传感器测量系统设计
汽车仪表用传感器测量系统设计
汽车仪表用传感器测量系统设计汽车仪表是人和汽车的交互界面，为驾驶员提供所需的汽车运行参数、故障、里程等信息，是每一辆汽车必不可少的部件。
随着汽车工业与电子工业的不断结合发展，电子控制技术在现代汽车的仪表系统中得到了广泛的应用。
车用传感器是汽车电子设备中的重要组成部分，主要用于测量和控制系统，其性能好坏直接影响汽车是否正常工作。
在自动测量过程或控制系统中，首先由传感器感受被测量，而后将其转换成电信号，供显示仪表指示或用以控制执行机构。
如果传感器不能灵敏地感受被测量，或者不能把感受到的被测量精确地转换成电信号，则其他仪表和装置的精确度再高也无意义。
一、系统分析与论证系统要求分别连接滑线变阻器左右两端接线头，从而要求系统分别显示测得的阻值，然后在将测得的两个阻值相减，得到的差值即为系统所要求的最后结果（结果精确到0.5‰）。
如果差值的绝对值小于0.3€%R，我们说系统合格，否则不合格。
根据系统要求，此系统首先通过A/D转换系统的A/D转换器作为模拟量的采集和输入，然后将数据送入51系列的单片机中进行数据的存储、处理，并通过单片机控制的LED显示系统送入LED显示管显示。
（一）A/D转换系统A/D转换系统所需用为A/D转换器，它的作用就是把模拟量转换成数字量，以便于计算机进行处理。
A/D转换器的主要技术指标：转换时间和转换速率，分辨率和转换精度。
同时为了适应系统集成的需要，有些转换器还将多种转换开关、时钟电路、基准电压源、二/十进制译码器和转换电路集成在一个芯片内，为用户提供了很多方便。
我们可以根据A/D转换器位数、A/D转换器转换速率、是否要加采样保持器、基准电压等4个方面来选择一个适合于各自系统的A/D转换器。
（二）LED显示系统此系统舍弃了传统的通过译码器来控制LED的显示，通过单片机89C51的I/O接口，加以软件程序上的控制，来充当译码器的作用，使之控制LED的显示。
这恰恰体现了单片机应用系统设计的要求，即在系统设计中，应以使用的硬件最少为原则，这样即能减少产品的成本，又可以降低系统产生错误的概率，取而代之的是软件的控制，即使出现错误，可以及时、方便的找出错误原因，加以修正。
传感器设计方案
传感器设计方案在当今科技飞速发展的时代，传感器作为获取信息的关键设备，在各个领域都发挥着至关重要的作用。
从工业生产到医疗健康，从智能家居到航空航天，传感器的应用无处不在。
一个好的传感器设计方案不仅能够提高测量的准确性和可靠性，还能满足不同场景下的特殊需求。
接下来，我们将详细探讨一种传感器的设计方案。
一、需求分析在设计传感器之前，首先要明确其应用场景和所需满足的性能指标。
例如，如果是用于工业环境中的温度测量，可能需要能够在高温、高湿度以及强电磁干扰的条件下稳定工作，测量精度要求在±05℃以内，响应时间不超过 1 秒。
又比如，在汽车的制动系统中，压力传感器需要能够承受强烈的振动和冲击，测量范围要覆盖较大的压力区间，并且具有快速的响应能力和高可靠性，以确保制动系统的安全运行。
二、传感器类型选择根据需求分析的结果，选择合适的传感器类型。
常见的传感器类型包括电阻式、电容式、电感式、压电式、光电式、磁电式等。
电阻式传感器结构简单、成本低，但精度相对较低；电容式传感器灵敏度高、动态响应好，但容易受到干扰；电感式传感器适用于测量位移和振动等物理量，但存在非线性误差。
压电式传感器常用于测量动态力和加速度，具有响应快、精度高的优点；光电式传感器适用于非接触式测量，对被测物体无影响；磁电式传感器则在测量转速和磁场等方面表现出色。
在选择传感器类型时，需要综合考虑测量对象、测量范围、精度要求、工作环境等因素，以确保所选类型能够满足实际需求。
三、敏感元件设计敏感元件是传感器中直接感受被测量并将其转换为电信号的部分，其性能直接决定了传感器的质量。
以温度传感器为例，如果采用热电偶作为敏感元件，需要选择合适的热电偶材料（如铂铑合金、镍铬镍硅等），并根据测量温度范围确定热电偶的结构和尺寸。
在设计敏感元件时，要充分考虑材料的物理特性、热稳定性、化学稳定性等因素，以保证敏感元件在不同工作条件下都能准确地感知被测量。
四、信号调理电路设计传感器输出的电信号通常比较微弱，且可能存在噪声和干扰，需要通过信号调理电路进行放大、滤波、线性化等处理，以提高信号的质量。
基于传感器的环境监测系统设计
基于传感器的环境监测系统设计一、背景介绍随着人们对环境问题的日益重视，环境监测系统的需求量也越来越大。
传统的环境监测方法已经无法满足人们的需求，随着科技的发展，基于传感器的环境监测系统成为了一种重要的环境监测手段。
