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课程设计——基于温度传感器的采样 样板

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单片机原理

课

程

设

计

课

题：基于温度传感器的采样

班 级：

姓 名：

学 号：

指导老师：

二OO八年十二月 基于温度传感器的采样

一 设计任务

设计将温度传感器采样得到的模拟信号转换成数字信号，通过串口在PC的界面显示出来。

二 设计要求

1） 获取温度传感器的模拟信号；

2） 将获取的采样信号经过A/D转换得到数字信号（关键技术在此，即量化）；

将量化后得到的数字信号通过串口显示在PC机的界面。

三 课程设计目的

1． 掌握光敏传感器的工作原理，掌握A/D转换器的工作原理

2． 了解并熟悉温度传感器的构成，工作过程及其优点

四 实验原理

数据采集与传输系统一般由信号调理电路，多路开关，采样保持电路，A/D，单片机，电平转换接口，接收端（单片机、PC或其它设备）组成。

系统框图如下图所示：

温度传感器原理图：

整个系统软件设计分为两个部分，作为主控的PC端的软件设计及作为数据采集器的单片机终端节点的软件设计。系统采用模块化编程，将各部分功能分别实现，主要的功能子程序有：数据采集、标度变换、数制转换、数值显示、发送、接收和部分中断子程序。主程序流程图如下图所示。

A/D转换

中断方式使用EOC信号作为向8051的中断申请。在主程序中，向ADC发出首次启动转换信号后，并计数管理转换通道数。当检测到EOC的请求后，转去执行中断服务程序，读取转换结果，并启动下一次转换，后继续执行。下图为A/D转换程序流程图。

开始

系统初始化

调用数制转换子程序 调用数据采集子程序

取相应通道数据 调用标度变换子程序

调用数据显示子程序

调用数据发送子程序

A/D转换模块即模/数转换模块，功能是将电压信号转换为对应的数字信号。实际应用中，这个电压信号可能由温度，湿度，压力等实际物理量经过传感器和相应的交换电路转换

而来。经过A/D转换后，MCU就可以处理这些物理量。

A/D转换主要注意一下几点：

1.采样精度 就是指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，即采样位数。

2.采样速度 是指完成一次A/D采样所要花费的时间。

3.滤波 中值滤波取3次采样中间值，均值滤波是取多次 采样的算数平均值

4.物理量回归 把A/D采样值与实际物理量对应起来。

A/D转换的最终目的是尽可能减少量化误差。使数宇逼真地重现原信号。A/D转换有振幅方向和时间方向上的分辨率,逐次比较型和积分型转换方式的A/D主要是通过提高振幅方

向分辨力增加精度来逼真地重现信号。

光敏传感器工作原理机器应用： Y

N 开始

定义A/D转换缓冲区首地址

开中断

置通道数

置DPTR

启动转换

等待中断

各通道采完？ 中断处理

返回 关中断

光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，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。光传感器是目前应用最广的传感器之一，它在燃烧器自动控制技术中被广泛使用。

光电效应：光照射在物体上可以看成是一连串的具有一定能量的光子轰击这些物体的表面；光子与物体之间的联接体是电子。所谓光电效应是指物体吸收了光能后转换为该物体中某些电子的能量而产生的电效应。

光电效应可分成外光电效应和内光电效应两类。

1、外光电效应：在光的照射下，使电子逸出物体表面而产生光电子发射的现象称为外

光电效应。

一个电子只能接受一个光子的能量。因此要使一个电子从物体表面逸出，必须使光子能量ε大于该物体的表面逸出功。各种不同的材料具有不同的逸出功，因此对某特定材料而言，将有一个频率限Vo，称为“红限”。当入射光的频率低于νo时，不论入射光有多强，也不能激发电子；当入射频率高于Vo时，不管它多么微弱也会使被照射的物体激发电子，光越强则激发出的电子数目越多基于外光电效应原理工作的光电器件有光电管和光电倍增管。

2、内光电效应：光照射在半导体材料上，材料中处于价带的电子吸收光子能量，通过禁带跃入导带，使导带内电子浓度和价带内空穴增多，即激发出光生电子-空穴对，从而使半导体材料产生电效应。光子能量须大于材料禁带宽度ΔEg才能产生内光电效应。

内光电效应按其工作原理可分为两种：光电导效应和光生伏特效应。

1.半导体受到光照时会产生光生电子－空穴对，使导电性能增强，光线愈强，阻值愈低。这种光照后电阻率变化的现象称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻和光敏二极管与三极管。

