传感器项目10

项目10传感器综合设计学习目标知识目标能熟练运用已有知识进行传感器的初步设计能对测量数据进行分析整理能对测量数据进行误差分析能按设计报告的书写要点完成设计报告技能目标熟练掌握并运用各类传感器及相关知识项目10传感器综合设计项目10传感器综合设计任务1电子汽车传感器课程设计车用传感器是汽车计算机系统的输入装置，它把汽车运行中各种工况信息（如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等）转化成电信号传输给计算机。用传感器组成的汽车仪表包括燃油油量表、车速表、里程表、机油压力表、冷却液温度表、气压表、发动机转速表，以及驻车制动指示、断气制动警示、排气制动警示、机油压力警示、冷却液液位报警仪等。驾驶员通过各项参数和警示，可以准确地判断车辆的运行状态，以便正确地驾驶和维护、保养好车辆，使汽车处于最佳工作状态。因此，车用传感器对车辆的安全、经济、可靠运行，起着至关重要的作用。项目10传感器综合设计1．课程设计目的•通过课程设计，一方面检测具有代表性、综合性的温度、压力、液位、速度、大电流等工业测控中的常用参数，培养实际工作能力；另一方面，由于传统汽车仪表属于机电热力式仪表，体积大、功耗大而寿命不长，正朝电子化、微机化方向迅猛发展。汽车电子式仪表具有一定的先进性，代表了当前汽车仪表的发展方向，可以培养和提高一定的研发能力。•通过课程设计训练，使读者学会从工程角度思考问题，熟悉传感器产品，学会对传感器产品的正确接口、信号调理、线性化、校准及常用的电子显示、报警方法。项目10传感器综合设计2．设计任务要求从图10.1中选取三个汽车仪表，将其设计为电子式仪表。要求从车速-里程表中选择一个，组合仪表中的四个表中任选两个。图10.1全电子式汽车仪表的基本组成项目10传感器综合设计3．设计要求基本题：①车速表。用20只LED线状显示汽车的即时行驶速度。测速范围：0～100km/h；每只LED显示：5km/h；轮胎直径：900mm。②里程表。用数码显示所行驶的不可复位累计总路程，以及可复位单次小计路程。计程范围：不可复位累计总路程0～99999.9km，可复位小计路程0～999.9km；分度：以100m计数一次，即1次/0.1km；轮胎直径：900mm。③油量表。用3只LED条状显示燃油箱中的燃油油量。测量范围：0～1/3，1/3～2/3，2/3～1，每只LED约显示1/3。④油压表。产品用10只LED条状显示发动机润滑油压力。测量范围：0.5～5bar（制作时可降低标准为7只LED，范围：0.5～3bar）；每只LED显示：0.5bar。⑤水温表。用6只LED条状显示发动机冷却水温度，并以最高3只红LED作超温报警。测量范围：50℃～+100℃，每只LED显示：10℃左右（注意线性化显示）。⑥电流表。分别用五只绿色LED和五只红色LED点状显示蓄电池充、放电流。测量范围：50～0A，0～+50A，每只LED显示：10A（注意避免导线及接触电阻的影响）。项目10传感器综合设计发挥题：①车内外气温表。用两只二极管作自制的温度传感器和一只转换开关，以数码形式切换显示车内外气温（20～+50℃，1℃）。②无接触（免软轴连接）式车速里程传感器及其配套表设计。软轴加工要求高且易损坏，若改用霍尔IC片、接近开关或干簧管自制车速里程传感器，则寿命和可靠性可大为提高。③自行设计一种高精度车速里程表传感器（精度不低于10cm）。注意克服负载对轮胎外径的影响。④倒车防撞报警仪。用超声波压电陶瓷传感器测量物体距车尾小于1.5m时发出声光报警，或物体距车两侧小于0.4m时发出声光报警。项目10传感器综合设计4．设计报告设计报告的文字务求精练，一般为6页左右，必须在有限篇幅下，选择关键的、能体现设计水平的内容。