和布防,定位攻击目标;评估损失,侦察和探测核、生物及化学攻击等。在战场上,铺设的传感器将采集相应的信息,并通过汇聚节点将数据送至数据处理中心,再转发到指挥部,最后融合来自各战场的数据,形成我军完备的战区态势图。也可以更隐蔽的方式近距离地观察敌方的布防,或直接将传感器节点撒向敌方阵地,在敌方还未来得及反应时迅速收集有利于作战的信息。在生物和化学战中,利用传感器网络,可及时、准确地探测爆炸中心,这会为我军提供宝贵的反应时间,从而最大可能地减小伤亡。 无线传感器网络是继因特网之后,将对21世纪人类生活方式产生重大影响的IT 热点技术。如果说因特网改变了人与人之间交流、沟通的方式,那么无线传感器网络则将逻辑上的信息世界与真实物理世界融合在一起,将改变人与自然交互的方式[2][3]。无线传感器网络是新兴的下一代传感器网络,最早的代表性论述出现在1999年,题为“传感器走向无线时代”。随后在美国的移动计算和网络国际会议上,提出了无线传感器网络是下一个世纪面临的发展机遇。2003年,美国《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术时,无线传感器网络被列为第一项未来新兴技术。同年,美国《商业周刊》又在其“未来技术专版”中发表文章指出,传感器网络是全球未来四大高技术产业之一,将掀起新的的产业浪潮。美国《今日防务》杂志更认为无线传感器网络的应用和发展,将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变

曲轴位置传感器波形分析2

曲轴位置传感器波形分析2

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曲轴位置传感器波形分析 一、磁脉冲式曲轴位置传感器信号波形分析 波形检测方法 连接示波器,起动发动机,怠速运转,而后加速或按照行驶性能发生故障的需要驾驶等,获得波形, 典型的磁脉冲式曲轴位置传感器信号波形如图所示。

二、 对于将发动机转速和凸轮轴位置传感器制成一体的具有两个信号输出端子的曲轴位置传感器可用双通道的示波器同时进行检测其信号波形,其典型信号波形如图所示。

三、波形分析 1.触发轮上相同的齿形应产生相同型式的连续脉冲,脉冲有一致的形状、幅值(峰对峰电压)并与曲轴(或凸轮)的转速成正比,输出信号的频率(基于触发的转动速度)及传感器磁极与触发轮之间的间隙对传感器信号的幅值影响极大。 2.靠除去传感器触发轮上一个齿或两个相互靠近的的齿所产生的同步脉冲,可以确定上止点的信号。 3.各个最大(最小)峰值电压应相差不多,若某一个峰值电压低于其他的峰值电压,则应检查触发轮是否有缺角或弯曲。 4.波形的上下波动,不可能在0V电位的上下完美地对称,但大多数传感器的波形相当接近,磁脉冲式曲轴(或凸轮轴)位置传感器的幅值随转速的增加而增加,转速增加,波形高度相对增加。 5.波形的幅值、频率和形状在确定的条件下(如相同转速)应是一致的、可重复的、有规律的和可预测的。也就是说测得波形峰值的幅度应该足够高,两脉冲时间间隔(频率)应一致,形状一致并可预测。 6.波形的频率应同发动机的转速同步变化。能使两脉冲间隔时间改变的唯一理由,是触发轮上的齿轮数缺少或特殊齿经过传感器,任何其他改变脉冲间隔时间的波形出现都可能意味着传感器有故障。

传感器设计论文

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。

传感器论文

沈阳工学院 结课论文设计验收报告题目:车类电机转速测量的设计 院系:信息与控制学院 专业:电子信息工程 班级学号: 12309129 学生姓名:宋明亮 指导教师:付丽华 成绩: 年月日

