传感器设计报告:传感器课程设计之温湿度传感器

2021/11/03 23:25 · 传感器知识资讯 ·  · 传感器设计报告:传感器课程设计之温湿度传感器已关闭评论
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传感器设计报告:传感器课程设计之温湿度传感器#include”display.h”#include”lcd.h”#include”adc.h”typedefunsignedcharu8;typedefunsignedintu16;typedefunsignedlongu32;s

传感器设计报告:传感器课程设计之温湿度传感器  第1张

传感器设计报告:传感器课程设计之温湿度传感器

#include"display.h"
#include"lcd.h"
#include "adc.h"
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;
typedef unsigned long u32;
sbit ADCSTART =P3^5;
sbit ADCEOC =P3^4;
sbit BEEP =P2^0;
#define ADCDATAPORT P1;
uint cnt,period;
bit flagSecond =0;
void Delayms(u16 xms)
{
u16 i,j;
for(i=0;i=1000)
humidity =1000;
display(humidity,temperature);
}
// BEEP=1;
if(humidity > 900 || temperature > 320)
{
BEEP =0;
}
else
BEEP =1;
}
}
void int0isr(void) interrupt 0
{
++cnt;
}
void timer0isr(void) interrupt 1{
static uint count=0;
TR0 =0;
TH0 =( - )/256;
TL0 =( - )%256;
TR0 =1;
++count;
if(count >=50){
count =0;
EA =0;
period = cnt;
cnt =0;
EA =1;
flagSecond =1;
}
}
传感器设计报告:传感器课程设计之温湿度传感器  第2张

传感器设计报告:传感器课程设计实验报告.doc

河北科技大学

课程设计报告

姓名: 学号:
专业班级:
课程名称:
指导教师:
学年学期:
年 月

课程设计成绩评定表
学生姓名 学 号 成绩 专业班级 起止时间 2011.11.25—2011.12.6 设计题目 追逐光源的小车 指




指导教师:

年 月 日

目录

设计目的…………………………………………1
摘要………………………………………………1
正文………………………………………………1
设计题目……………………………………………1
电路原理图…………………………………………1
电路原理说明………………………………………2
电路组成说明………………………………………2
元器件明细表………………………………………4
制作加工元器件……………………………………5
焊接电路……………………………………………6
调整与测试…………………………………………7
实物图………………………………………………7
心得体会…………………………………………8
参考资料…………………………………………13

一、课程设计目的
1.通过解决相关实际问题,以巩固、加深对常用传感器的认识和相关知识的理解,提高综合运用课程知识的能力。
2.熟悉相关电子元器件和电路特性,能正确反映设计和实验成果,能正确绘制电路图等,提高自主创新能力。
3.通过实际电路方案的分析比较,设计计算,元件选择,焊接安装,调试等环节,初步掌握简单传感器电路的分析方法和工程设计方法。
4.掌握常用仪器设备的正确使用方法,学会简单传感器控制电路的实验调试和整机指标测试方法,提高独立动手能力。能在教师指导下,完成课题任务。
5.培养严肃认真的工作作风和严谨科学态度。通过课程设计实践,获得初步的应用经验,为以后从事生产和科研工作打下的基础。
6.培养根据课题需要选学参考书籍、查阅手册图表和文献资料的自学能力。通过独立思考,深入钻研有关问题,学会自己分析解决问题。
7.了解与课程有关的电子电路以及元器件技术规范,按课程设计任务书的要求编写设计说明书。提高自己的动手能力,培养严肃、认真的工作作风和科学态度。
概述
本实验在电路中使用了2个光敏元器件来做小车的视觉传感器。根据光敏二极管见光导通的特性,它们用来感受光的强弱变化。同时用晶体三极管来对光敏传感器的输出信号做出反应,利用晶体三极管的输出电流来驱动电动机,使小车转向有光源的方向。
关键字:
视觉传感器 光敏传感器 追光电路
可调电阻器 光敏元件 光敏二极管
三、正文
1.设计题目:追逐光源的小车
2.电路原理图
如图1所示,追光小车是利用两个光敏传感器(光敏二极管)受光照射时,使其电阻变小,电路导通,让反方向电机转动。