每只表的设计报告，一般应包括：①系统方案讨论：每只表应提供两种方案，加以分析、选择。②传感器及单元电路（IC）原理简述：应尽量简明扼要，过多或关键点不清晰均要扣分。③详细电路图：所有电阻、电容要有阻（容）值；集成电路要有型号，其所连引脚要标引脚编号（最好还要标功能符号，以便阅读），标有编号的引脚可以任意排列在其边框四周，以方便画线；未使用的引脚不必画出。④必要的计算：如脉冲当量、恒流源电流、量程灵敏度、线性误差计算等。⑤设计报告最后附上“参考文献”书名。项目10传感器综合设计5．参考进度①查阅并自学常用汽车传感器资料1天。至少要查到转速、油量、油压、温度传感器各两种类型以上，并记录其原理、特点及典型应用方法。②查阅、自学IC资料和大电流检测方法并初拟各表的实现方案1天。至少要查到LM2917频率-电压转换器、LM3914点/条状LED显示驱动器、LM324单电源四运放、CD4040十二位二进制串行计数器、ICM7225四位半LED数码管的脉冲计数/译码/驱动器、7805三端稳压器、7660负电压产生器、大电流检测的四端点电阻采样法、霍尔效应法。③三只表的详细电路图设计3天。④计算机仿真2天。⑤制作调试3天。⑥撰写设计报告4天。平时要注意收集、记录资料，这是设计，计算、实测数据不可缺少的。项目10传感器综合设计6．设计提示准备工作：按任务书要求查阅传感器资料；重点学习一种汽车专用IC（也可广泛用于家电等）——LM3914的内部结构原理，考虑如何用普通运放LM324模拟和用EWB仿真。项目10传感器综合设计（1）车速表汽车的车速表和里程表用于指示汽车的行驶速度和行驶的里程数。随着汽车技术和电子技术的发展，越来越多的汽车开始使用数字仪表。数字车速用传感器有霍尔型非接触式传感器、磁电式传感器、光电式传感器等，其工作原理都是在车辆行驶的过程中连续向外发送脉冲信号来传递相关的信息。光电式传感器测速原理和结构如图10.2所示。项目10传感器综合设计图10.2光电式传感器测速原理例如，用89C51单片机为核心处理器，配以外围电器驱动电路，实现了车速里程表的信号采集、处理、转化、输出显示的功能。设计时可选用SZMB-5型磁电式转速传感器，配合高为900mm的轮胎时，其特性为每转输出60个正弦波（幅度300mV，但不稳定），故车速0～100km/h时，对应输出0～589.2Hz近似正弦波。车速表原理图如图10.3所示。图10.3车速表原理图项目10传感器综合设计（2）里程表车速表和里程表应共用一个SZMB-5型磁电式转速传感器，以降低成本。里程表原理图如图10.4所示。图10.4里程表原理图项目10传感器综合设计（3）油量表油量表可用电阻式传感器，它有正向和反向变化式两种。典型正向变化式的特性为油量：0～1/2，1/2～1；对应输出电阻：0～30，30～60；反向变化式油量：0～1/2，1/2～1；对应输出电阻：110～32.5，32.5～0。油量显示可采用电阻分压取样和恒流源电阻取压采样等。电阻分压取样方法简单，但当传感器电阻值较小时，非线性大，效果差。恒流源电阻取压采样法线性及抗干扰性均好，可作为电阻性传感器的取样电路之一。电阻分压取样如图10.5所示，恒流源电阻取压采样如图10.6所示。项目10传感器综合设计图10.5电阻分压取样图10.6恒流源电阻取压采样项目10传感器综合设计（4）油压表常用油压表也是电阻式的，故也可以用油量表的两种方案，由于油压传感器电阻较高（185），应用直接电阻分压取样方法时非线性不大，故可采用。发动机润滑油压力用10只LED条状显示，测量范围：0.5～5bar（制作时可降低标准为7只LED，范围：0.5～3bar），每只LED显示：0.5bar。实验制作时指标可降低到7挡显示，故可以用两块LM324实现LM3914功能。项目10传感器综合设计（5）水温表常用的温度传感器种类很多，如热电偶、热电阻、热敏电阻、PN结、AD590等。