序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]十篇傳感器設(shè)計(jì)論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

壓阻效應(yīng)于1865年由LordKelvin首先發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在這個(gè)原理廣泛應(yīng)用于傳感器原理中。當(dāng)傳感器薄膜結(jié)構(gòu)上的壓敏電阻受到外界壓力作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生形變，使電阻率發(fā)生變化從而引起電信號的改變，這就是壓阻式壓力傳感器的工作原理。由此可見，壓敏電阻的變化與受到的壓力大小和壓阻系數(shù)有關(guān)。本文中的氣壓傳感器是基于硅的壓阻效應(yīng)設(shè)計(jì)的，制備的氣壓傳感器芯片結(jié)構(gòu)截面圖。傳感器結(jié)構(gòu)由一個(gè)單晶硅彈性薄膜和集成在膜上的4個(gè)壓敏電阻組成，4個(gè)電阻形成了惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，當(dāng)有氣壓作用在彈性膜上時(shí)電橋會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與所施加壓力成線性比例關(guān)系的電壓輸出信號。

1．2氣壓傳感器制作工藝流程

整個(gè)流程主要是采用硅表面微加工工藝。與傳統(tǒng)的壓阻式壓力傳感器的加工方法相比，該工藝流程采用了外延單晶硅硅膜的工藝進(jìn)行真空腔密封，這種方法可以克服傳統(tǒng)的濕法刻蝕工藝的缺點(diǎn)，加工出的單晶硅膜具有很好的機(jī)械性能。①首先，對硅襯底采用各向異性干法刻蝕，刻蝕出一道道約5μm深的淺槽。然后采用各向同性干法刻蝕，使淺槽下方形成一個(gè)連通的腔。②采用外延工藝，在襯底上進(jìn)行單晶硅外延，并利用外延的硅材料將淺槽完全封住，從而在下面形成一個(gè)接近真空的密封腔。外延工藝如下:溫度為1135℃，采用的是H2，PH3等氣體，外延時(shí)的真空度為80torr。③在對外延硅層的局部區(qū)域進(jìn)行小劑量硼離子注入。該部工藝主要是為了制作壓敏電阻，壓敏電阻主要位于膜四邊的中央。④對局部區(qū)域進(jìn)行大劑量硼離子注入。該步工藝主要是要實(shí)現(xiàn)壓敏電阻條之間的歐姆連接，并為壓敏電阻的引出做準(zhǔn)備。⑤在硅片表面生長一層氧化層及氮化層，用作絕緣介質(zhì)層。⑥對氧化層和氮化層光刻并圖形化，形成接觸孔。⑦濺射金屬層并光刻圖形化，形成引線及壓焊塊。

2測試電路設(shè)計(jì)

此壓阻式氣壓傳感器，壓敏電阻初始電阻值為163Ω，滿量程輸出電阻變化最大為9Ω，針對此微小阻值變化量，本文中設(shè)計(jì)了一款專用接口測試電路。該測試電路主要包括STM32系列單片機(jī)及ADS1247模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和液晶顯示模塊。電路應(yīng)用時(shí)將惠斯通電橋輸出節(jié)點(diǎn)與測試電路連接起來，通過硬件和軟件的結(jié)合實(shí)現(xiàn)外界氣壓信號的檢測并轉(zhuǎn)化為數(shù)字電信號進(jìn)行輸出，讀數(shù)在LCD顯示屏上進(jìn)行顯示，測試電路板的說明如圖4所示，針對部分重要模塊的電路設(shè)計(jì)在下文說明。

2．1電源電路設(shè)計(jì)

測試系統(tǒng)中需要用到3．3V和5V兩種電壓(選用的STM32單片機(jī)規(guī)定工作電壓為2．0V～3．6V，ADS1247數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊模擬電源部分供電電壓為5V)，根據(jù)測試電路元件的需求，采用國產(chǎn)LM2940－5和LM1117－3．3兩個(gè)穩(wěn)壓模塊來進(jìn)行電源供電的設(shè)計(jì)。

2．2ADS1247模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

ADS1247是TI公司推出的一種高性能、高精度的24位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。ADS1247單片集成一個(gè)單周期低通數(shù)字濾波器和一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘、一個(gè)精密(ΔΣ)ADC與一個(gè)單周期低通數(shù)字濾波器和一個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘。內(nèi)置10mA低漂移電源參考和兩個(gè)可編程電流型數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)。通過程序設(shè)置，在輸出電壓裕度內(nèi)，DACS可為外部提供多種強(qiáng)度的電流，分別為50μA、100μA、250μA、500μA、750μA、1000μA、1500μA。除此之外，ADS1247還具有一個(gè)可編程放大器(PGA)，放大倍數(shù)可設(shè)置為1倍、2倍、4倍、8倍、16倍、32倍、64倍、128倍。

3氣壓傳感器性能測試分析

氣壓傳感器作為一種高空探測的工具，它的性能好壞直接影響到高空探測的準(zhǔn)確性，針對本傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試并從數(shù)據(jù)中對氣壓傳感器的靈敏度、線性度、測試精度進(jìn)行了分析及擬合修正。

篇（2）

一、概述

對于電阻應(yīng)變片式測力傳感器（以下簡稱“測力傳感器”）來說，彈性體的結(jié)構(gòu)形狀與相關(guān)尺寸對測力傳感器性能的影響極大?？梢哉f，測力傳感器的性能主要取決于其彈性體的形狀及相關(guān)尺寸。如果測力傳感器的彈性體設(shè)計(jì)不合理，無論彈性體的加工精度多高、粘貼的電阻應(yīng)變片的品質(zhì)多好，測力傳感器都難以達(dá)到較高的測力性能。因此，在測力傳感器的設(shè)計(jì)過程中，對彈性體進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

彈性體的設(shè)計(jì)基本屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的范圍，但因測力性能的需要，其結(jié)構(gòu)上與普通的機(jī)械零件和構(gòu)件有所不同。一般說來，普通的機(jī)械零件和構(gòu)件只須滿足在足夠大的安全系數(shù)下的強(qiáng)度和剛度即可，對在受力條件下零件或構(gòu)件上的應(yīng)力分布情況不必嚴(yán)格要求。然而，對于彈性體來說，除了需要滿足機(jī)械強(qiáng)度和剛度要求以外，必須保證彈性體上粘貼電阻應(yīng)變片部位（以下簡稱“貼片部位”）的應(yīng)力（應(yīng)變）與彈性體承受的載荷（被測力）保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系；同時(shí)，為了提高測力傳感器測力的靈敏度，還應(yīng)使貼片部位達(dá)到較高的應(yīng)力（應(yīng)變）水平。

由此可見，在彈性體的設(shè)計(jì)過程中必須滿足以下兩項(xiàng)要求：

（1）貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）應(yīng)與被測力保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系；

（2）貼片部位應(yīng)具有較高的應(yīng)力（應(yīng)變）水平。

為了滿足上述兩項(xiàng)要求，在測力傳感器的彈性體設(shè)計(jì)方面，經(jīng)常應(yīng)用“應(yīng)力集中”的設(shè)計(jì)原則，確保貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）水平較高，并與被測力保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，以提高所設(shè)計(jì)測力傳感器的測力靈敏度和測力精度。