2.光生伏特效应是光照引起PN结两端产生电动势的效应。当PN结两端没有外加电场时，在PN结势垒区内仍然存在着内建结电场，其方向是从N区指向P区，当光照射到结区时，光照产生的电子－空穴对在结电场作用下，电子推向N区，空穴推向P区；电子在N区积累和空穴在P区积累使PN结两边的电位发生变化，PN结两端出现一个因光照而产生的电动势，这一现象称为光生伏特效应。基于光生伏特效应原理工作的光电器件有光电池。

光电管是个装有光阴极和阳极的真空玻璃管。 阳极通过RL与电源连接在管内形成

电场。光电管的阴极受到光照射后便发射光电子，这些光电子在电场作用下被具有一定

电位的阳极吸引，在光电管内形成空间电子流。电阻上产生的电压降正比于空间电流。

如果在玻璃管内充入惰性气体(如氩、氖等)即构成充气光电管。由于光电子流对惰性气体进行轰击，使其电离，产生更多的自由电子，从而提高光电变换的灵敏度。

光电管主要有以下几点特性：

1.光电管的光谱特性是指光电管在工作电压不变的条件下，入射光的波长与其绝 对

灵敏度（即量子效率）的关系。光电管的光谱特性主要取决于阴极材料，常用的阴极材

料有银氧铯光电阴极、锑铯光电阴极、铋银氧铯光电阴极及多硷光电阴极等，前两种阴

极使用比较广泛。

由光电管的光谱特性曲线可以看出，不同阴极材料制成的光电管有着不同的灵敏度较高的区域，应用时应根据所测光谱的波长选用相应的光电管。例如被测光的成分是红光，选用银氧铯阴极光电管就可以得到较高的灵敏度。

2.光电管的光电特性是指光电管阳极电压和入射光频谱不变的条件下，入射光的光

通量Φ与光电流IΦ之间的关系，在光电管阳极电压足够大，使光电管工作在饱和状态 条件下，入射光通量和光电流线性关系。

3.光电管的伏安特性是指在一定光通量照射下，光电管阳极与阴极之间的电压UA

与光电流IΦ之间的关系。光电管在一定光通量照射下，光电管阴极在单位时间内发射

一定量的光电子，这些光电子分散在阳极与阴极之间的空间，若在光电管阳极上施加电

压UA，则光电子被阳极吸引收集，形成回路中的光电流IΦ。当阳极电压升高，阴极发

射的光电子一部分被阳极收集，其余部分仍返回阴极。随着阳极电压的升高，阳极在单

位时间内收集到的光电子数增多，光电流IΦ也增加。

如果阳极电压升高到一定数值时，阴极在单位时间内发射的光电子全部被阳极收集，

称为饱和状态，以后阳极电压升高，光电流IΦ也不会增加。

光敏电阻是一种电阻器件，光敏电阻中光电导作用的强弱是用其电导的相对变化

标志的。禁带宽度较大的半导体材料，在室温下热激发产生的电子－空穴对较少，无光

照时的电阻(暗电阻)较大。因此光照引起的附加电导就十分明显，表现出很高的灵敏度。

为了减小潮湿对灵敏度的影响，光敏电阻必须带有严密的外壳封装。光敏电阻灵敏度高，体积小，重量轻，性能稳定，价格便宜，因此在自动化技术中应用广泛。

光敏二极管——PN结可以光电导效应工作，也可以光生伏特效应工作。处于反向偏置的PN结，在无光照时具有高阻特性，反向暗电流很小。当光照时，结区产生电子－空穴对，在结电场作用下，电子向N区运动，空穴向P区运动，形成光电光敏电阻梳状电极流，方向与反向电流一致。光的照度愈大，光电流愈大。由于无光照时的反偏电流很小，一般为纳安数量级，因此光照时的反向电流基本上与光强成正比。

光敏三极管——它可以看成是一个bc结为光敏二极管的三极管。在光照作用下，光敏二极管将光信号转换成电流信号，该电流信号被晶体三极管放大。显然，在晶体管增益为β时，光敏三极管的光电流要比相应的光敏二极管大β倍。

光敏二级管和三极管均用硅或锗制成。由于硅器件暗电流小、温度系数小，又便于用平面工艺大量生产，尺寸易于精确控制，因此硅光敏器件比锗光敏器件更为普通。

光电池——与外电路的连接方式有两种：一种是把PN结的两端通过外导线短接，形成流过外电路的电流，这电流称为光电池的输出短路电流(IL)，其大小与光强成正比；另一种是开路电压输出，开路电压与光照度之间呈非线性关系；光照度大于1000lx时呈现饱和特性。因此使用时应根据需要选用工作状态 。

