DOC《绪论》

绪论 选题背景 在现代化的工业生产中,电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都江堰市是常用的主要被控参数.

例如:在冶金工、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中,人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制.采用51系列单片机来对温度进行检测、控制,不仅有控制方便、组态简单和灵活性大等优点,而且可以大幅度提高被控温度的技术指标,从而能够大大提高产品的质量和数量.因些,单片机对温度的测控问题是一个工业生产中经常会遇到的问题. 设计过程及工艺要求 基本功能 采集温度 显示温度 非安全温度声光报警 与微机通信并接收控制 主要技术参数 温度检测范围 : -30℃-+50℃ 测量精度 : ±0.3℃ 显示方式 : 温度:四位显示 报警方式 : 声光报警 方案设计相关理论介绍 传感器介绍 当将单片机用作测控系统时,系统总要有被测信号懂得输入通道,由计算机拾取必要的输入信息.对于测量系统而言,如何准确获得被测信号是其核心任务;

而对测控系统来讲,对被控对象状态的测试和对控制条件的监察也是不可缺少的环节. 传感器是实现测量与控制的首要环节,是测控系统的关键部件,如果没有传感器对原始被测信号进行准确可靠的捕捉和转换,一切准确的测量和控制都将无法实现.工业生产过程的自动化测量和控制,几乎主要依靠各种传感器来检测和控制生产过程中的各种参量,使设备和系统正常运行在最佳状态,从而保证生产的高效率和高质量. 传感器概述及选择 传感器大多由敏感元件与辅助部件组成.例如,电阻应变传感器中国,电阻丝是敏感元件,基底、引线等则为辅助部件.敏感元件是传感器的核心,它直接受感受被测量并变换为相应的信号形式.传感器是控制系统的输入环节,其性能和可靠性将直接影响整个系统的性能和可靠性. 随着测量、控制及信息技术的发展,传感器作为这些领域里的一个重要组成部分受到了普遍重视. 传感器的重要性 传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节.没有传感器对各种物理量进行精确可靠的测量,无论是信息转换、信息处理,还是最佳数据的显示与控制,都是一句空话. 传感器是机器人的重要组成部件.在工业机器人的控制系统中,要完成检测、操作与驱动功能、比较与判断功能,都必须借助与两类传感器:一类是检测机器人内部各部分状态的传感器,另一类是检测机器人与被操作对象的关系的检测机器人与工作现场之间状态的传感器. 传感器是航天、航海事业中不可缺少的器件.随着科学技术的发展,人类在不断探索宇宙空间的奥秘,不断进行海洋资源的开发自用.在现代飞行器上,装备着种类繁多的显示与控制系统,以确保各种飞行任务的顺利完成.而在这些系统中,传感器被用来检测飞行器的参数和工作参数等各种物理量. 能源开发和能源合理利用离不开传感器. 传感器是例行试验的必需器件.各种产品在定型、投产之前都要对其在各种可能工作环境的运行状况进行试验.如高温试验、低温试验、盐雾试验、车载试验、汽车的刹车试验、而对各种信号的检测当然也谁也没有想到开传感器. 传感器在生物医药和医疗器械工程等方面广泛应用.传感器将人体各种生理信息转换成工程上容易测定的量(一般都是将非电量转换成易于测量、处理的电量),从而正确地显示出人体生理信息.如体温的测量与控制、病症的诊治与控制都要借助传感器来完成. 传感器在家用电器中应用广泛.家用电器如电磁灶、电冰箱、洗衣机、电视机、空调器等都是靠敏感器件来实现自动化的,煤气、液化气泄漏报警装置等也都离不开传感器. 传感器的组成 传感器的作用主要是感受和检测规定的被测量,并按发一定规律将其转换成有用输出信号,特别是完成非电量到电量的转换.传感器的组成,并无严格的规定.一般来说,可以把传感器看作由敏感元件和变换元件两部分组成,如,1.1所示. 物理量 电参量 电信号 (非电量) (非电量) 图1.1传感器的一般组成 敏感元件.在具体实现非电量到电量间的变换时,并非所有的非电量都能利用现有的技术手段直接变换为电量,必须进行预变换,即先将待测的非电量变换为易于转换成电量的另一种非电量.这种能完成预变换的元件称之为敏感元件. 变换器.能将感受到的非电量变换为电量的器件称为变换器.例如,可以将位移量直接变换为电容、电阻及电感的电容变换器、电阻变换器及电感变换器;

能直接把温度变换为电热的热电偶变换器等.显然,变换器是传感器不可缺少的重要组成部分. 对使用者来说,要选择合适的传感器及相应的电路,保证整个测量设备的输出信号能惟

一、正确地反映被测量的值,而对干扰信号能加以抑制或对不良影响能设法加以修正. 传感器的分类 传感器可以做的非常简单,也可以做的很复杂;

可以是无源网络,也可以是有源系统;

可以是带反馈的闭环系统,也可以是不带反馈的开环系统;