二、改善應(yīng)力（應(yīng)變）不規(guī)則分布的“應(yīng)力集中”原則

在機(jī)械零件或構(gòu)件的設(shè)計(jì)過程中，通常認(rèn)為應(yīng)力（應(yīng)變）在零件或構(gòu)件上是規(guī)則分布的，如果零件或構(gòu)件的截面形狀不發(fā)生變化，不必考慮應(yīng)力（應(yīng)變）分布不規(guī)則的問題。其實(shí)，在機(jī)械零件或構(gòu)件的設(shè)計(jì)中，對于應(yīng)力（應(yīng)變）不規(guī)則分布的問題并非不予考慮，而是通過強(qiáng)度計(jì)算中的安全系數(shù)將其包容在內(nèi)了。

對于測力傳感器來說，它是通過電阻應(yīng)變片測量彈性體上貼片部位的應(yīng)變來測量被測力的大小。若要保證貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）與被測力保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，實(shí)際上就是保證在測力傳感器受力時(shí)，彈性體上貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）要按照某一規(guī)律分布。在實(shí)際應(yīng)用中，對于彈性體貼片部位應(yīng)力（應(yīng)變）分布影響較大的因素主要是彈性體受力條件的變化。

彈性體受力條件的變化是指當(dāng)彈性體受力的大小不變時(shí)，力的作用點(diǎn)發(fā)生變化或彈性體與其相鄰的加載構(gòu)件和承載構(gòu)件的接觸條件發(fā)生變化。如果在彈性體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，未能考慮這一情況，就可能造成彈性體上應(yīng)力（應(yīng)變）分布的不規(guī)則變化。這方面最典型的實(shí)例是筒式測力傳感器（見圖1）。

當(dāng)筒式測力傳感器上、下端面均勻受力時(shí)，在彈性體貼片部位的整個(gè)圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）的分布是均勻的。當(dāng)上、下兩個(gè)端面上受力情況發(fā)生變化后，力在兩個(gè)端面的作用情況不再是均勻分布的，這時(shí)彈性體貼片部位圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）的分布情況就難以預(yù)料了。如果筒式測力傳感器彈性體的高度與直徑之比足夠大，彈性體貼片部位圓周上的應(yīng)力（應(yīng)變）基本上還是均勻分布。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，通常很少能為測力傳感器提供較大的安裝空間位置，因而筒式測力傳感器彈性體的高度與直徑之比很難做到足夠大，彈性體貼片部位圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）將不均勻分布，而且不均勻分布的情況隨彈性體受力情況的變化而改變。在這樣的條件下，彈性體貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）與被測力不能保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，將造成明顯的測力誤差。

為了減小由于彈性體受力條件的變化引起的測力誤差，有些傳感器設(shè)計(jì)者采取在筒式測力傳感器彈性體上增加貼片數(shù)量的方法，盡可能將彈性體上貼片部位圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）分布不均勻的情況測量出來。這樣的處理方法有一定的效果，可以減小彈性體受力條件的變化引起的測力誤差。但這種方法畢竟是一種被動(dòng)的方法，增加的貼片數(shù)量總是有限的，還是很難把彈性體上貼片部位圓周上應(yīng)力（應(yīng)變）分布不均勻的情況全部測量出來，測力誤差減小的程度不夠顯著。

由于彈性體受力條件的變化引起的測力誤差的實(shí)質(zhì)是彈性體貼片部位圓周上的應(yīng)力（應(yīng)變）的不規(guī)則分布，如果能使彈性體貼片部位圓周上的應(yīng)力（應(yīng)變）分布受到一定條件的約束，迫使貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）按照某一規(guī)律分布，因而使得彈性體貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）與被測力基本保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，由此來減小因彈性體受力條件的變化引起的測力誤差。

對于筒式測力傳感器來說，在承載強(qiáng)度足夠的條件下，如果將彈性體貼片部位圓周上不貼片的部位挖空（見圖2），使得應(yīng)力只能在未挖空的部位分布，大大改善了應(yīng)力（應(yīng)變）不規(guī)則分布的情況?；蛘哒f，應(yīng)力（應(yīng)變）的不規(guī)則分布僅僅限于未挖空的部位，并且其不規(guī)則分布的程度不會(huì)很大。因此，在未挖空的部位粘貼電阻應(yīng)變片，就能使測得的應(yīng)力（應(yīng)變）與被測力基本保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系。

上述處理方法實(shí)際上出于這樣一個(gè)原理：通過某種措施，使彈性體上的應(yīng)力（應(yīng)變）集中分布在便于貼片檢測的部位，實(shí)現(xiàn)測得的應(yīng)力（應(yīng)變）與被測力基本保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，以保證傳感器的測力精度。

作者曾用上述方法對筒式測力傳感器進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)前的普通筒式傳感器測力誤差大于1%F.S.，改進(jìn)后（局部挖空）的筒式傳感器測力誤差為0.1~0.3%F.S.，測力精度明顯提高。

三、提高應(yīng)力（應(yīng)變）水平的應(yīng)力集中原則

若要測力傳感器達(dá)到較高的靈敏度，通常應(yīng)該使電阻應(yīng)變片有較高的應(yīng)變水平，即在彈性體上貼片部位應(yīng)該有較高的應(yīng)力（應(yīng)變）水平。

實(shí)現(xiàn)彈性體上貼片部位達(dá)到較高應(yīng)力（應(yīng)變）水平有兩種常用的方法：

（1）整體減小彈性體的尺寸，全面提高彈性體上的應(yīng)力（應(yīng)變）水平；

（2）在貼片部位附近對彈性體進(jìn)行局部削弱，使貼片部位局部應(yīng)力（應(yīng)變）水平提高，而彈性體其它部位的應(yīng)力（應(yīng)變）水平基本不變。

以上兩種方法都可以提高貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）水平，但對彈性體整體性能而言，局部削弱彈性體的效果要遠(yuǎn)好于整體減小彈性體尺寸。因?yàn)榫植肯魅鯊椥泽w既能提高貼片部位的應(yīng)力（應(yīng)變）水平，又使得彈性體整體保持較高的強(qiáng)度和剛度，有利于提高傳感器的性能和使用效果。

局部削弱彈性體提高貼片部位應(yīng)力（應(yīng)變）水平的原理是：通過局部削弱彈性體，造成局部的應(yīng)力集中，使得應(yīng)力集中部位的應(yīng)力（應(yīng)變）水平明顯高于彈性體其它部位的應(yīng)力水平，將電阻應(yīng)變片粘貼于應(yīng)力集中部位，就可以測得較高的應(yīng)變水平。

局部應(yīng)力（應(yīng)變）集中的方法在測力傳感器的設(shè)計(jì)中經(jīng)常被采用，尤其在梁式測力傳感器（如彎曲梁式和剪切梁式測力傳感器）的彈性體設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。局部應(yīng)力（應(yīng)變）集中方法應(yīng)用較為成功的當(dāng)數(shù)剪切梁式測力傳感器。剪切梁式測力傳感器是通過檢測梁式彈性體上的剪應(yīng)力（剪應(yīng)變）實(shí)現(xiàn)測力的，其彈性體的結(jié)構(gòu)如圖3所示（為了便于說明問題，這里僅以一簡支梁式的彈性體為例）。