1 需求分析 (3) 2 设计方案要求 (4) 2.1 功能及技术要求 (4) (1)测速范围 (4) 2.2 测速及倒车提示系统设计方案论证 (4) 3 硬件电路的设计 (7) 3.1 超声波测距电路 (7) 3.1.2方案二:光电传感器 (9) 4. 转速检测电路 (11) 4.2数码管显示电路 (13) 4.3 直流电机控制电路 (15) 5结束语 (10)

1 需求分析 随着人们生活水平的不断提高,汽车已经成为生活中主导的交通工具,汽车产业蓬勃发展。为保障汽车驾驶时的舒适性和安全性世界各国对汽车防撞技术的研究和发展投入了大量的人力、物力和财力,据统计,危机情况时,如果能给驾驶员半秒钟的预处理时间,则可分别减少追尾事故的30%,路面相关事故的50%,迎面撞车事故的60%,所以现在汽车安装各类测距系统以保障行车安全。 针对我国高速公路交通安全的需要,以及国内外汽车电子技术的应用现状和发展趋势,综合汽车电子技术、通讯技术和控制技术等多学科理论,从必要性、可行性、实用性和经济性等角度出发,提出开发研制汽车测速及倒车提示系统。目的在于当行车处于高速及倒车状态时,提醒驾驶员或自动采用相应措施,从而减少或避免高速公路碰撞事故的发生。

2 设计方案要求 2.1 功能及技术要求 (1)测速范围 测速范围分为四档:第一档速0—130cm/s,第二档速130—200cm/s,第三档速200—260cm/s,第四档速260—300cm/s。 (2)倒车测距范围。 该模拟系统的测量范围在2—3米之间。当距离小于20cm时,电机自动停止,或者说在大于20cm时,也可以通过按键使电机停止。 (3)按键功能如表2-1所示。 表2-1 按键功能表 按键名称 K1 倒转键 K2 减速键 K3 加速键 K4 正转键 K5 复位键 S1 S2 进入倒车状态 (4)显示功能。 该系统具备显示功能,显示内容有正常运行的转速及倒车状态时障碍物与汽车尾部的距离,其显示精度为1cm。 2.2 测速及倒车提示系统设计方案论证 2.2.1发射与接收模块 方案一:采用后视摄像进行倒车 这种方法可以获得障碍物的直观图像,但无法测得准确的距离;虽然其可靠性高但是价格较高,得不到普遍的推广使用;这种方法还存在一些其他的缺陷,如其在夜间会受到影响,无法重现图像,使其在晚间如同虚设,不仅如此,它还会受到天气的影响,在阴雨、雾雪天气,后视摄像这种方法同样起不到效果。

传感器设计

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;