有只具有变换功能的普通传感器,也有包含信号处理及单片机的智能传感器.传感器种类繁多,功能各异.由于同一被测量可用不同转换原理实现探测,利用同一种物理法则、化学反应或生物效应可设计制作出检测不同被测量的传感器,同一类传感器可用不同的应用领域,因此传感器的分类方法比较多. 按照传感器感知外界信息依据的基本效应,将传感器分成3大类:基于物理效应的,如光、电、声、磁、热等到效应的物理传感器;

基于化学反应的,如化学吸附、选择性化学反应等效应的化学传感器;

基于酶、抗体、激素等分子识别功能的生物传感器. 按工作原理分为应变式、电容式、电感式、电磁式、压电式、热电式等. 依据传感器使用的敏感材料分为半导体、光纤、陶瓷、金属、高分子材料和复合分子材料传感器. 按照被测量分为力学、热量、磁、光电、放射线、气敏、液体成分、离子和真空传感器. 按输出量类型分为模拟量传感器和数字量传感器. ……….. 几种常用传感器举例 在工程应用中主要用到的传感器主要用下: 接近开关 接近开关有电感式和电容式两种,是一种开关型传感器(即无触点行程开关).它既有行程开关、微动开关的特性同时又有传感性能,并且有动作可、性能稳定、响应使用寿命长、抗干扰能力强、防水、防震、耐腐蚀等特点.接近开关广泛应用于机械、矿山、纺织、印刷、化工、冶金、轻工、阀门、电力、保安、铁路、航天等各个行业. 火焰传感器 采用紫外线光敏管作为敏感元件,有很强的抗干扰能力,有受日光、灯光和红外线辐射影响,能可靠地检测出火焰是否存在.火焰传感器主要作紫外探测、自动灭火系统的探头. 气体传感器 气体类型不同,传感器的种类也有所不同,目前已经研制使用的气体传感器能够检测一氧化碳、二氧化碳、硫化氢、二氧化硫、氢气、氧气等几十种类型的气体.气体传感器主要用来检测易燃、易爆]有毒、有害气体. 温度传感器 温度传感器不论是在工农业生产、航天测量、科学研究等领域,还是在人们的日常生活中都得到了十分广泛的应用,从日常体温测量到载人宇宙飞船的成功发射,都离不开温度传感器.温度传感器可分为为接触式传感器和非接触式传感器.常用的有热电偶式传感器、热敏电阻式温度传感器、半导体热敏电阻式传感器、热释放式传感器等. 压电传感器 其基本原理是利用压电材料受力就会有电压(电荷)输出的压电效应特性研制的传感器,可用来测量压力、位移、速度、加速度等物理量.由于利用压力来测量,为了便于安装一般都会有牢固的机壳. 光电传感器 光电传感器是一种利用光电效应将被测量的变化转换成洵,再利用光敏元器件把光量的变化转换为电信号的一种测量装置.具有体积小、重量轻、响应快、灵敏度高、便于集成、易实现非接触测量等优点,广泛应用于自动控制系统、位移监测、事件计数、自动化生产线等领域. 单片机的应用领域非常广泛,所涉及的传感器也是五花八门的,如磁敏传感器、光纤传感器、红外传感器、光栅传感器、湿敏传感器等. 传感器的选择及应用 在各种控制系统测量的关键环节,传感器已成为非常重要的部件之一.对单片机应用研究系统来说,常常要检测各种物理量(温度、温度、位移、速度等),正确保证系统精度,提高可靠性,降低系统成本等方面都非常重要. 传感器的选择 由于传感器的研制和发展非常快,各种各样的传感器应运而生,对传感器的选择就变的更加灵活.对于同一种类的被测物理量,可能性选用多种不同的传感器.为了选择最适合的传感器,应注意以下几点: 测量条件:包括测量的目的、测量范围、频带宽度、指标要求、测量速率等. 传感器指标:其中有静态特性、动态特性、输出信号类型、输出值、负载大小、校正周期、输入信号的保护等. 使用条件:包括传感器的设置场所、运行环境(温度、温度、振动等)、测量时间、输入/输出接口及功耗等. 性价比及产品供应:由于传感器技术发展快,单一品种用量较少,因此选择时要注意产品是否否能保证及时供应并确定供应时间.在保证货源的前提下,选择性能价格比较高的通用产品,除非十分必要才选择那些特殊性能的传感器. 虽然选择传感器时要考虑的因素很多,但无需满足所有的要求,就根据实际使用的目的、指标、环境等有所侧重.此外,还要合理选择设置场所,安装方法,传感器的外形尺寸、重量等;

注意从传感器的工作原理了发,分析被测物体中可能会产生的负载效应等问题,以确定选择哪一种传感器最合适.一般情况下,只要能够满足系统测量精度就够了,不必在精度方面有过高的要求,因为传感器的精度与价格紧密相关. 传感器的使用 线性化及补偿 线性化补偿就是如何保证被测量的变化与传感器的输出信号之间程线性关系及对非线性如何修正的问题.在使用传感器进行实际测量时,要进行了下述两种处理. 对传感器的输入、输出特性进行补偿也称为线性........