五 实验过程

1）MSComm控件简介

VB6.0对RS232串口编程主要通过MSComm控件来实现。

下面简单介绍一下

MSComm控件为应用程序提供串行通讯功能。控件提供下列两种处理通讯的方式：事件驱动通讯是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法。在许多情况下，在事件发生时需要得到通知，例如，在 Carrier Detect (CD) 或Request To Send (RTS) 线上一个字符到达或一个变化发生时。在这些情况下，可以利用 MSComm 控件的 OnComm 事件捕获并处理这些通讯事件，无论何时当 CommEvent属性的值变化时，就产生 OnComm 事件，标志发生了一个通讯事件或一个错误。另一种方法是通过检查 CommEvent属性的值来查询事件和错误。如果应用程序较小，并且是自保持的，这种方法可能是更可取的，它只对某一特定的事件响应。每个使用的 MSComm 控件对应着一个串行端口。如果应用程序需要访问多个串行端口，必须使用多个 MSComm 控件。MSComm 控件主要属性：

CommPort：设置并返回通讯端口号；

Settings： 以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位；

PortOpen： 设置并返回通讯端口的状态。也可以打开和关闭端口；

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传感器与检测技术课程设计

传感器与检测技术课程设计

1 传感器与检测技术课程设计

项目背景

传感器与检测技术是现代工业自动化和信息化的核心技术之一，广泛应用于汽车、机器人、航空航天等多个领域。随着物联网和智能制造技术的发展，对传感器与检测技术的需求也越来越大。

本课程设计旨在通过理论学习和实验操作，让学生掌握传感器的工作原理、分类、应用场景及与检测技术的结合。同时培养学生的动手能力和实验设计能力。

课程设计思路

本课程设计分为三个部分：理论学习、实验操作和课程作业。理论学习部分为课堂教学，主要介绍传感器的基本原理、分类和应用场景。实验操作部分为实验室环节，将学生分成小组，进行传感器电路的实际连接和数据采集。课程作业部分为学生的自主设计和实现任务，要求学生独立完成传感器电路设计和数据采集，并用实验数据进行分析和解释。以下是具体的课程设计内容：

理论学习

1. 传感器的定义和基本原理

2. 传感器的分类和应用场景

3. 传感器与检测技术的结合

实验操作

1. 传感器基础实验：温度传感器的电路连接和数据采集

2. 模拟信号处理实验：光敏传感器的电路连接和数据采集

3. 数字信号处理实验：红外传感器的电路连接和数据采集 2 课程作业

学生自主设计一个传感器的电路连接和数据采集实验，并完成以下任务：

1. 说明选用传感器的原因和应用场景

2. 设计传感器的电路连接图和程序

3. 完成数据采集和存储

4. 对实验数据进行分析和解释

5. 提交实验报告并进行展示

教学方法

本课程设计采用以下教学方法：

1. 课堂讲授：引导学生对传感器的基本原理、分类和应用场景的了解和认识。

2. 实验操作：通过小组实验操作，让学生亲身体验传感器电路的连接和实验数据的采集。

3. 课程作业：培养学生的实验设计和数据分析能力，提高学生的动手能力和实践能力。

4. 实验报告：对学生的实验结果进行评估，考察学生真正掌握传感器的工作原理和应用。

教学资源

1. 教材：传感器与检测技术 第2版，作者：张云波。

测试技术传感器课程设计

测试技术传感器课程设计

测试技术传感器课程设计

一、课程目标

知识目标：

1. 学生能理解传感器的定义、分类和工作原理；

2. 学生能掌握测试技术中常用的传感器类型，如温度传感器、压力传感器、光敏传感器等；

3. 学生能了解传感器在工业、医疗、环境监测等领域的应用；

4. 学生能解释传感器输出信号的处理方法及其在测试系统中的作用。

技能目标：

1. 学生能运用传感器进行数据采集，并进行简单数据分析；

2. 学生具备设计简单测试系统的能力，能根据需求选择合适的传感器；

3. 学生能运用传感器解决实际问题，具备一定的创新能力和实践操作能力。

情感态度价值观目标：

1. 学生对传感器技术产生兴趣，认识到其在现代科技中的重要性；

2. 学生能积极参与课堂讨论和实践活动，培养合作精神和探究意识；

3. 学生关注传感器技术在生活中的应用，提高环保意识和社会责任感；

4. 学生在学习和实践中，培养严谨的科学态度和良好的工程伦理观念。

课程性质：本课程为技术学科，旨在让学生了解和掌握传感器的基本原理和应用，提高学生的实践能力和创新能力。

学生特点：学生处于高年级阶段，具备一定的物理知识和实验技能，具有较强的求知欲和动手能力。 教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，通过课堂讲解、案例分析、实验操作等教学手段，培养学生的综合运用能力。在教学过程中，注重激发学生兴趣，引导他们主动探索，提高解决问题的能力。同时，关注学生的情感态度价值观培养，使他们在学习传感器技术的同时，形成良好的科技观念和社会责任感。通过分解课程目标为具体的学习成果，为后续教学设计和评估提供依据。