传感器论文

压力传感器的温控系统的研究 班级:学号: 姓名: 摘要:针对压力传感器易受温度影响,产生零点漂移、测量误差增大,从而产生测量误差等问题,本文设计了一种温度控制系统,根据科恩-库恩公式建立了系统的数学模型,采用参数自整定PID控制算法,克服了纯 PID 控制有较大超调量的缺点,从而减少了温度漂移对于测量值的影响,实现了一个温度控制系统。同时利用仿真软件建立系统的仿真模型,通过仿真和测试验证系统满足设计要求。很大程度上补偿了温度所应起的温漂对于测量值影响产生的误差,是压力传感器在高温工作情况下的稳定性的得到极大的提高。 关键字:温度传感器,温漂腔体仿真操作 0 引言 针对我国当对于压力传感器材料的研究的现进成果以及压力传感器技术在我国生产技术,社会生活,军事医学等方面的广泛运用,对于传感器各方面的研究就有极大的意义,同时也为我们研究传感器提供了有力的基础。sic的耐高温,抗腐蚀,抗辐射性能,因而使用SiC 来制作压力传感器,能够克服Si器件高温下电学、机械、化学性能下降的缺陷,稳定工作于高温环境,具有光明的应用前景。 但是界温度较大时,压力传感器受温度影响精度不高,会产生零点漂移等问题,从而增大测量误差。于是尝试加工一个腔体,把压力传感器和温度传感器放置在里面形成一个小的封闭腔体,在外界温度较高或较低的情况下,用加热装置先升温到几十度并维持这一温度,给压力传感器做零点补偿,提高压力传感器的测量精度。这样就克服了在大温度范围难以补偿的问题。本文对这个温度控制系统提出了解决方案,采用了PID参数自整定控制,模糊控制属于智能控制方法,它与 PID 控制结合,具有适应温控系统非线性、干扰多、时变等特点[1-3]。 1 硬件系统 用放置在腔体内的温度传感器测量恒温箱内的温度,产生的信号经过放大后输出反馈信号,再用单片机进行采样,由液晶显示恒温箱内的温度,并通过温度控制算法控制加热装置。所使用的单片机为STC125408AD,自带A/D转换、EPROM功能,内部集成MAX810专用复位电路(外部晶振20 MHz以下时,可省外部复位电路),ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器可通过串口(P3.0/ P3.1) 直接下载用户程序,数秒即可完成一片。 2 系统的控制模型 电加热装置是一个具有自平衡能力的对象,可用 一阶 惯性环节描述温控对象的数学模型[5-8] 。 G(S)=K/(t′S+1) (1) 式中: K为对象的静增益;t′为对象的时间常数。 目前工程上常用的方法是对过程对象施加阶跃输入信号,测取过程对象的阶跃响应,然后由阶跃响应曲线确定过程的近似传递函数。具体用科恩-库恩(cohen-coon)公式确定近似传递函数。 cohn-coon 公式如下: K= Δ C/ Δ M

压电式传感器论文

自动检测换技术 相关知识: 电感式传感器的概述; 电感式传感器的基本工作原理; 电感式传感器的测量转换电路; 典型事例; 电感式传感器的应用领域;

电感式传感器 电感式传感器是一种利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种传感器装置,常用来测量位移、振动、力、应变、流量、加速度等物理量。 电感式传感器是基于电磁感应原理来进行测量的。 电感式传感器的分类 自感型——变磁阻式传感器; 互感型——差动变压器式传感器; 涡流式传感器——自感型和互感型都有; 高频反射式——自感型; 低频透射式——互感型电感式传感器; 电感式传感器的概述: 由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器,又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的,其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时,就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。在实际应用中,这三种传感器多制成差动式,以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。 为什么电感式传感器,一般采用差动形式?

采用差动式结构:1、可以改善非线性、提高灵敏度,提高了测量的准确性。2、电源电压、频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿作用,作用在衔铁上的电磁力,由于是两个线圈磁通产生的电磁力之差,所以对电磁吸力有一定的补偿作用,提高抗干扰性。 目录 1 简介 2 特点 3 种类

电感式传感器- 简介 由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器,又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的,其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时,就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。 电感式传感器- 特点 ①无活动触点、可靠度高、寿命长; ②分辨率高; ③灵敏度高; ④线性度高、重复性好; ⑤测量范围宽(测量范围大时分辨率低); ⑥无输入时有零位输出电压,引起测量误差; ⑦对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高; ⑧不适用于高频动态测量。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量(如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等)的测量。 电感式传感器- 种类 常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。在实际应用中,这三种传感器多制成差动式,以便提高线性度和减小电磁吸

温度传感器论文

温度传感器 专业 班级 学生姓名 学号

目录 引言 (4) 1综述 (4) 2方案设计 (5) 2 元器件介绍 (5) 2.118B20的性能特点 (5) 2.218B20的工作原理及应用 (5) 2.3 AT89S52的介绍 (6) 3 总体设计 (8) 3.1 原理图 (8) 3.2 实验步骤 (9) 4 总结 (9) 引言 温度是一种最基本的环境参数,日常生活和工农业生产中经常要检测温度。传统的方式是采用热电偶或热电阻,但是由于模拟温度传感器输出为模拟信号,必须经过 AI D转换环节获得数字信号后才能与单片机等微处理器接口,使得硬件电路结构复杂,制作成本