3.电路原理说明
小车电路原理很简单,它使用分别位于小车左右两边的2个光电二极管PT-L和PT-R作为视觉传感器来感受外界光线。同时利用晶体三极管的开关功能对视觉传感器的感受做出反应,接通或者断开相对侧的电动机以使小车产生相应动作——向光源转动或停止。
电路组成说明
.视觉传感器
它有左右两套相同的电路,PT-L是安装在左边的光电管,他的信号通过VT1去驱动安装在右侧的电动机M-R。可以把光电二极管看作是随光照强弱而改变电阻的可变电阻器。当光电二极管没有受到光照时,它的阻值很大,所以后续电路不能正常工作;相反,当光电二极管受到足够强度的光照时,它的阻值变小,使晶体三极管导通,产生电流,从而使电动机转动,改变小车方向。
.电动机驱动电路
小车左右两边分别装有一个电动机与晶体三极管的集电极相连,作为小车的驱动装置。位于左边的光电二极管PT-L受到光照,它的阻值变小,故有电流流过光电二极管PT-L和电阻R1,注入左边晶体管驱动电路,使晶体管驱动电路导通,电流流过右边电动机M-R,使其转动,所以小车会向左边转弯,转向它左边光源;同样,如果光源在小车右边,则光电二极管PT-R导通,电流注入右边晶体管驱动电路,是电流流过左边电动机M-L,使其转动,所以小车向右转,朝向位于右边的光源。
无论小车往那边转,当它转为正对光源时,左、右两传感器设计报告:传感器课程设计之温湿度传感器  第3张

传感器设计报告:传感器课程设计心得

经过半个月的奋斗,传感器课程设计终于完成,虽然跟自己开始的想法差了不少,总体上还过得去,这个过程中解接触了一些新的东西,也无意中看到了一些,总结如下,以便查看:
1、 C51编程:C语言在进入main函数前会有一个对单片机内存单元的初始化,另外运用浮点乘除运算时程序庞大,使用循环加或者循环减时会大大的减少程序,对于浮点数的显示可以将其乘以10的整数幂(这个乘是人编程时设定计算的参数是设好的,并不需要单片机去计算),这样就可以将浮点运算转化为整数运算,进一步简化程序,对于它的显示可以在固定位置设置小数点(利用&&或者||,由数码管类型决定),这个方法同样适用于汇编,且可以使汇编更简单。在涉及到对硬件的控制时,可以使用C语言的赋值语句,根据外围硬件的工作时序设定赋值的顺序,不过由于C编译后的具体指令组成并不清楚,很可能出现意想不到的情况(只是设想,还需证实),由于C语言对硬件的控制并不是很强,所以可以使用嵌套或调用汇编的方法,不过这种方法不够好,可以根据C生成 SRC文件,对其进行改变,从而变成汇编。用C编程的时候注意不要受汇编的干扰,注意指针的使用(这次用C编写出错的一个最重要的原因)
2、 AD的使用:一般单片机的时钟输出并不能满足AD的时钟频率要求,通常需要进行分频,利用计数器(例如74LS192)可以做出分频器,首先计数器进制应为分频器分频数的二倍,或门(或非门)的一段接分频数的输出端,另一端接计数器的清除端(MR),这样门输出即为分频后的时钟频率。在锁存通道、启动AD 转换、允许AD输出转换值时,在汇编中通常使用MOVX指令,但是由于使用MOVX时WR、RD变化时间是很短的,可能会在数据没有准备好时就已经操作了,从而造成数据错误,也有可能MOVX的电平维持时间不够长,从而造成并不能使AD进入我们需要的状态。解决的办法是我们按照AD的工作时序,对特定的引脚进行电平变换,即可控制电平的时间,从而保证数据传输的正确性。在使用中断(定时器或者其他)启动AD转换后,要在尽可能短的时间内退出该中断,因为为了保证对AD的操作不被中断(中断后可能不能再继续),在对AD进行操作的中断中不允许其他中断,这样我们必须尽快开启中断允许并退出中断,当然也可以在启动AD后打开中断允许,这样也可以保证转换值能够及时被读取,不过会出现中断嵌套,可能对程序的运行不利。
3、 Keil与proteus的联调:使用Keil和proteus联调,可以单步运行Keil,通过proteus即可观察到每一条程序的运行结果,同样可以了解到每一句C语言对应的汇编以及运行的结果。
4、 单片机控制数码管的显示时,尤其是多个时,要使用驱动电路,因为数码管的驱动电流一般为10mA,单片机输出驱动不够,驱动电路可以是三极管,也可以使用专门的数码管驱动芯片,可以减少对单片机资源的占用,例如LM8186,MAX7219等。
5、 压电蜂鸣器的信号输出阻抗很高,使用一般的信号采集电路并不能将信号采集进来。可以使用电荷放大器,一是输入阻抗大,二是灵敏度较高,不过由于电荷放大器的频响较高,如果没有好的屏蔽措施极容易引进干扰。另一个办法是,可以使用高输入阻抗运放接成电压跟随器形式,既可以作为前置放大器的输入端提高输入阻抗,又可以起到隔离电路的作用。运放可以选用LM102,输入阻抗高达1012欧姆,不过供电电源为 正负12到15,并不是很好,不过可以选用其他运放,例如CA3130(高达1.5T)等。
6、 气压表压指示灯部分是无意中发现的现象,具体原理还需要进一步找答案
7、还有一点忘了,数码管动态显示的操作顺序:关地址,赋段码,打开地址,每个的刷新时间间隔为1ms左右,时间越长,数码管亮度越高,不过使用延时时间较长的话,一是可能会闪烁,二是单片机灌电流较大,对单片机不利,这次使用的是400微秒的刷新时间,120欧姆的限流电阻,显示稳定,亮度也好,不过感觉限流电阻小了一些,耗电功率较大。