由材料力學(xué)中有關(guān)梁的應(yīng)力分布知識可知，當(dāng)梁承受橫向（彎曲）載荷時(shí)，在梁的中性層處剪應(yīng)力（剪應(yīng)變）最大。如果要檢測梁上的剪應(yīng)變，應(yīng)該在梁的中性層處貼片。為了提高貼片處的剪應(yīng)力（剪應(yīng)變）水平，可將彈性體兩側(cè)各挖一個(gè)盲孔（見圖3的2處），盲孔的中心應(yīng)在中性層處。電阻應(yīng)變片應(yīng)該粘貼在盲孔的底面上，即圖3中工字形斷面（A－A剖面）的腹板上。

對于梁形構(gòu)件來說，其彎曲強(qiáng)度是主要矛盾。在一個(gè)梁滿足彎曲強(qiáng)度的情況下，剪切強(qiáng)度一般裕量較大。當(dāng)在中性層附近挖盲孔后，該截面上腹板上的剪應(yīng)力（剪應(yīng)變）明顯提高，然而該截面上的彎曲應(yīng)力提高很小。因此，剪切梁式彈性體應(yīng)用局部應(yīng)力集中方案后，被檢測的剪應(yīng)變大大提高，使該測力傳感器的靈敏度顯著提高，而對整個(gè)梁的彎曲強(qiáng)度影響很小，使整個(gè)梁保持了良好的強(qiáng)度和剛度。

四、小結(jié)

在測力傳感器的設(shè)計(jì)過程中，如能自覺地按照上述兩種應(yīng)力集中的原則，對彈性體進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，就能夠收到提高測力傳感器的測力精度和測力靈敏度的良好效果。靈活、恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用應(yīng)力集中的原則，對于設(shè)計(jì)和生產(chǎn)高性能的測力傳感器具有重要的實(shí)用意義。

參考文獻(xiàn)

[1].劉鴻文主編，《材料力學(xué)》，高等教育出版社，1979年

PrinciplesofConcentratingStressintheDesignofLoadCells

Abstract:Thispaperintroducestwoprinciplesofconcentratingstress,whichareusually

篇（3）

本研究以病原菌為檢測對象，通過蛋白A將病原菌抗體固定于金叉指陣列微電極表面，制備了一種阻抗型傳感器。以Fe(CN)3－/4－6作為氧化還原對，經(jīng)過化學(xué)電阻抗譜表征電極表面修飾及抗原捕獲過程，采用等效電路闡述其阻抗譜的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，待測溶液中病原菌濃度的對數(shù)值與叉指陣列微電極的電子傳遞阻抗的變化值呈線性關(guān)系。傳感器系統(tǒng)將上面的輸出信號進(jìn)行電壓放大、A/D轉(zhuǎn)換等處理，然后由已知的定量檢測模型得出表征被測物含量的數(shù)值，并通過LCD裝置進(jìn)行顯示，且可在超過安全值時(shí)進(jìn)行報(bào)警。

1．2基本結(jié)構(gòu)

實(shí)現(xiàn)定量檢測和自動(dòng)報(bào)警等功能，單片機(jī)是核心部件。本設(shè)計(jì)選用STC89C52單片機(jī)，它是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，可滿足系統(tǒng)工作的要求。該系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心，包括阻抗測試模塊、阻抗電壓轉(zhuǎn)換模塊、電壓放大電路模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和顯示及報(bào)警模塊。此系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)不僅便于擴(kuò)充不同測量單元，而且可防止各模塊間相互干擾，利于儀器穩(wěn)定。

2硬件選型及電路設(shè)計(jì)

2．1集成放大器選擇

A/D轉(zhuǎn)換電路所需的電壓幅值一般為2V，而叉指微電極輸出的電壓信號比較小，所以需要對叉指微電極輸出的電壓信號進(jìn)行放大。主放大電路采用放大器ICL7650，其電路具有電源電壓范圍寬、靜態(tài)功耗小、可單電源使用及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在各種電路中。

2．2A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)

經(jīng)放大電路輸出的電壓值是模擬信號，不能直接送入單片機(jī)進(jìn)行處理，還必須進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)進(jìn)行處理。本設(shè)計(jì)選擇ADC0809芯片作為AD轉(zhuǎn)換裝置，此芯片功能簡單，能穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的要求。

2．3顯示及報(bào)警模塊設(shè)計(jì)

2．3．1顯示電路設(shè)計(jì)

傳感器需要輸出液晶顯示結(jié)果，主要包括檢測物名及物質(zhì)濃度等。本系統(tǒng)選用LCD1602液晶顯示屏，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊，能夠同時(shí)顯示16×2(16列2行，即32個(gè))字符，可滿足顯示檢測物名稱和濃度的要求。

2．3．2報(bào)警電路設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)超限自動(dòng)報(bào)警的功能，需要蜂鳴器接受單片機(jī)發(fā)出的超限報(bào)警信號發(fā)出警報(bào)，警示微生物的數(shù)量已經(jīng)超標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警的功能，可采用實(shí)現(xiàn)單頻音報(bào)警。其接口電路較簡單，發(fā)音元件為壓電蜂鳴器，當(dāng)在蜂鳴器兩引腳上加3～15V直流工作電壓時(shí)，可產(chǎn)生3kHz左右的蜂鳴振蕩音響。壓電式蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡單、耗電少，更適于在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動(dòng)電流，可在單片機(jī)一端口接一只三極管和電阻組成的驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)。濃度超標(biāo)時(shí)，單片機(jī)P3．6輸出高電平，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，提醒檢測者被測物超標(biāo)，并做相應(yīng)處理。

3軟件設(shè)計(jì)

為了便于程序修改和升級，軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，主要程序包括:主程序、鍵盤處理子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、液晶顯示子程序及報(bào)警子程序。系統(tǒng)工作流程為:檢測人員通過鍵盤輸入被測物種類，MCU通過判斷處理之后，阻抗測試儀測量獲得多個(gè)阻抗值，經(jīng)阻抗電壓轉(zhuǎn)換電路和放大電路，A/D轉(zhuǎn)換器處理，將得到的數(shù)字信號送入MCU;MCU對數(shù)字進(jìn)行計(jì)算、比較等處理，得到被測物濃度，判斷出濃度是否超限;接著，MCU將濃度送入LCD進(jìn)行顯示，判斷比較結(jié)果是否需要進(jìn)行報(bào)警，需要時(shí)則控制報(bào)警器報(bào)警。

篇（4）

2光電開關(guān)與斯密特觸發(fā)器

2．1光電開關(guān)