二、传感器的作用传感器是基于物理学、化学等原理，将被测量的物理量转换为易于被处理和储存的电信号，并将信号传送给控制系统或显示设备的精密测量仪器。
在环境监测系统中，传感器主要用来监测环境中的各项指标，包括温度、湿度、气压、风速、氧气含量、有害气体浓度等。
三、环境监测系统的设计基于传感器的环境监测系统的设计主要包括以下几个方面：1. 传感器的选择：根据不同的监测指标，选择适合的传感器。
传感器的精度、灵敏度、稳定性等性能是选择传感器的关键因素。
2. 环境监测参数的采集：通过传感器对环境监测参数进行采集，并通过数据采集芯片将采集到的数据进行处理，并传给控制器。
数据采集芯片需要满足高速采集、低功耗等特点。
3. 数据传输的选择：将采集到的数据进行传输，可以选择Wi-Fi、Zigbee、蓝牙等方式进行数据传输。
数据传输的选择需要考虑传输距离、传输速率、传输稳定性等方面。
4. 数据处理：对传感器采集的数据进行处理，进行数据分析、比较，提取有用信息。
5. 数据存储：将采集到的数据进行存储。
一般采取数据库进行存储，便于后期查阅和分析。
6. 系统管理与控制：对整个环境监测系统进行统一管理，便于实时监控和远程控制。
四、应用领域基于传感器的环境监测系统广泛应用于各个领域。
例如：1. 大气污染与防治：对大气中的颗粒物、臭氧、二氧化硫等有害物质进行监测，帮助科学家分析大气污染状况，制定相关政策。
2. 水环境监测：对水中的各项指标进行实时监测，例如水温、酸碱度、溶氧量、浊度等，帮助相关部门了解水质状况，及时采取措施。
3. 农业生产：通过对土壤、大气、水分等环境参数的及时监测，实现对农业生产的科学管理，提高农作物的种植效率。
光电传感器测量系统的设计.doc
光电传感器测量系统的设计检测技术与应用课程设计报告系别自动化工程系班级姓名学号指导教师2011年1月光电传感器测量系统的设计一、设计目的1、了解光电式传感技术的基本原理，掌握光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻、光电池传感器等的结构、原理、特性及使用注意事项。
掌握光电效应的概念。
2、了解各种光电元件的性能参数指标及一些其他特性。
3、掌握数字光照度计的使用方法。
4、了解典型传感器的技术指标，重点掌握传感器的设计要求。
5、掌握正确调试电路的方法。
6、掌握常用仪器设备的正确使用方法，利用开放式传感器实验箱更具体的了解光电传感器的工作原理和应用，学会简单传感器控制电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。
7、掌握基本的传感器设计方法，进一步了解常规敏感元器件的工作原理和特性，二、设计任务及要求1. 测量光照强度与电压的关系并作出正确的曲线及图表。
2. 根据所提供的设备，正确选择传感器、相关元件。
计算机、labview虚拟仪器软件和drlab快速可重组综合实验台为必选设备；传感器的范围已经给定，选择正确传感器并写出选择依据、其他元件可根据自己需求自行选择；尽量写出其他可以实现测量目的的其他相关传感器。
3. 论述基本原理，并画出相关电路图。
论述本次设计中所设计到的所有相关知识概念及原理；电路图参考教材电路自己设计。
4. 按照电路原理图在开放式传感器实验箱中搭建电路。
在调试电路时注意各元件的性能参数指标，避免损坏。
光电传感器在不同的光强不同的温度下所对应的电阻值均不相同，不同的环境下所得到的结果差别较大，但对结果进行分析得出的特性与光电传感器特性相一致，因所处环境的差别本结果仅作为参考。
硬件调试中注意将光电传感器靠近光源，将光照度计靠近光电传感器，操作的正确性可以有效减小误差。
注意遮蔽周围环境的强光，特别是在日光灯下进行操作时要小心谨慎。
5. 参考已完成的脚本，使用labview来设计光电传感器虚拟仪器，包括前后面板。
霍尔式传感器转速测量系统的设计课件
设计时应考虑选择合适的算 法，以准确提取转速信息。
还需要考虑如何将转速值进行 显示或输出，以满足用户的需
求。
05
系统测试与验证
测试环境搭建
01Biblioteka 0203测试设备霍尔式传感器、转速计、 信号发生器、示波器、数 据采集卡等。
测试环境
搭建一个封闭的测试环境 ，模拟实际工作条件，包 括温度、湿度、振动等环 境因素。
要根据传感器的输出信号特性和系统要求， 选择合适的放大器和反馈回路，以保证信号 放大的效果和稳定性。
信号处理电路设计
01
信号处理电路的作用
对放大后的信号进行进一步的处理，如滤波、整形等，以便得到准确的
