传感器与物联网技术课程设计 (2)

1 课程设计任务书及指导书

一. 设计题目

《压力测量仪的设计》

二. 设计目的

（1） 使同学们掌握金属箔应变片组成的称重传感器的正确使用方法；了解压力测量仪的工作原理及其在电子天平中的应用。

（2） 通过设计、安装、调试电路等实践环节，提高学生的动手能力，提高分析问题、解决问题的能力。

三. 设计任务

（1） 学生根据设计要求完成设计与测试。

（2） 在完成设计后书写课程设计报告。

四. 时间安排 2005年12月5日至2005年12月30日

五. 设计内容

压力测量仪由以下五个部分组成：传感器、传感器专用电源、信号放大系统、模数转换系统及显示器等组成。其原理框图如图1所示：

图1 压力测量仪组成框图

(1) 传感器测量电路

称重传感器的测量电路通常使用电桥测量电路，它将应变电阻值的变化转换为电压的变化，这就是可用的输出信号。

电桥电路由四个电阻组成，如图2所示：桥臂电阻R1，R2，R3和R4，其中两对角点AC接电源电压USL=E（+10V），另两个对角点BD为桥路的输出USC，桥臂电阻为应变电阻。

R1R4=R2R3时，电桥平衡，则测量对角线上的输出USC为零。当传感器受到外界物体重量影响时，电桥的桥臂阻值发生变化，电桥失去平衡，则测量对角线上有输出，USC≠0。

传感器 放大系统 A/D转换 显示器

传感器专用电源 2 图2 传感器电桥测量电路

(2) 放大系统

压力测量仪的放大系统是把传感器输出的微弱信号进行放大，放大的信号应能满足模数转换的要求。该系统使用的模数转换是3位半A/D转换，所以放大器的输出应为0V ～ 1.999V。

为了准确测量，放大系统设计时应保证输入级是高阻，输出级是低阻，系统应具有很高的抑制共模干扰的能力。

(3) 模数转换及显示系统

传感器的输出信号放大后，通过模数转换器把模拟量转换成数字量，该数字量由显示器显示。显示器可以选用数码管或液晶显示器

《传感器与测试技术》

课

程

设

计

报

告

姓名：

学号：

专业： 1.1系统组成框图

系统由传感器、信号预处理电路、处理器、显示器和系统软件等部分组成。传感器部分采用霍尔传感器，负责将电机的转速转化为脉冲信号。信号预处理电路包含待测信号放大、波形变换、波形整形电路等部分，其中放大器实现对待测信号的放大,降低对待测信号的幅度要求，实现对小信号的测量；波形变换和波形整形电路实现把正负交变的信号波形变换成可被单片机接受的TTL/CMOS兼容信号。 处理器采用AT89C51单片机，显示器采用8位LED数码管动态显示。本课题采用的是以8051系列的AT89C51单片机为核心开发的霍尔传感器测转速的系统。系统硬件原理框图如图1所示：

1.2系统工作原理

转速是工程上一个常用的参数，旋转体的转速常以每分钟的转数来表示。其单位为 r／min。由霍尔元件及外围器件组成的测速电路将电动机转速转换成脉冲信号，送至单片机AT89C51的计数器 T0进行计数，用T1定时测出电动机的实际转速。此系统使用单片机进行测速，采用脉冲计数法，使用霍尔传感器获得脉冲信号。其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆盘上粘上两粒磁钢，让霍尔传感器靠近磁钢，机轴每转一周，产生两个脉冲，机轴旋转时，就会产生连续的脉冲信号输出。由霍尔器件电路部分输出，成为转速计数器的计数脉冲。控制计数时间，即可实现计数器的计数值对应机轴的转速值。单片机CPU将该数据处理后，通过LED显示出来。

1.2.1霍尔传感器

霍尔传感器是对磁敏感的传感元件，由磁钢、霍耳元件等组成。测量系统的转速传感器选用SiKO 的 NJK-8002D 的霍尔传感器,其响应频率为100KHz，额定电压为5-30（V）、检测距离为10（mm）。其在大电流磁场或磁钢磁场的作用下，能测量高频、工频、直流等各种波形电流。该传感器具有测量精度高、电压范围宽、功耗小、输出功率大等优点，广泛应用在高速计数、测频率、测转速等领域。输出电压4～25V，直流电源要有足够的滤波电容，测量极性为N极。安装时将一非磁性圆盘固定在电动机的转轴上，将磁钢粘贴在圆盘边缘，磁钢采用永久磁铁，其磁力较强，霍尔元件固定在距圆盘1-10mm处。当磁钢与霍尔元件相对位置发生变化时，通过霍尔元件感磁面的磁场强度就会发生变化。圆盘转动，磁钢靠近霍尔元件，穿过霍尔元件的磁场较强，霍尔元件输出低电平；当磁场减弱时，输出高电平，从而使得在圆盘转动过程中，霍尔元件输出连续脉冲信号。这种传感器不怕灰尘、油污，在工业现场应用广泛。