二、教学内容

1. 传感器基础知识：

- 传感器的定义、分类和工作原理；

- 常用传感器类型及其特点。

2. 传感器原理与应用：

- 温度传感器：热敏电阻、热电偶等；

- 压力传感器：应变片式、压电式等；

- 光敏传感器：光敏电阻、光电管等；

- 其他传感器：湿度传感器、磁敏传感器等。

基于单片机数字温度计课程设计

基于单片机数字温度计课程设计

基于单片机数字温度计课程设计

基于单片机的数字温度计课程设计是一个非常有趣和实用的项目。首先，我们需要选择合适的单片机，比如常用的Arduino或者STM32等。然后，我们需要选择合适的温度传感器，比如LM35或者DS18B20等。接下来，我们可以按照以下步骤进行课程设计：

1. 硬件设计，首先，我们需要将单片机和温度传感器连接起来，这涉及到电路设计和焊接。我们需要确保电路连接正确，传感器能够准确地读取温度，并且单片机能够正确地接收并处理传感器的数据。

2. 软件设计，接下来，我们需要编写单片机的程序，以便能够读取传感器的数据，并将其转换为数字温度值。我们可以使用C语言或者Arduino的编程语言来实现这一步骤。在程序设计中，需要考虑到温度的单位转换、数据的精度等问题。

3. 显示设计，我们可以选择合适的显示设备来展示温度数值，比如数码管、液晶显示屏或者OLED屏幕等。在设计中，我们需要考虑到显示的清晰度、易读性以及节能等因素。

4. 功能扩展，除了基本的温度显示功能，我们还可以考虑对数字温度计进行功能扩展，比如添加报警功能、数据存储功能或者远程监控功能等，这些功能的添加可以提升数字温度计的实用性和趣味性。

5. 测试与优化，最后，我们需要对设计的数字温度计进行测试，并不断优化，确保其稳定可靠、准确无误地显示温度。

总的来说，基于单片机的数字温度计课程设计涉及到硬件设计、软件设计、显示设计、功能扩展、测试与优化等多个方面，学生可以通过这样的课程设计项目，全面提升自己的电子设计和编程能力，同时也能够实现一个实用的数字温度计产品。

传感器的课程设计

传感器的课程设计

传感与检测系统作业实验报告

一、课题

以提高家居生活的安全性、舒适度、人性化为目的，设计智能家居监控系统。利用所学的传感器与检测技术知识，实现家居温度、煤气泄漏、外人闯入、火灾(烟雾)的检测（检测系统主要由传感器、放大器、采样/保持、采样/保持控制电路、A/D转换电路、数码显示、数字锁存控制电路组成）。各检测节点可通过无线方式连接到主机，检测到危险信号后，主机可采用声光报警或远程报警。

二、设计目的

1、掌握温度、气敏、光电开关等传感器检测系统的原理；

2、掌握智能家居检测系统的设计方法；

3、掌握智能家居检测系统的性能指标和调试方法。

三、设计任务及要求

1、任务：设计一个温度检测系统，一个烟雾检测系统，一个红外检测系统；

2、要求：

（1）温度传感器输出温度由7SEG-MPX4-CA显示，当检测温度值大于设定值时系统自动报警；

（2）气敏传感器检测到煤气浓度大于设定值时系统自动报警；

（3）光电开关利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的，即检测外人闯入。

四、设计原理

1、设计总体方案

据分析，可确定需设计系统的电路原理框图如图所示：

智能家居系统原理框图

2、各部分功能

Ⅰ. 家居温度检测

（1）DS 18B20简介 （2）利用DS-18B20数字温度传感器，对室内温度进行检测。该传感器独特的一线接口，只需要一条口线通信 多点能力，简化了分布式温度传感应用 无需外部元件 可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5V无需备用电源 测量温度范围为-55℃至+125℃ 。华氏相当于是-67℉到257℉-10℃至+85℃范围内精度为±0.5℃。

（3）测量原理:

DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。 DS18B20测温原理如图所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在－55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。