大多傳感器電路所選擇的都是槽型光電開關(guān)，其一般會(huì)利用最標(biāo)準(zhǔn)的U型結(jié)構(gòu)，發(fā)射器及接收器在U型槽的兩邊，呈現(xiàn)出一個(gè)光軸，在對應(yīng)檢測物通過該槽并隔斷光軸時(shí)，這時(shí)的光電開關(guān)就出現(xiàn)了開關(guān)量號。以槽式光電開關(guān)來講，其最適宜檢測運(yùn)行速度較高的物體，其可以很好的分辨出透明及半透明的物體，應(yīng)用安全性較高。因?yàn)楣怆婇_關(guān)輸出及輸入回路之間是利用電緣絕來實(shí)現(xiàn)的，因此其能夠應(yīng)用于眾多的場合中。利用集成電路相關(guān)技術(shù)以及表面安裝工藝制作的新型光電開關(guān)元件，其具有較好的延時(shí)性、拓展性、外同步、抗干擾、可靠性、運(yùn)行區(qū)域穩(wěn)定、自行診斷等諸多智能化功能。該光電開關(guān)屬于脈沖調(diào)制主動(dòng)式的光電探測體系類電子開關(guān)，其主要應(yīng)用的冷光源為紅外光、紅、綠、藍(lán)色光，可以不接觸、無損害、快速將各類固體、液體、透明體、黑體、柔軟體等物質(zhì)控制其對應(yīng)狀態(tài)及動(dòng)作。

2．2斯密特觸發(fā)器

該傳感器電路運(yùn)用斯密特觸發(fā)器對相關(guān)電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，便于很好地滿足于傳感器體系測量的精確度，斯密特觸發(fā)器自身有著巧妙的滯后特性數(shù)字化傳送門。其電路閥值電壓為兩個(gè)，正向閥值及負(fù)向閥值電壓;雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不相同，斯密特觸發(fā)器整體上是電平觸發(fā)型的電路，并不會(huì)依靠周邊較為陡峭脈沖。其屬于閥值開關(guān)電路的一類，輸入級輸出特性容易突變的門電路。該電路設(shè)計(jì)為阻隔相關(guān)輸入電壓所存在的微笑變化而導(dǎo)致的輸出電壓變化。斯密特觸發(fā)器對應(yīng)輸出情況轉(zhuǎn)換是由其相關(guān)輸入信號變化而決定的，輸入信號在最低電平提高時(shí)，電路狀況變化中輸入的電平及其相關(guān)輸入信號是與高電平處降低中的輸入變化電平不相同的，其對應(yīng)閥值電壓被稱之為正向閥值及負(fù)向閥值電壓。并且，因?yàn)樗姑芴赜|發(fā)器之內(nèi)會(huì)有相關(guān)正反應(yīng)，因此其輸出電壓所對應(yīng)的波形通常較為陡峭。使用斯密特觸發(fā)器不止是可以把周邊轉(zhuǎn)化減緩信號所呈現(xiàn)的波形進(jìn)行一定整形，最終形成邊沿陡峭型矩形波，并且能夠把其互相疊加于矩形波的脈沖高與低處電平噪音合理清除。

3電路模塊設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

總體傳感器電路模塊呈現(xiàn)為:電梯脫離信號光電開關(guān)觸發(fā)信號觸發(fā)器終端處理元件。在相關(guān)電梯并未脫離緩沖器時(shí)，對應(yīng)傳感器有一個(gè)小擋板位于槽型光電開關(guān)之間，合理得隔檔LED對三極管的觸發(fā)。在電梯脫離了相關(guān)緩沖器時(shí)，經(jīng)由安裝于傳感器間的對應(yīng)彈簧將擋板有效的彈開，這時(shí)LED就能夠輕易的觸發(fā)光敏三極管。

篇（5）

 

1 引言

力傳感器是目前廣泛使用的傳感器，在長期使用過程中，由于使用環(huán)境、本身結(jié)構(gòu)的變化，需要對其進(jìn)行標(biāo)定，以此保證測量的精度。近年來，隨著虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，越來越多的技術(shù)人員開始基于該技術(shù)來開發(fā)自動(dòng)化測量設(shè)備。博士論文，標(biāo)定。虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向[1]。而在眾多的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)中，美國國家儀器公司（NI）的LabVIEW應(yīng)用最為廣泛。本文主要介紹了基于LabVIEW的力傳感器標(biāo)定程序的設(shè)計(jì)。

2 標(biāo)定的原理

所謂標(biāo)定（或現(xiàn)場校準(zhǔn)）[2]就是指用相對標(biāo)準(zhǔn)的量來確定測試系統(tǒng)電輸出量與物理輸入量之間的函數(shù)關(guān)系的過程。標(biāo)定是測試中極其重要的一環(huán)。標(biāo)定除了能夠確定輸入量和輸出量之間的函數(shù)關(guān)系之外，還可以最大限度地消除測量系統(tǒng)中的系統(tǒng)誤差。

傳感器的校準(zhǔn)采用靜態(tài)的方法，即在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，采用一定標(biāo)準(zhǔn)等級（其精度等級為被較傳感器的3~5倍）的校準(zhǔn)設(shè)備，對傳感器重復(fù)（不少于3次）進(jìn)行全量程逐級加載和卸載測試，獲得各次校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以確定傳感器的靜態(tài)基本性能指標(biāo)和精度的過程。為簡化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，此處標(biāo)準(zhǔn)量采用砝碼加載的方式獲得。

3 系統(tǒng)組成

3.1硬件組成

系統(tǒng)的硬件組成如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)硬件組成

由圖可以看出，系統(tǒng)主要包括計(jì)算機(jī)、力傳感器，數(shù)據(jù)采集卡、接線盒等。本系統(tǒng)中，力傳感器采用電阻應(yīng)變式壓力傳感器，四個(gè)應(yīng)變片采用全橋的工作方式。數(shù)據(jù)采集卡采用NI公司的PCI-6221，該采集卡的主要參數(shù)如下：它具有16個(gè)模擬輸入端口，2個(gè)模擬輸出端口，24個(gè)數(shù)字輸入輸出端口，采樣速率最高可達(dá)到250kS/s。接線盒采用NI公司的SC-2345，此接線盒直接與數(shù)據(jù)采集卡相連，接線盒上有SCC信號調(diào)理模塊插座。SCC模塊是NI公司提供的信號調(diào)理模塊，其上面包含信號調(diào)理電路，可以將傳感器處采集的信號轉(zhuǎn)換成適合數(shù)據(jù)采集卡讀取的信號。本系統(tǒng)所用的SCC模塊為SCC-SG04，此模塊適用于連接采用全橋工作方式的電阻應(yīng)變式壓力傳感器。

3.2軟件組成

本系統(tǒng)軟件基于LabVIEW 8.2來開發(fā)。LabVIEW是一種圖形化的編程語言。博士論文，標(biāo)定。博士論文，標(biāo)定。與其他開發(fā)工具不同，用LabVIEW編程的過程不是寫代碼，而是畫“流程圖”。這樣可以使用戶從煩瑣的程序設(shè)計(jì)中解放出來，而將注意力集中在測量等物理問題本身。它主要針對各個(gè)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員而設(shè)計(jì)，非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員[1]。博士論文，標(biāo)定。

因?yàn)樗玫牧鞲衅鲗儆趹?yīng)變式電阻傳感器，其電阻變化率與應(yīng)變可以保持很好的線性關(guān)系，即輸入與輸出量之間呈線性關(guān)系，所以可以用一條直線對校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。此直線就稱為擬合直線，所求得的方程為擬合方程。圖2所示為傳感器標(biāo)定程序的采樣頁面。