较高。近年来,美国DALLAS公司生产的DSI8B20为代表的新型单总线数字式温度传感器以其突出优点广泛使用于仓储管理、工农业生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活中。DSI8B20集温度测量和 A/D转换于一体,直接输出数字量,传输距离远,可以很方便地实现多点测量,硬件电路结构简单,与单片机接口几乎不需要外围元件。文章将介绍DS18B2的结构特征及控制方法,给出以此传感器和 AT89S52单片机构成的最小温度测量报警系统。 1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成,每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有也有间隔起到了字符间距和行间距的作用,正因为如此所以他不能显示图形.通过At89S52控制1602液晶的输出,将所测得的温度显示出来 一、综述 目前,国际上新型温度传感器正从模拟式想数字式、集成化向智能化及网络化的方向发展。 温度传感器按传感器与被测介质的接触方式可分为两大类:一类是接触式温度传感器,一类是非接触式温度传感器。接触式温度传感器的测温元件与被测对象要有良好的热接触,通过热传导及对流原理达到热平衡。这种测温方法精度比较高,并可测量物体内部的温度分布。但对于运动的、热容量比较小的及对感温元件有腐蚀作用的对象,这种方法将会产生很大的误差。 非接触测温的测温元件与被测对象互不接触。常用的是辐射热交换原理。此种测稳方法的主要特点是可测量运动状态的小目标及热容量小或变化迅速的对象,也可测量温度场的温度分布,但受环境的影响比较大 21世纪后,智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展 二、方案设计 2 元器件介绍 2.1SI8B20性能特点 美国DALLAS半导体公司的DS18B20是世界上第一片支持“单总线”接口的数字式温度传感器,能够直接读取被测物的温度值。它具有TO-92、TSOC、SOIC多种封装形式,可以适应不同的环境需求。其测量范围在-55~+125℃、-10℃~+85℃之内的测量精度可达±0 .5℃,稳定度为1%。通过编程可实现9、10、11、12位的分辨率读出温度数据,以上都

传感器毕业设计

摘要 随着计算机辅助设计技术(CAD)、微机电系统(MEMS)技术、光纤技术和信息技术的发展,获取各种信息的传感器已经成为各个应用领域,特别是自动检测、自动控制系统中不可缺少的重要技术工具,越来越成为信息社会赖以存在和发展的物质与技术基础。因此,在当今信息时代掌握传感器技术尤为重要。本文简述了传感器在机电一体化系统中的作用及其地位,也讲述了在机电一体化中常用传感器的类型、特点、结构及用途等,还介绍了在机电一体化中传感器的选择指标以及在以后的发展。 关键词:传感器,机电一体化

目录 前言 一、传感器的定义与组成 (4) 二、传感器在机电一体化技术中的地位及作用 (4) 三、常用传感器的类型、特点、结构及用途 (5) 3.1电阻式传感器 (5) 3.2电容式传感器 (5) 3.3电感式传感器 (6) 3.4压电式传感器 (6) 四、机电一体化系统中传感器的选择 (7) 五、机电一体化系统中常用传感器的发展 (8) 5.1传感器的微型化 (8) 5.2传感器的智能化 (9) 六、结论 七、参考文献 八、谢辞

前言 传感器作为机电一体化技术中不可缺少的部分,作为一名机电一体化专业的学生,我们必须了解传感器的在机电一体化技术中所扮演的角色,了解传感器的分类、组成、功能等。了解和学习传感器技术对于我们今后的学习和工作都有很大的帮助。传感器作为信息集训的一脉正在越来越广泛的普及及发展到我国的各行各业各个领域,其中为使我国从劳动密集型向技术型转化,必须利用其信息技术,即传感器技术,使传感器在工业自动化,农业国防军工,能源交通,家用电器等应用领域均有其开发市场。在我国尤以传感器技术的潜力最大。应用方面主要用于化学方面、环境保护方面、生物工程方面以及医疗卫生方面等等。