传感器设计报告:精选传感器课程设计报告,快快收藏

文章摘要:课程设计的目的1、掌握热电偶的结构、工作原理及正确选择。2、了解变普通送器的结构及简单应用。3、通过设计增加对所学知识的灵活掌握和综合应用能力。二、课程设计的任务要求任务要求:(1)设计测量温度范围-100~……

传感器的设计向来都是学生头疼的一大难点,怎样设计才能更科学更讲究呢?以下是一篇优秀的设计报告,欢迎大家来参考
一、 主要内容
设计一个带冷端补偿的温度变送器。其中我们用k型热电偶作为感温元件,用100gu作为冷端的自动补偿电路的元件,使冷端工作在一个易于计算的环境下,用xtr101把传感器的电压信号放大并自动地变换成标准电流信号。并通过对输出电压的测量实现对温度的测量。
二、 基本要求
(1)设计测量温度范围-100~500°c的热电偶传感器。
(2)选用合适的热电偶材料,设计测温电路,冷端补偿电路,解决非线性化等问题。
(3)有电路图(protel绘制),选型与有关计算,精度分析等。
(4)采用实验室现成的热电偶进行调试。
(5)完整的实验报告。
三、主要参考资料:
赵广林. protel99电路设计与制版.北京:电子工业出版社,2005
程德福,王君.传感器原理及应用.北京:机械工业出版社,2007
热电偶温度变送器设计
一、 课程设计的目的
1、掌握热电偶的结构、工作原理及正确选择。
2、了解变普通送器的结构及简单应用。
3、通过设计增加对所学知识的灵活掌握和综合应用能力。
二、课程设计的任务要求
任务要求:
(1)设计测量温度范围-100~500℃的热电偶传感器
(2)选用合适的热电偶材料,设计测温电路,冷端补偿电路,解决非线性化等问题
(3)有电路图(protel绘制),选型与有关计算,精度分析等
(4) 采用实验室现成的热电偶进行调试
三、课程设计的基本原理
1、热电偶测温原理:
下图为热电偶测温原理图,热电偶的热端与被测物体接线,温度为t。
电偶是一种感温元件,是一种仪表。它直接测量温度,并把温度信号转换成热电动势信号, 通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过,此时两端之间就存在电动势——热电动势。
热电偶的冷端放在冰水混合液中,整个回路的电动势由右边的毫伏表读出,以此读数查表即可得热端被测物体的温度。
但测温方法有很多缺点,如冷锻必须为0℃,电路电动势为毫伏级,不易测量等,故设计500℃。热电偶温度变送器。该变送器将对冷端进行补偿,并将电动势值放大,其测温范围为-100℃~500℃
2、变送器原理框图
四、课程设计的主要内容
1、热电偶的选择
热电偶是工业上广泛使用的温度传感器,它最大的优势就在于温度测量范围极宽,理论上从-270℃的极低温度到2800℃的超高温度都可以
测量,并且实际应用中在600℃-2000℃的温度范围内可以进行最精确的温度测量。在化工、石油、电力、冶炼等行业的自动化控制系统中热电偶发挥着对温度的监控作用。热电偶主要有以下几种标准化的型号:
⑴(s型热电偶)铂铑10-铂热电偶
⑵(r型热电偶)铂铑13-铂热电偶
⑶(b型热电偶)铂铑30-铂铑6热电偶
⑷(k型热电偶)镍铬-镍硅热电偶
⑸(n型热电偶)镍铬硅-镍硅热电偶
⑹(e型热电偶)镍铬-铜镍热电偶
⑺(j型热电偶)铁-铜镍热电偶
⑻(t型热电偶)铜-铜镍热电偶