此程序采用LabVIEW的事件驅(qū)動(dòng)編程技術(shù)進(jìn)行編制的。事件[3]是對活動(dòng)發(fā)生的異步通知。事件可以來自于用戶界面、外部I/O或程序的其它部分。在LabVIEW中使用用戶界面事件可使前面板用戶操作與程序框圖執(zhí)行保持同步。事件允許用戶每當(dāng)執(zhí)行某個(gè)特定操作時(shí)執(zhí)行特定的事件處理分支。

圖2 標(biāo)定程序采樣頁面

圖3 采樣程序

直線擬合的方法[2]有很多種，比如最小二乘法、平均選點(diǎn)法、斷點(diǎn)法等等。其中，最小二乘法精度比較高，此處利用它進(jìn)行直線擬合。根據(jù)最小二乘法，假定是一組測量值，是相應(yīng)的擬合值，mse為均方差，則擬合目標(biāo)可以表達(dá)為，期望mse最小。

LabVIEW中的分析軟件庫提供了多種線性和非線性的曲線擬合算法，例如線性擬合、指數(shù)擬合、通用多項(xiàng)式擬合等等。本程序選擇Linear Fit.Vi 來實(shí)現(xiàn)最小二乘法線性擬合。

標(biāo)定子程序的工作流程如下：用戶先通過多次采樣，獲得各個(gè)輸入量對應(yīng)的輸出量，通過While循環(huán)的移位寄存器保存這些值。博士論文，標(biāo)定。采樣完成后，把這些值輸入Linear Fit.Vi進(jìn)行擬合，擬合的曲線在Graph控件中顯示出來，同時(shí)該Vi自動(dòng)求出方程y=ax+b中的斜率a和截距b，這樣，輸入輸出量之間的函數(shù)關(guān)系就可以確定下來了，如圖4所示。

圖4 標(biāo)定程序擬合前面板

4 小結(jié)

基于虛擬儀器的力傳感器標(biāo)定程序能夠方便地對力傳感器進(jìn)行標(biāo)定。博士論文，標(biāo)定。該系統(tǒng)具有人機(jī)界面友好，靈活方便，自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。

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篇（7）

1 引言

由于在局部的溫度通常具有不一致性，因此在檢測環(huán)境溫度時(shí)，傳統(tǒng)的單一測點(diǎn)測量溫度的方法并不能夠準(zhǔn)確說明實(shí)際的溫度信息。在同一環(huán)境中，對多點(diǎn)進(jìn)行溫度測量，能夠有效解決這一問題，使得溫度測量更加準(zhǔn)確。但是多點(diǎn)溫度測量的溫度測量點(diǎn)比較分散，如果使用傳統(tǒng)的有線布線方式的話，則系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，十分麻煩。本論文設(shè)計(jì)了一種基于無線傳輸?shù)臏囟炔杉到y(tǒng)，采用了nrf9e5無線芯片，主控芯片采用的是at89s52單片機(jī)，溫度測量的傳感器為ds18b20[1]。

本論文首先介紹系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案，然后分別簡要介紹硬件電路設(shè)計(jì)以及部分軟件程序設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)方案

無線數(shù)據(jù)傳輸按照傳輸方式的不同，可以分為：點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)以及多點(diǎn)對多點(diǎn)。本論文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)由主控芯片51單片機(jī)、主接收器以及多個(gè)測量終端組成。每個(gè)測量終端都是通過無線傳輸模塊nrf9e5傳遞數(shù)據(jù)，進(jìn)而形成無線傳輸?shù)臏囟炔杉到y(tǒng)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

將相應(yīng)的溫度傳感器分布在所要測量環(huán)境的不同位置，就能夠精確評估環(huán)境溫度。然后再將這些測量得到的溫度經(jīng)過無線通信模塊發(fā)送到主控芯片上，主控芯片對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊

nrf9e5具有和8051相互兼容的微控制器，但是時(shí)序和指令都與其有些差別。nrf9e5與cpu的數(shù)據(jù)交換是通過串口來進(jìn)行的。

nrf9e5和其他模塊通信主要是通過自身內(nèi)部的并行口和內(nèi)部的spi口。nrf9e5與nrf905等具有一樣的功能。收發(fā)器在與微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的過程中，主要是通過片內(nèi)的spi和并行口。在要傳輸通信的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好之后，就能夠產(chǎn)生中斷，供微控制器使用。

3.2 溫度測量電路

溫度檢測的方法有很多，比如采用熱電偶等。但是本論文采用的是ds18b20溫度傳感器。該溫度傳感器采用的是one-wire總線，即只采用一根信號線與單片機(jī)進(jìn)行連接。該測溫傳感器能夠測量零下55度到125攝氏度的溫度范圍，同時(shí)分辨率能夠達(dá)到0.5攝氏度。工作電壓范圍很寬，一般為3.0至5.5v。

3.3 主控芯片

本論文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集器使用的主控芯片是at89s52單片機(jī)。msc-51單片機(jī)是八位的非常實(shí)用的單片機(jī)。本論文所使用的at89s52單片機(jī)就是基于這款單片機(jī)的。msc-51單片機(jī)的基本架構(gòu)被atmel公司購買，繼而在其基本內(nèi)核的基礎(chǔ)上加入了許多新的功能，同時(shí)擴(kuò)展了芯片的容量以及加入flash閃存等等。51內(nèi)核的單片機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)，因此無論是在工業(yè)上還是在一些電子產(chǎn)品上應(yīng)用都很多。全球也有許多大公司對其進(jìn)行擴(kuò)展，加入新的功能。即使是在今天，51單片機(jī)仍然在控制系統(tǒng)中占據(jù)很大市場。

下面對本論文所使用的單片機(jī)作簡要介紹。這款單片機(jī)具有最大能夠支持的64k外部存儲(chǔ)擴(kuò)展，同時(shí)還具有8k字節(jié)的flash空間。該單片機(jī)具有4組i/o口，分別是從p0到p3，同時(shí)每組端口具有8個(gè)引腳。每個(gè)引腳除了能夠作為普通的輸入和輸出端口外，還具有其它功能，也就是我們通常所說的引腳復(fù)用。其還具有斷電保護(hù)、看門口、計(jì)時(shí)器和定時(shí)器。51單片機(jī)一般的工作電壓是5v。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 通信協(xié)議

本系統(tǒng)為單點(diǎn)對多點(diǎn)的無線通信，主接收器在可靠通信范圍內(nèi)分別與每個(gè)數(shù)據(jù)終端通信。主接收器與每個(gè)數(shù)據(jù)終端都有一個(gè)唯一的地址，因此在通信過程中必須明確接收方的地址。系統(tǒng)通信協(xié)議定制如表1所示。

4.2 溫度測量程序

本論文采用的溫度傳感器是one-wire總線的器件，與主控芯片進(jìn)行一根數(shù)據(jù)線連接，就能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號的雙向傳輸。但是這樣就要求主控芯片的時(shí)序必須具有嚴(yán)格的要求。在出廠之前，每個(gè)器件的rom上都光刻上64位的編碼，這個(gè)編碼地址序列是唯一的，我們可以通過這個(gè)編碼地址序列來進(jìn)行多