这里可考虑用热敏电阻或PN结。①热敏电阻方案。为克服热敏电阻低端电阻不为零的特性，宜采用电桥检测电路（注意热敏电阻的负温度电阻特性，应将热敏电阻放在电桥的合适部位）。为克服热敏电阻的严重非线性影响，可在其上并联一只合适的电阻R=Rm(B2Tm)/(B+2Tm)，其中Rm为量程中点温度处的热敏电阻阻值；B为热敏电阻的材料常数；Tm为量程中点处的绝对温度。热敏电阻传感器参考电路如图10.7所示。②PN结实验方案。PN结传感器参考电路如图10.8所示。项目10传感器综合设计图10.7热敏电阻传感器参考电路图10.8PN结传感器参考电路项目10传感器综合设计6）电流表常用的直流大电流检测主要有两种方法：四端电阻法和霍尔效应法。由于四端电阻法可以用简单结构实现，从而避免不稳定的接触电阻影响，成本低，工作可靠，故可选用。四端电阻法原理如图10.9所示。图10.9四端电阻法原理项目10传感器综合设计大电流传感器原理参考图10.10。r1、r2上的压降并不输入到测量放大器中，而r3、r4相对测量放大器的高输入阻抗可以忽略，保证了测量精度。图10.10大电流传感器原理项目10传感器综合设计任务2其他传感器课程设计10.2.1称重秤课程设计随着技术的进步，由称重传感器制作的衡器已广泛地应用到各行各业，实现了对物料的快速、准确的称量，特别是随着微处理机的出现，工业生产过程自动化程度不断提高，称重传感器已成为过程控制中的一种必不可少的装置，从以前不能称重的大型罐、料斗等重量计测以及吊车秤、汽车秤等计测控制，到混合分配多种原料的配料系统、生产工艺中的自动检测和粉粒体进料量控制等，都应用了称重传感器，目前，称重传感器几乎运用到了所有的称重领域。项目10传感器综合设计1．课程设计目的通过课程设计，进一步回顾传感器的有关概念，培养分析计算传感器的相关规律的能力。掌握设计传感器电路的一般步骤，并能进行一些简单设计，同时进一步提高对问题的探究能力。2．设计任务由称重传感器作为检测元件，设计一个可用以计量的传感器应用电路，以满足0～30kg物体称重的场合。3．设计要求①设计并绘出电路图。②根据电路图进行电路连接与调试。③整理设计资料，提交设计报告。项目10传感器综合设计10.2.2湿度传感器课程设计随着现代工农业生产技术的发展及生活环境质量的提高，湿度的检测与控制已成为生产和生活中必不可少的手段。例如，大规模集成电路生产车间，当其相对湿度低于30%时，容易产生静电而影响生产；粉尘大的车间当湿度小而产生静电时，会发生爆炸；纺织厂为了减少棉纺断头，车间要保持相当高的湿度（60%～75%RH）；有些仓库（存放烟草、茶叶、中药材等）在湿度过大时易发生变质和霉变现象；农业上，工厂式育苗和种植、食用菌的培养与生产、蔬菜及水果的保鲜等均需要湿度传感器。项目10传感器综合设计1．设计目的了解湿度传感器的结构，熟悉湿度检测的原理，掌握湿度检测电路的设计方法。2．设计任务设计一个可以测量室内湿度的传感器应用电路，主要是检测室内环境下的湿度，可用于车间、仓库、部分实验室等场合的湿度检测与控制。3．设计要求①设计并绘出电路图。②根据电路图在通用板上进行电路连接与调试。③整理设计资料，提交设计报告。项目10传感器综合设计10.2.3电冰箱温度超标指示器课程设计随着人们生活水平的不断提高，人们对温度的要求越来越高，温度测量也被人们所关注，同时温度测控技术也在各个领域越来越广泛地应用。1．设计目的了解温度传感器的结构及其检测原理，掌握温度检测电路的设计方法。2．设计任务设计一个数字温度计，用于冰箱温度控制。3．设计要求①具有读数方便，测温范围广，测温准确的功能。②输出温度采用数字显示。③电冰箱冷藏室温度一般保持在5℃以下，温度超过5℃时，应提醒用户及时采取措施。④整理设计资料，提交设计报告。本章结束