本次课程设计选用(k型热电偶)镍铬-镍硅热电偶,此热电偶是目前用量最大的廉金属热电偶,其用量为其他热电偶的总和。正极(kp)的名义化学成分为:ni:cr=90:10,负极(kn)的名义化学成分为:ni:si=97:3,其使用温度为-200~1300℃。
其主要特点:
(1)k型热电偶具有线性度好,热电动势较大,灵敏度高,稳定性和均匀性较好,抗氧化性能强,价格便宜等优点,能用于氧化性惰性气氛中。广泛为用户所采用。
(2)k型热电偶不能直接在高温下用于硫,还原性或还原,氧化交替的气氛中和真空中,也不推荐用于弱氧化气氛中。
2、设计构架
(1)设计要求
整套系统要求在-100~500℃范围对应输出4ma~20ma的电流型温度变送器。
在实际的工业化需求中,往往需要设计为标准信号的变送器,以便与
仪表和后续接口电路兼容。在输出为模拟信号时,有电压型和电流型两种变送器。电压型变送器的输出为0~5v,虽然其在信号处理方面具有优势,但抗干扰能力较差,在远距离传输时信号衰减大,而电流型变送器却在这方面独具优势。因此在工业实践中得以广泛应用。
通常,电流型变送器有输出0~20ma和4~20ma两种。对于输出0~20ma的变送器,虽然电路调试及数据处理都比较简单。但对于输出4~20ma的变送器,能够在传感器线路不通时,通过是否能检测到正常范围内的电流,判断电路是否出现故障,因此使用更为普遍。
(2)电路功能
【1】温度补偿
当热电偶测温时,其冷端温度受环境变换影响较大,从而会影响最后测量的电信号。为了能得到稳定的电信号,以便算出真实的待测温度,需要对热电偶的冷端进行温度偿。(见图3)
【2】信号的放大
热电偶测温的原理是基于热电转换效应。虽然它集放热、转换为一体,能直接实现温度到电压的输出,但输出幅度很微小。如k型热电偶的灵敏度为0.04mv/℃。因此,对其信号必须进行放大。
【3】主要器件
a、热电偶作为感温元件,采集温度信号;
b、铜电阻作为补偿电阻,补偿热电偶的冷端温度;
c、xtr101为小信号处理专用芯片,将输入的微弱信号放大后便于远端传输;
d、rl负载电阻,便于电信号的测量。
3、具体电路的设计
(1)xtr101信号调理芯片
为了得到稳定的4ma~20ma的输出电流,我们选用常用的信号放大芯片xtr101。
xtr101通用型变送器单片模块电路,可把传感器的电压信号自动地
变换成标准电流信号。内含一个高精度的仪表放大器、一个电压/电流变换器和二个相同的1ma精密恒流源基准。该电路失调电压低,最大为30uv,漂移小,最大为0.75uv/℃,外接元件可适于远程信号传输变换和热电偶、电阻温度计、热敏电阻以及应变计电桥登多种工作状态的变送器电路。实际应用时,应在输出端外加一个功率管,使工作时的热源外移,以保证其工作稳定性。
传感器的电压信号由3、4脚输入,5、6脚外接电阻rs可以调节输出满幅度,1、2、14脚外接电位器组成出示调零电路,10、11脚分别输出两个1ma恒流,可以用于传感器供电,8脚接电源正端(也且是环流注入端),7脚通过负载电阻rl接电源负极(也是环流信号输出端),12、8、9可外接功率管。
xtr101两线制变送器的优点是抗干扰能力很强,长期运转导致的压降、电机噪音、继电器、电力拖动装置、电器开关、电流互感器和工作设备电源的频繁切换启动均无影响。
它的工作温度范围为-40℃至80℃。 xtr101芯片电路图如图4所示,r1=1kω,r2=52.6ω,r3=r4=1.25kω,rs为调增益的电阻