點(diǎn)的組網(wǎng)。但是本論文所設(shè)計(jì)的溫度采集系統(tǒng)，在每一個(gè)結(jié)點(diǎn)只是用一個(gè)溫度傳感器，因此在程序中并不需要讀取其rom編碼。

5 總結(jié)

在實(shí)際的溫度測量過程中，測量單點(diǎn)的溫度往往并不能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際溫度信息，需要對同一環(huán)境進(jìn)行多次測量，同時(shí)要對多個(gè)溫度節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測量。但是多點(diǎn)溫度測量的溫度測量點(diǎn)比較分散，如果使用傳統(tǒng)的有線布線方式的話，則系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，十分麻煩。本論文設(shè)計(jì)了一種基于無線傳輸?shù)臏囟炔杉到y(tǒng)，采用了nrf9e5無線芯片，主控芯片采用的是at89s52單片機(jī)，溫度測量的傳感器為ds18b20。本論文首先介紹系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案，然后分別簡要介紹硬件電路設(shè)計(jì)以及部分軟件程序設(shè)計(jì)。

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篇（8）

 

1、前言

地磁場的異常波動(dòng)是發(fā)生地震的重要征兆，對地磁場異常的監(jiān)測可以為地震預(yù)報(bào)研究提供重要的數(shù)據(jù)資料 [1]。

虛擬儀器技術(shù)是利用編程軟件，按照測量原理,采用適當(dāng)?shù)男盘柗治雠c處理技術(shù),編制具有測量功能的程序就可以構(gòu)成相應(yīng)的測試儀器[2],降低了儀器的開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用,縮短了技術(shù)更新周期，顯著提高了儀器的柔性和性價(jià)比[3]。

2、硬件結(jié)構(gòu)

分布式地磁場異常監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。磁場傳感器通過RS232串口將計(jì)算出的地磁場方位值前期數(shù)據(jù)發(fā)送給電腦1，電腦1上的虛擬儀器軟件完成對信號的讀取、計(jì)算、分析、顯示、存儲(chǔ)等并通過電子郵件將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)端的電腦2。

3、軟件設(shè)計(jì)

3.1、軟件的總體功能

如圖2所示，監(jiān)測系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊、磁場異常報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)保存模塊、電子郵件發(fā)送模塊等組成。

3.2、軟件前面板

前面板如圖3所示,主要分為3個(gè)模塊:通信參數(shù)設(shè)置模塊、監(jiān)測結(jié)果顯示及保存模塊、異常報(bào)警模塊等。論文參考，電子郵件。論文參考，電子郵件。設(shè)置的通信參數(shù)主要有與傳感器通信時(shí)的波特率、數(shù)據(jù)位、數(shù)據(jù)文件保存的位置、軟件異常及地磁異常時(shí)發(fā)送電郵的收發(fā)件人電子信箱地址等。論文參考，電子郵件。論文參考，電子郵件。

圖2 軟件總體功能框圖

圖3 軟件前面板

3.3、地磁場方位值的計(jì)算

地磁場方位值計(jì)算模塊如圖4所示，將VISA讀取控件緩沖區(qū)中的字符串?dāng)?shù)組讀出，截取其中第9和第10個(gè)元素，進(jìn)行數(shù)制、進(jìn)制轉(zhuǎn)換得到地磁場方位值，接到前面板進(jìn)行顯示。論文參考，電子郵件。論文參考，電子郵件。

圖4 方位值計(jì)算模塊

3.4異常報(bào)警

將當(dāng)前時(shí)刻的方位值與正常方位值相比較，如果相差5度，即認(rèn)為是地磁場的異常波動(dòng)，報(bào)警指示燈亮，發(fā)出報(bào)警音，同時(shí)啟動(dòng)郵件發(fā)送模塊。

3.5 數(shù)據(jù)保存模塊

調(diào)用日期/時(shí)間字符串控件，讀取windows日期時(shí)間，和地磁場方位值一起寫入指定目錄的txt文件中。當(dāng)?shù)卮艌霎惓r(shí)，觸發(fā)磁場異常邏輯為真，寫入文件控件將從此時(shí)刻開始5秒內(nèi)的時(shí)間值、地磁場方位值寫入txt文件中。

圖5 郵件發(fā)送第一幀

圖6 郵件發(fā)送第二幀

3.6 郵件發(fā)送

4.實(shí)驗(yàn)

如圖7所示，實(shí)驗(yàn)方法為:將傳感器與電腦1串口相連，通過虛擬儀器軟件監(jiān)測地磁場的異常情況，當(dāng)?shù)卮虐l(fā)生異?；蚪邮諅鞲衅鲾?shù)據(jù)異常時(shí)，電腦1上的監(jiān)測軟件報(bào)警，并把異常數(shù)據(jù)記錄到數(shù)據(jù)文件中，同時(shí)通過電子郵件模塊向指定信箱發(fā)送指定格式郵件，監(jiān)測者在電腦2上查看相關(guān)異常郵件。做法是轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器使其與地磁場磁北指向夾角為200°，用一塊磁鐵沿著與傳感器指向垂直的方向自遠(yuǎn)及近靠近后又自近及遠(yuǎn)離開傳感器，記錄下整個(gè)過程磁鐵與傳感器距離、地磁場方位值、異常情況及郵件接收情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

反復(fù)實(shí)驗(yàn)表明，監(jiān)測軟件準(zhǔn)確地記錄下了磁鐵靠近傳感器的過程中該處磁場的變化情況，且當(dāng)?shù)卮女惓r(shí)電腦2及時(shí)地接收到了相關(guān)異常數(shù)據(jù)郵件。

篇（9）

 

1 引言

目前，水資源的管理和節(jié)約成為世界性的難題。在控制人們意識上浪費(fèi)的同時(shí)，各種節(jié)水設(shè)備也應(yīng)運(yùn)而生。目前大多都是著眼于用水節(jié)約和效率，卻忽視了廢水的循環(huán)使用。為此，本文基于“綠色設(shè)計(jì)”的原則，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)控制的家庭智能節(jié)水系統(tǒng)，最大限度的做到“水盡其用”。

2 智能節(jié)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

該設(shè)計(jì)用MCS-51單片機(jī)作為控制電路的核心控制部件來構(gòu)成控制器,單片機(jī)輸出不同程序信息，經(jīng)過移位寄存器74LS164驅(qū)動(dòng)，使得數(shù)碼管顯示相應(yīng)內(nèi)容，紅外傳感器以及混濁度傳感器和水位傳感器檢測到的模擬信號經(jīng)過8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號寫入單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)處理再把數(shù)字信號經(jīng)過8255A送給電磁閥電路和繼電器電路，控制其工作與否。從結(jié)構(gòu)來說該設(shè)計(jì)包括A/D轉(zhuǎn)換和擴(kuò)展I/O口。輸入部分包括按鍵設(shè)置、水位傳感器、渾濁度傳感器和紅外傳感器。輸出部分包括LED顯示、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路和發(fā)光二極管。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