传感器论文传感器的论文

传感器论文传感器的论文 无线传感器网络故障检测研究 摘要:针对无线传感器网络资源受限特点,研究了故障管理相关内容,比较说明故障检测的几种常见方法,对无线传感器网络应用具有一定指导意义。 关键词:无线传感器;资源受限;故障管理;故障检测 无线传感器网络是由大量低成本且具传感、数据处理和无线通信能力传感器节点通过自组织方式形成的网络。它独立于基站或移动路由器等基础通信设施,通过特定分布式协议组织起来形成网络。它能协作实时监测、感知和采集网络分布区域内各种环境或监测对象信息,并对信息进行处理,使需要信息用户在任何时间、地点和环境条件下获取大量详实可靠信息。 随着无线传感器网络应用范围扩展,常被部署在极端环境来收集外部环境数据。由于传感器节点电源、存储和计算能力有限,且应用环境恶劣,使得传感器节点比传统网络节点更易失效。因此,对无线传感器网络故障管理非常重要。 1.无线传感器网络故障管理。 当网络或系统出现故障时,网络故障管理便成管理员首选手段。因此,故障管理事实上是整个网络管理重中之重。但由于网络故障涉及不同厂商和类型设备,涉及复杂网络拓扑结构,涉及不同组织对故障类型的不同定位规则。

对用户来说,希望日常工作和生活中网络运营畅通,信息传输不受任何网络故障干扰。对网络管理者来说,他们希望在网络运营过程中,能很快得到故障发生原因。这些方面因素使对无线传感器网络故障管理研究在近年来发展缓慢。下面参照传统网络故障管理,将无线传感器网络故障管理分三阶段:故障检测、故障诊断和故障恢复来分别说明。 (1)故障检测。 为确定故障存在,需收集与网络状态相关数据。一般来说,网络发生故障后,网络设备将处于不正常状态。通过获取设备状态信息,可及时发现网络故障。收集网络状态信息有两种方法:设备向管理系统报告关键网络事件;由网络管理系统定期查询网络设备状态,即主动轮询。 一般网络管理系统将两种方法结合使用。当对网络组成部件状态进行检测后,简单故障通常被记录在错误日志中,不作特别处理。而严重故障则需通过网络管理器,即所谓“告警”。 网络设备一般都具感知异常情况能力,当设备发现自身或网络严重异常时,它采用告警方式报告给网管中心,因此,故障检测一般由网络中设备完成。 (2)故障诊断。 故障会在网络中传播,所有感知到故障的网络对象(包括物理和逻辑对象)都会发生告警,在大型网络中,一个故障可能会引起大量