要点分析
【1】增益调节
rs为增益调节电阻,调节rs可使输入电压ein在从最小值变到最大值时使输出电流io从4ma变到20ma。即△i=16ma的输出电流。需要注意的是:为使io不超过20ma,当rs=∞时,ein不应超过1v,而当rs减小时,ein也应相应减小。
【2】输入偏置
由于xtr101使用的是单电源,因此在正常工作时,信号输入端应加+5v左右的偏置电压。该电压可利用2个内部参考电流源或其中之一通过一个电阻产生所需电压。如图3中的r2。
由于2个输入端都存在直流偏压,这就相当于在放大器的输入端存在一个共模电压,xtr101的技术指标中已经包含了这部分误差。
【3】零点调整
xtr101可以把任何范围(小于1v)的电压信号变换为4~20ma的输出电流,它的任务就是在输入电压最小时使输出电流为4ma,即零点调整,
也就是使零点能够上下偏移。可利用图4中的电阻r3和1ma的内部参考电流源在r3上所产生的压降v3来作为偏移电压进行零点调整。即调节r3,让其在v3=(v3)min时,使: ein=v4-(v3)min=0。
【4】温度补偿
当热电偶测温时,其冷端温度受环境变换影响较大,从而会影响最后测量的电信号。为了能得到稳定的电信号,以便算出真实的待测温度,需要对热电偶的冷端进行温度补偿。
我们选用铜电阻作为补偿元件,是因为它在常温下具有很好的稳定性。
设热电势为e(t,t0),若冷端温度t0变化t1后,热电势就变为e(t,t1),即△e=e(t,t0)-e(t,t1),铜电阻就是用于对随温度变化的△e进行自动补偿。将铜电阻和热电偶的冷端一同置于室内环境温度下,将热电偶放入冰水混合液中。调节r3使输入电压为0mv,而在其后的各温度点进行测量时,不再调节r3,虽然环境温度会变化,对热电偶有影响,但铜电阻的阻值也会随环境温度的变化而变化,导致其两端的电压改变,这种变化的电压就是用于抵消热电偶受温度变化影响的电势,从而达到补偿目的。 我们选用分度号为100的铜电阻,即在0℃时的电阻为100ω,在100℃时的电阻为142.80ω,所以铜电阻的敏感系数为△r/△t=42.8q/100℃,在温度为t时刻时,铜电阻的阻值cut=100ω+(42.8ω/100℃)t。
各参数的选择计算
【1】增益调节电阻
因为设计要求,选择温度范围:-100℃~500℃。当t=500℃时,io=20 ma,rl选510ω,所以url=10.2v,这就需要调节rs,即调节增益电阻。当温度为0℃时,热电偶电压e为0 mv,灵敏度为:0.053mv/℃。
当温度为-100℃时,io=4ma,ein=0mv;
当温度为500℃时,io=20ma,ein=31.8mv。
根据公式(1-1):△io=(40/rs+0.016/ω)△ein
又因为△iomax=20ma-4ma=16ma,△emax=31.8mv-0mv=31.8mv
所以有16 ma=(40/rs+0.016/ω)31.8mv
得rs=77ω
【2】调零电阻和温度系数补偿电阻
将热电偶的热端置于500℃的温度环境中,设此时环境温度为20℃。由于热电偶的温度系数为0.053mv/℃,若其冷端感应的温度由20℃变化至100℃,则热电偶两端的电压由3.2 mv变化至0mv,电压差为3.2mv。这个差值应由cut100和r1的并联电阻两端电压自动补偿。