3 智能節(jié)水系統(tǒng)硬件選擇

家庭節(jié)水系統(tǒng)通常包括4個(gè)主要構(gòu)成部分，分別是收集器、處理器、儲(chǔ)存器和供給器。系統(tǒng)中要用水位傳感器和渾濁度傳感器及多個(gè)電磁閥、繼電器等，既有模擬量又有數(shù)字量。

3.1單片機(jī)的選取

ATMEL公司的89系列單片機(jī)也稱Flash單片機(jī)是以8031為核心構(gòu)成，它和 INTEL公司的MCS-S1系列單片機(jī)完全兼容，擴(kuò)展了它的功能。89系列單片機(jī)存在下列很顯著的優(yōu)點(diǎn):

(1)內(nèi)部含F(xiàn)lash存儲(chǔ)器;(2)和AT80C51插座兼容;(3)靜態(tài)時(shí)鐘方式;

(4)錯(cuò)誤編程亦無廢品產(chǎn)生;(5)可反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)。

鑒于以上的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過分析比較，根據(jù)本系統(tǒng)的特點(diǎn)，選用ATMEL公司89系列的標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)AT89C51。其片內(nèi)含有128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)和4K字節(jié)的可電擦電寫閃爍程序存儲(chǔ)器E2PROM，這足以滿足系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其功能。

3.2模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片

在眾多的轉(zhuǎn)換器中以逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的性價(jià)比最高，應(yīng)用最廣泛，國內(nèi)使用較多的芯片有ADC0808/0809,ADC0801-ADCO805及ADC0816/0817和AD574等，根據(jù)本系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求選用中速、低廉的逐次逼近式ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。它包括一個(gè)高阻抗斬波比較器；一個(gè)帶有256個(gè)電阻分壓器的樹狀開關(guān)網(wǎng)絡(luò)；一個(gè)邏輯控制環(huán)節(jié)和8 位逐次比較寄存器(SAR)；一個(gè)8位三態(tài)輸出緩沖器。

該系統(tǒng)中ADC0809與AT89C51單片機(jī)的連接如圖2所示，采用等待延時(shí)方式。論文大全。ADC0809的時(shí)鐘頻率范圍要求在10-1280kHz。ADC0809的CLOCK腳的頻率是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/6，因此當(dāng)單片機(jī)的時(shí)鐘頻率采用6MHz。ADC0809輸入時(shí)鐘頻率即為CLOCK=1MHz，發(fā)生啟動(dòng)脈沖后需延時(shí)100μs才可讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。

圖2 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

3.3 按鍵的識別和輸出顯示

常用的鍵盤有陣列式鍵盤、獨(dú)立式鍵盤。本設(shè)計(jì)中有4個(gè)按鍵，不必采用陣列式，而采用獨(dú)立式鍵盤鍵接一個(gè)上拉電阻與P1口的一個(gè)管腳連接。對于按鍵的識別，有動(dòng)態(tài)掃描和中斷兩種方式，在該設(shè)計(jì)中，按鍵的使用并不是很頻繁，所以采用了中斷的方式進(jìn)行按鍵的識別．

對于輸出，有動(dòng)態(tài)并行輸出、LCD液晶顯示屏和靜態(tài)譯碼輸出三種方式。水箱中的液位要提供給用戶，采用了最簡單的八段數(shù)碼管作為顯示部分的硬件電路。該設(shè)計(jì)中只用到兩個(gè)數(shù)碼管顯示，不會(huì)占用很多硬件資源，所以采用了靜態(tài)顯示。這樣在發(fā)光二極管導(dǎo)通電流一定的情況下，顯示器的亮度大，而且顯示穩(wěn)定。在輸出方式上，由于對數(shù)碼管響應(yīng)速度不高，采用了串行移位的方式。這里采用74LS164進(jìn)行顯示驅(qū)動(dòng)。

3.4電磁閥與繼電器的控制

為使系統(tǒng)安全、穩(wěn)定，采用了24V電磁閥和12V 繼電器。由于電磁閥不能直接與單片機(jī)相連，采用了光電隔離，再通過IRF 530進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。繼電器的驅(qū)動(dòng)采用的是最簡單的方法，即三極管驅(qū)動(dòng)，通過I/O腳電平的翻轉(zhuǎn)來對電磁閥進(jìn)行開/關(guān)控制。論文大全。電磁閥開關(guān)動(dòng)作的控制脈沖寬度可選為30ms。其控制電路如圖3所示。

圖3 電磁閥控制電路

3.5渾濁度傳感器、液位傳感器和紅外傳感器

APMS-10G渾濁度傳感器可以根據(jù)溶液含有的雜質(zhì)、灰塵的顆粒大小、密度不同，產(chǎn)生光電經(jīng)濾波后輸出即得到渾濁度檢測信號。采用AT89C51單片機(jī)與APMS-10G渾濁度傳感器通信,讀出渾濁度值,再將數(shù)據(jù)通過串行口傳給主機(jī)，采用可控三態(tài)門74LS125將兩路串行通道隔離,通過可控端分時(shí)使用，當(dāng)P17輸出高電平時(shí),與APMS-10G的通道導(dǎo)通；當(dāng)P17引腳低電平時(shí),與主機(jī)的通信回路導(dǎo)通。從機(jī)串口平時(shí)與主機(jī)保持通信暢通,將串口設(shè)為中斷狀態(tài),隨時(shí)可以接收主機(jī)發(fā)來的指令。

眾多的的傳感器當(dāng)中。諧振式水位傳感器采用了先進(jìn)的傳感原理,高Q值的諧振電路,具有較強(qiáng)的抗干擾能力、結(jié)構(gòu)靈巧、精密、簡單易于制造。該設(shè)計(jì)中采用了諧振式水位傳感器作為中位水箱和低位水箱中的水位檢測裝置。

紅外傳感器安裝在水龍頭內(nèi),當(dāng)人手觸發(fā)傳感器時(shí),信號傳遞給單片機(jī)。對于紅外傳感器，則利用熱釋電紅外傳感器直接接收運(yùn)動(dòng)人體的信號，使用574S紅外探頭。此電路只需要接收系統(tǒng)，不需要發(fā)射系統(tǒng)，通過技術(shù)處理，可以只接受運(yùn)動(dòng)的人體信號，比常規(guī)紅外光接收器抗干擾性強(qiáng)。論文大全。

4 智能節(jié)水系統(tǒng)主程序流程圖

系統(tǒng)主程序流程圖如圖4所示。設(shè)計(jì)的思路是首先初始化，讓所有芯片都恢復(fù)最開始的設(shè)置，等所有芯片都準(zhǔn)備好了之后，則讀取E2PROM內(nèi)的數(shù)據(jù)，接著進(jìn)行A/D采樣，讀取水位傳感器和渾濁度傳感器采集到的數(shù)據(jù)，再對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，若有數(shù)據(jù)輸入，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序并顯示水位的高度；沒有數(shù)據(jù)輸入則繼續(xù)下面的按鍵判斷。有鍵按下時(shí)，判斷是哪個(gè)按鍵按下，然后再轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序；若無按鍵按下，則轉(zhuǎn)回A/D采樣子程序，重復(fù)上述的程序，如此往復(fù)進(jìn)行下去。