机器人传感器论文

机器人传感器 正文: 传感器是机器人完成感觉的必要手段,通过传感器的感觉作用,将机器人自身的相关特性或相关物体的特性转化为机器人执行某项功能时所需要的信息。根据传感器在机器人上应用的目的和使用范围不同,可分为内部传感器和外部传感器。 内部传感器用于检测机器人自身状态(如手臂间角度、机器人运动工程中的位置、速度和加速度等);外部传感器用于检测机器人所处的外部环境和对象状况等,如抓取对象的形状、空间位置、有没有障碍、物体是否滑落等。 机器人传感器的要求和选择 机器人传感器的选择取决于机器人工作需要和应用特点,对机器人感觉系统的要求时选择传感器的基本依据。 机器人传感器的选择的一般要求: 精度高、重复性好; 稳定性和可靠性好; 抗干扰能力强; 重量轻、体积小、安装方便。 内部传感器 位移传感器 按照位移的特征,可分为线位移和角位移。 线位移是指机构沿着某一条直线运动的距离,角位移是指机构沿某一定点转动的角度。 (1)电位器式位移传感器 电位器式位移传感器由一个线绕电阻(或薄膜电阻)和一个滑动触点组成。其中滑动触点通过机械装置受被检测量的控制。当被检测的位置量发生变化时,滑动触点也发生位移,从而改变了滑动触点与电位器各端之间的电阻值和输出电压值,根据这种输出电压值的变化,可以检测出机器人各关节的位置和位移量。 (2)直线型感应同步器 直线感应同步器的组成是由定尺和滑尺组成。定尺和滑尺间保证与一定的间隙,一般为左右。在定尺上用铜箔制成单项均匀分布的平面连续绕组,滑尺上用铜箔制成平面分段绕组。绕组和基板之间有一厚度为的绝缘层,在绕组的外面也有一层绝缘层,为了防止静电感应,在滑尺的外边还粘贴一层铝箔。定尺固定在设备上不动,滑尺则可以再定尺表面来回移动。 (3)圆形感应同步器 圆形感应同步器主要用于测量角位移。它由钉子和转子两部分组成。在转子上分布着连续绕组,绕组的导片是沿圆周的径向分布的。在定子上分布着两相扇形分段绕组。定子和转子的截面构造与直线型同步器是一样的,为了防止静电感应,在转子绕组的表面粘贴一层铝箔 绝对速度传感器 绝对速度传感器,图4-11为国产CD-1型绝对速度传感器的结构图。途中磁钢6借铝架5固定在壳体4内,并通过壳体形成磁回路。线圈2和阻尼环3安装在芯杆2上,芯杆用弹簧1和8支承在壳体内,构成传感器的活动部分。当传感器的壳体与振动物体一起振动时,如振动的频率较高,由于芯杆组件的质量很大,故产生的惯性力也大,可以阻止芯杆随壳体一起运动。当振动频率高到一定程度时,可以认为芯杆组件基本不动,只是壳体随被测物体振动。这时,线圈以物体的振动速度切割磁力线而在线圈两端产生感应电压。并且线圈输出的电压与线圈相对可替代运动速度成正比。当振动速度高到一定程度时,线圈与壳体的相对速度就是被测振动物体的绝对速度。

《传感器原理与应用》课程论文

《传感器原理与应用》课程论文 学院:__ 信息工程学院__ ______ 专业:____电子信息工程_________ 班级:____14级电子3班_________ 学生姓名:______李帅杰_____________ 学号:____1405160223___________ 指导教师:祝开艳___________ 2016年10月26日

常见传感器在智能手机中的应用 摘要: 随着科技的发展,智能手机已逐渐取代老式手机,成为一种集各种功能于一体的便携式电子设备。本文对智能手机中的几种常用传感器的工作原理及应用进行了分析,主要有重力传感器、红外线传感器、温度传感器、距离传感器、......等。 关键词:智能手机,距离传感器,重力传感器,移动互联网(3~5个关键词) 1. 引言 介绍背景知识和研究现状 智能手机近年来占据了人类越来越多的生活领域,随着技术的发展,智能手机所能提供给我们的功能越来越强大。从硬件角度来说,手机中传感器技术的大量应用对于手机功能的爆发式成长功不可没。 传感器在手机中的应用并非智能机时代的新鲜事物,从手机诞生之日起,它就是一个将声音信号和无线电信号相互转化的传感设备,在功能机时代手机最重要的配置:摄像头,也算是一个传感设备。到了智能机时代,为了适应软件应用的需求,越来越多的传感器被镶嵌在手机当中,手机的功能也越来越强大。 2. 距离传感器的原理及应用 结合图(原理框图、实物图或电路图等)进行说明。 距离传感器又叫位移传感器,距离传感器一般都在手机听筒的两侧或者是在手机听筒凹槽中,这样便于它的工作。当用户在接听或拨打电话时,将手机靠近头部,距离传感器可以测出之间的距离到了一定程度后便通知屏幕背景灯熄灭,拿开时再度点亮背景灯,这样更方便用户操作也更为节省电量。 原理:利用各种元件检测对象物的物理变化量,通过将该变化量换算为距离,来测量从传感器到对象物的距离位移的机器。根据使用元件不同,分为光学式位

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