转速信息。
02
信号处理电路的组成
主要包括比较器、滤波器、触发器等部分。
03
信号处理电路的设计要点
要根据系统的测量精度和抗干扰能力要求，选择合适的比较器和滤波器
霍尔元件
利用霍尔效应制成的半导体元件， 能够将磁场信号转换为电信号。
霍尔元件工作原理
当磁铁靠近霍尔元件时，由于磁场 的作用，霍尔元件内部产生霍尔电 动势，从而输出相应的电压信号。
霍尔式传感器的应用
转速测量
利用霍尔式传感器测量旋转物 体的转速，通过测量磁铁的旋
转速度来计算转速。
磁场检测
霍尔式传感器可用于检测磁场 强度、方向和变化，广泛应用 于电机控制、磁记录等领域。
位置检测
通过检测磁场的变化，霍尔式 传感器还可以用于检测物体的 位置和位移，如接近开关、位 移传感器等。
电流检测
在电力系统中，霍尔式传感器 可用于测量电流大小和方向， 具有测量精度高、线性度好等
优点。
03
系统硬件设计
(完整word版)传感器课程设计(基于labview的pt100温度测量系统)
目录第一章方案设计与论证 (2)第一节传感器的选择 (2)第二节方案论证 (3)第三节系统的工作原理 (3)第四节系统框图 (4)第二章硬件设计 (4)第一节 PT100传感器特性和测温原理 (5)第二节信号调理电路 (6)第三节恒流源电路的设计 (6)第四节 TL431简介 (8)第三章软件设计 (9)第一节软件的流程图 (9)第二节部分设计模块 (10)总结 (11)参考文献 (11)第一章方案设计与论证第一节传感器的选择温度传感器从使用的角度大致可分为接触式和非接触式两大类，前者是让温度传感器直接与待测物体接触，而后者是使温度传感器与待测物体离开一定的距离，检测从待测物体放射出的红外线,达到测温的目的.在接触式和非接触式两大类温度传感器中，相比运用多的是接触式传感器，非接触式传感器一般在比较特殊的场合才使用，目前得到广泛使用的接触式温度传感器主要有热电式传感器，其中将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器,将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。
热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类，前者简称热电阻，后者简称热敏电阻。
常用的热电阻材料有铂、铜、镍、铁等，它具有高温度系数、高电阻率、化学、物理性能稳定、良好的线性输出特性等，常用的热电阻如PT100、PT1000等.近年来各半导体厂商陆续开发了数字式的温度传感器，如DALLAS公司DS18B20，MAXIM公司的MAX6576、MAX6577，ADI公司的AD7416等，这些芯片的显著优点是与单片机的接口简单，如DS18B20该温度传感器为单总线技术，MAXIM公司的2种温度传感器一个为频率输出,一个为周期输出，其本质均为数字输出，而ADI公司的AD7416的数字接口则为近年也比较流行的I2C总线，这些本身都带数字接口的温度传感器芯片给用户带来了极大的方便，但这类器件的最大缺点是测温的范围太窄,一般只有-55～+125℃，而且温度的测量精度都不高，好的才±0.5℃，一般有±2℃左右，因此在高精度的场合不太满足用户的需要.热电偶是目前接触式测温中应用也十分广泛的热电式传感器，它具有结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传等优点。
光电传感器检测系统设计与制作
光电传感器检测系统设计与制作光电传感器检测系统（Optical Sensor Detection System）是一种采用光学技术进行物体检测、识别的技术手段，具有精度高、响应速度快、可靠性好等优点，广泛应用于机械、电子、自动化控制等领域。
本文将介绍一种基于光电传感器的物体检测系统的设计与制作，旨在为初学者提供一些设计思路和操作指南。
一、系统组成该物体检测系统主要由以下几部分组成：1. 光源：发射光信号，一般使用红外线、激光等光源。
2. 接收器：接收被检测物体反射回来的光信号，一般使用光电二极管等器件。
3. 处理电路：对接收到的信号进行放大、滤波、计算等处理，一般使用微处理器、模拟电路等器件。
4. 显示器：将处理后的信号输出，一般使用LED灯等显示器件。
二、系统设计步骤1. 确定检测目标及检测距离：根据实际需求，确定需要检测的物体种类及其距离范围。
该步骤将有助于后续光源和接收器的选择。
2. 选择光源：根据检测需求和检测距离选择合适的光源。