传感器 与 测控电路

课程设计

设计课题：光电烟雾浓度传感器课程设计

目 录

一、 设计题目与要求……………………………………2

二、 基本原理简述………………………………………2

三、 设计总体方案拟定…………………………………8

四、 传感器的结构设计及计算…………………………8

五、 测控电路设计与计算………………………………9

六、 精度误差分析 ……………………………………11

七、 抗干扰措施 ………………………………………11

八、 参考文献 …………………………………………12

九、 附录 ………………………………………………13

一、设计题目与要求

设计课题：利用光电效应原理设计一个光电烟雾浓度传感器。它主要由光源 （ LED红外发射二极管）、光电元件（红外接收光敏二极管）、微处理芯片、报警蜂鸣器及迷宫般的型腔密室组成。它是利用光散射原理对外界环境的烟雾浓度进行探测，并及时发出报警信号。传感器根据周围环境浓度自动检测，当周围环境浓度较弱，光敏二极管基本会接收不到信号，所以不报警，但浓度增大到一定程度时，光敏二极管接收到散射的红外管，使其压降减小，单片机输出报警信号。

基本要求：

1、 工作在常温、常压、静态、环境良好；

2、 精度：0.1%FS；

3、 分辨率：符合 ul217 号标准，测试值每英尺 3.2% 微弱灰烟探测器有反应。

4、 报警音量： 10 英尺处为 85 分贝

5、 工作电压： 220VAC 静态电流：≤10μA（uA）报警电流：≤12mA（mA）

6、 探测角度：360 探测距离：20平方（m）

7、 测量范围：按参考文献上常用传感器类比；

8、 保护面积：报警器安装高度6米以下，保护面积为60平方米

外型尺寸：Φ102X40mm

9、 适用范围：工厂仓库，车间，办公室，家庭。

10、 发射管：峰值波长960nm红外发光管 接收管：峰值响应波长940nm的光敏 二极管。

北 方 民 族 大 学

课程设计报告

院（部、中心） 电气信息工程学院

姓 名 马贵书 学 号

专 业 测控技术与仪器 班 级 测控技术与仪器101

同组人员 马贵书 马宝福 韦芳南 王思博

课程名称 传感器与检测技术

设计题目名称 噪音测量仪的设计

起止时间

成 绩

指导教师签名 盛 洪 江

北方民族大学教务处制 教师评语：

报告成绩（30%）

平时成绩（50%）

答辩成绩（20%）

总评成绩

摘 要

噪声对人体健康有着严重的危害，因此减少噪声危害已成为当前一项重要的任务。环境噪声监测，是人类提高生活质量，加强环境保护的一个重要环节。

本文详细介绍了噪声监测系统的测量原理和系统组成，包括：噪声信号的转换、OP07C放大、TLC549转换、数据采集和显示系统的设计。外界噪声信号通过传声器转换成音频信号，电信号经过放大和TLC549变换输入到单片机进行处理，并转换成相应的噪声分贝值通过LED 显示，从而实现噪声的实时监测。

该系统具有实现简单，精确度高，可用于实际进行噪声的实时监测等特点。

关键词：传声器；OP07C运算放大器；TLC549转换器；单片机；LCD1062

引言

噪声即噪音。是一类引起人烦躁、或音量过强而危害人体健康的声音。 噪声通常是指那些难听的，令人厌烦的声音。噪音的波形是杂乱无章的。从环境保护的角度看，凡是影响人们正常学习，工作和休息的声音凡是人们在某些场合“不需要的声音”，都统称为噪声。如机器的轰鸣声，各种交通工具的马达声、鸣笛声，人的嘈杂声及各种突发的声响等，均称为噪声。噪声污染属于感觉公害，它与人们的主观意愿有关，与人们的生活状态有关，因而它具有与其他公害不同的特点。