5 結(jié)束語

提出了家庭智能節(jié)水系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)方案、硬件電路和主程序流程圖。

（1）從人性化、性價(jià)比方面綜合考慮器件的優(yōu)略，為該系統(tǒng)的優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。

（2）紅外感應(yīng)水龍頭、LED顯示和延時(shí)可調(diào)開關(guān)不僅方面使用，便于監(jiān)控，而且方便自如的調(diào)節(jié)水流時(shí)間，達(dá)到了節(jié)約用水的目的。

（3）結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，經(jīng)濟(jì)節(jié)能環(huán)保。

參考文獻(xiàn)

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[3] 張 偉. 單片機(jī)原理及應(yīng)用[M],機(jī)械工業(yè)出版社，2002.1

篇（10）

少量的硬幣使用在日常生活中帶來方便，但是硬幣的回收，計(jì)數(shù)分裝和打包就非常的麻煩。銀行，超市，娛樂場所等硬幣的收付，清點(diǎn)和包裝的自動(dòng)化程度很低，基本靠手工操作，難度大，效率低。目前市場上已經(jīng)存在的硬幣處理裝置功能單一，自動(dòng)化程度低，并且依然需要大量的人工配合才能實(shí)現(xiàn)?；谶@種現(xiàn)狀，本論文研究并實(shí)現(xiàn)了一種硬幣計(jì)數(shù)定量打包裝置，自動(dòng)化程度高，可以有效的節(jié)省人工成本，提供效率。

1 硬幣計(jì)數(shù)定量打包裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)由伺服電機(jī)控制系統(tǒng)，硬幣自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置，硬幣自動(dòng)分裝定量打包裝置組成。硬幣計(jì)數(shù)裝置采用了光纖傳感器和壓力傳感器的雙重控制，確保系統(tǒng)更高的精度。當(dāng)硬幣計(jì)數(shù)裝置計(jì)數(shù)到預(yù)設(shè)值時(shí)，系統(tǒng)通過中央控制系統(tǒng)對伺服電機(jī)系統(tǒng)發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路來操控伺服電機(jī)。本系統(tǒng)中使用的是無刷直流伺服電機(jī)，具有體積小，重量輕，響應(yīng)快，慣性小，力矩穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。分裝打包裝置由一系列的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，通過伺服電機(jī)的帶動(dòng)進(jìn)行工作。

2 硬幣計(jì)數(shù)定量打包裝置的機(jī)械設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖2如圖所示，伺服電機(jī)控制系統(tǒng)包括伺服電機(jī)（1），壓力傳感器，光纖傳感器，伺服放大器組成。伺服電機(jī)裝在四角機(jī)架（14）下端，壓力傳感器，光纖傳感器，伺服放大器分別與伺服電機(jī)相連。伺服電機(jī)輸出軸通過聯(lián)軸器依次連接硬幣自動(dòng)分裝定量打包裝置和硬幣自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置。硬幣自動(dòng)分裝定量打包裝置包括主動(dòng)軸（3），軸承座（4）以及軸承，槽輪（12），分度臺(tái)（11），收集管（10）拔插以及鎖止環(huán)（13），主動(dòng)軸下端連接聯(lián)軸器（2），上端連接軸承座和軸承，軸承座和軸承固定到四角機(jī)架上。主動(dòng)軸中間固定連接拔插及鎖止環(huán)，拔插及鎖止環(huán)與槽輪配合連接構(gòu)成槽輪系統(tǒng)。硬幣自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置包括凸輪（5），拉簧（6），集幣管（8），運(yùn)幣滑塊（9）。凸輪與主動(dòng)軸連接，并且通過滾輪和運(yùn)幣滑塊連接，運(yùn)幣滑塊與拉簧連接。集幣管底部裝有用于檢測硬幣重量的壓力傳感器，運(yùn)幣滑塊上面通過支座（7）安裝用于硬幣計(jì)數(shù)的光纖傳感器。

3 硬幣計(jì)數(shù)定量打包裝置軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用人機(jī)交互伺服控制系統(tǒng)，凸輪滑塊間歇式硬幣推送裝置，針孔式光纖傳感計(jì)數(shù)器，自帶壓力傳感器的集幣器，槽輪聯(lián)動(dòng)式分度臺(tái)，自動(dòng)封口包裝硬幣收集管配合實(shí)現(xiàn)。

硬幣完成分類后經(jīng)過滑道依次滑至集幣管，光纖傳感計(jì)數(shù)器和集幣管底部的壓力傳感器先后對硬幣進(jìn)行技術(shù)，反饋檢測數(shù)據(jù)到中央控制器，并且根據(jù)數(shù)據(jù)判斷是否一致，如果不一致則進(jìn)行重新分揀。在傳感器計(jì)數(shù)時(shí)，人機(jī)交互界面會(huì)顯示硬幣的數(shù)額。當(dāng)硬幣的數(shù)目和質(zhì)量參數(shù)共同確定硬幣的個(gè)數(shù)達(dá)到用戶的設(shè)定值，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)軸帶動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)，運(yùn)幣滑塊移動(dòng)，將定量硬幣送入收集管，運(yùn)幣滑塊推送命令完成后在拉簧的作用下完成復(fù)位，等待下一次循環(huán)命令。同時(shí)安裝在主動(dòng)軸上的拔插鎖止環(huán)拔動(dòng)槽輪，驅(qū)動(dòng)聯(lián)動(dòng)式分度臺(tái)旋轉(zhuǎn)五分之一圈，收集管工作就緒，硬幣掉入收集管，包裝袋受硬幣掉入時(shí)的沖擊自動(dòng)完成口袋的封合，完成一次硬幣定量打包動(dòng)作。

4 系統(tǒng)測試

在系統(tǒng)調(diào)試成功之后對系統(tǒng)進(jìn)行了正確性的測試，對硬幣的計(jì)數(shù)定量進(jìn)行了測試。系統(tǒng)分別對100枚，500枚，1000枚硬幣進(jìn)行了預(yù)設(shè)值為10的計(jì)數(shù)定量。結(jié)果如表1所示，系統(tǒng)在100個(gè)，500個(gè)和100個(gè)硬幣的測試表現(xiàn)中，表現(xiàn)穩(wěn)定，沒有任何的錯(cuò)誤。

5 總結(jié)

本論文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種硬幣計(jì)數(shù)定量打包系統(tǒng)，由伺服電機(jī)系統(tǒng)，硬幣自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置，硬幣自動(dòng)分裝定量打包裝置組成。本論文闡述了系統(tǒng)框架的設(shè)計(jì)，機(jī)械機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并且對系統(tǒng)進(jìn)行了測試，測試結(jié)果反應(yīng)本系統(tǒng)擁有很高的可靠性，計(jì)數(shù)快速，定量準(zhǔn)確，有效的提升了工作效率。同時(shí)本設(shè)計(jì)采用了大量的自動(dòng)化設(shè)置，降低了人工成本。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

任少華，男，碩士研究生。

楊寶山，男，碩士研究生。

施小明，男，原上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院黨總支書記，現(xiàn)上海理工大學(xué)監(jiān)察處處長。

作者單位