当冷端温度为20℃时,cut100=100ω+(42.8ω/100℃)*20℃=108..56ω。
当冷端温度为100℃时,cutl00=100ω+(42.8ω/100℃)*100℃=148.8ω。
[148.8*r1/(148.8+r1)-108.56*r1/(108.56+r1)]*1ma=0.053mv/℃*(100-20)℃
可得:r1=61.3ω。
根据公式:io=(40/rs+0.016/ω)ein+4ma,和io的输出范围:
4ma~
20ma当t=-100℃时,要使io=4ma,就要调节r3,既调零电阻。将热电热端置于0℃的温度环境中。此时环境温度仍为20℃,即温差-20℃,热电式e=-20℃·0.053mv/℃=1.06mv, 3,4 间的信号输入ein=0mv,cu100(20℃)=100ω+(48.8ω/100℃)*20℃=109.6ω
根据图3,可得:
v4=e(t,t0)+1ma·[cu100(20℃)/(cu100(20℃)+r1)]
v3=1ma·r3
在0℃测量点(零点):v4=v3,
即:1ma·[108.56-61.3/(108.56+61.3)]-1.06 mv=1ma*r3
可推出:r3=97.84ω
(3)调试
【1】调零。将热电偶触头放入冰水混合液中,即0℃中。接上电源后,边调节电位器r3,边测rl两端电压,直至rl两端电压约为2.04v,即输出电流io为4ma。
【2】将热电偶放入沸水中,接上电源后,边调节电位器rs,边测rl两端电压,直至rl两端电压约为10.2v。即输出电流10为20ma。
【3】灵敏度
五、心得体会: 在今年的3月初,我们进行了传感器的课程设计,这是我第一次真正的独立设计一个东西,老师只是给出一个题目和大致的要求,其他的都是靠自己完成。必须承认,这对于我的挑战还是非常大的。
首先,要使用以前基本没用过的prtel99和protel这两种软件作图,下载下来的都不能安装,只能用以前学的cad做图了。这一环节几乎占了这次课程设计的一半时间。好在上学期曾选修过这门课程,在画原理图是还顺风顺水,蛋到布线图是确实遇到了很大的麻烦,经过不懈的努力,最终我还是做出了布线图,这是我做出的第一幅布线图!
其次,就是对元器件的学习,热电偶还好,毕竟在课本上学过些皮毛,不至于从头学起。但是,变送器就不同了,全靠自学,从结构到原理,
都得弄明白才行。在这期间我发现我的自学能力太有限了,许多很简单的东西我自己怎么也看不明白,但是,总想做出点什么的心让我坚持了下来。
这次的课程设计让我学到了很多课本上没有的东西,扩展了自己的视野,增强了自己的动手能力,清醒的认识到自己的不足,培养了小心谨慎的作风,使自己对课题设计了解进一步加深。总之,此次的课程设计使我收获颇丰,也是我上大学来难忘的一次经历。
六、参考文献
1、赵广林.protel99电路设计与制版.北京:电子工业出版2005
2、程德福,王君.传感器原理及应用.北京:机械工业出版2007
3、张宏建,蒙建波.自动检测技术与装置.北京:化学工业出版社2004
4、沈任远,吴勇.常用电子元器件简明手册.北京:机械工业出版社2000
5、王福瑞.集成电路器件大全.北京航天航空出版社,1999

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