例如，检测距离在5米以内，选择红外线LED灯作为光源；检测距离超过5米，选择雷达等其他光源。
3. 选择接收器：根据光源和检测目标的特点选择合适的接收器。
例如，对于红外线LED光源，选择光电二极管作为接收器。
4. 设计处理电路：根据接收到的信号进行放大、滤波、计算等处理，一般使用微处理器、模拟电路等器件。
这一步骤需要根据实际应用需求进行详细设计，确保检测系统的稳定性和可靠性。
5. 设计显示器件：将处理后的信号输出，一般使用LED灯等显示器件。
该步骤需要将处理后的信号进行转换，输出到LED灯等显示器件上。
三、系统制作要点1. 光源和接收器的布放：将光源和接收器安装在一个平面上，并且保证光源和接收器之间的距离要适当。
同时要将光源和接收器的距离对称放置，以保证信号的稳定性。
2. 处理电路的设计：承担着光电传感器检测系统中的重要组成部分，如果处理电路出现问题，将会影响整个系统的工作状态。
基于光电传感器的转速测量系统设计
基于光电传感器的转速测量系统设计光电传感器是一种常用于转速测量的传感器，它能够通过感知物体的运动而产生电信号。
基于光电传感器的转速测量系统设计主要包括传感器的选择和安装、信号处理电路的设计以及数据显示和记录等方面。
首先，传感器的选择和安装非常关键。
根据测量需求和环境条件，选择适合的光电传感器。
一般来说，旋转物体上安装一对光电传感器，通过测量旋转物体上反射的光电信号的变化来计算转速。
传感器的安装位置应该使得光线能够正常照射到旋转物体上，并且避免其他干扰光线的干扰。
其次，信号处理电路的设计是转速测量系统设计的核心。
传感器输出的光电信号通常是脉冲信号，需要通过信号处理电路转换为方便处理的电压或电流信号。
常用的信号处理电路包括信号放大电路、滤波电路和计数电路。
信号放大电路将传感器输出的脉冲信号放大到适合测量范围的电压或电流范围；滤波电路去除噪声干扰，使得测量信号更加稳定和准确；计数电路计算单位时间内脉冲信号的数量，从而计算出转速。
最后，数据显示和记录是转速测量系统设计的最后一步。
通过数字显示仪表或者计算机界面显示测量结果，并且可以进行数据记录和存储。
可以根据实际需求选择合适的数据显示和记录方式，比如使用串口通信将数据传输到计算机上进行处理和存储。
总体来说，基于光电传感器的转速测量系统设计需要考虑传感器的选择和安装、信号处理电路的设计以及数据显示和记录等方面。
在设计过程中，应根据实际需求合理选择传感器和设计适应的信号处理电路，以确保转速测量系统的准确性和稳定性。
传感器设计方案2024
引言概述：传感器设计方案是在物联网和智能系统中起关键作用的一部分。
传感器作为感知物理环境并将其转化为可量化信号的设备，广泛应用于工业、农业、医疗、交通等领域。
本文将深入探讨传感器设计的关键方案和技术，以便为读者提供了解传感器设计过程的详细信息。
正文内容：一、传感器类型的选择1.1传感器的分类和特点1.2传感器应用领域的需求分析1.3选择合适的传感器类型1.4传感器性能参数的评估1.5传感器成本和可靠性的考虑二、传感器材料和制造工艺2.1传感器材料的选择2.2材料制备和特性测试2.3制造工艺的选择2.4传感器的封装和保护措施2.5制造成本和可扩展性的评估三、传感器电路设计3.1传感器信号的放大与处理3.2传感器电源电路设计3.3信号滤波和噪声抑制3.4传感器与控制单元的接口设计3.5电路的可靠性和功耗的考虑四、传感器数据的采集与处理4.1传感器数据采集系统设计4.2数据传输和存储策略4.3数据的处理算法和模型4.4实时监测与反馈控制4.5数据安全和隐私保护的考虑五、传感器系统的测试和验证5.1传感器系统的功能测试5.2传感器性能参数的实验验证5.3环境适应性和稳定性测试5.4传感器系统的可靠性和安全性评估5.5系统修正和优化策略总结：传感器设计方案是一个涉及多个领域知识和技术的复杂过程。
选择适合应用场景的传感器类型和材料、合理设计传感器电路、科学采集和处理传感器数据以及全面测试和验证传感器系统的性能，是确保传感器系统可靠运行的关键。
通过本文的讨论，读者能够获得传感器设计的基本原则和技术要点，以便更好地应用于实际工程中，并不断完善和优化传感器系统的性能。
传感器系统设计方案
传感器系统设计方案一、引言随着物联网技术的发展，传感器系统在现代社会中的应用越来越广泛。
传感器系统可以感知环境中的各种物理量，并将感知到的信息传输给其他系统进行分析和处理。
本文将设计一个传感器系统，用于监测室内环境的温度、湿度和光照强度，以及室外环境的气压和降雨情况。
二、系统硬件设计1.传感器选择根据监测要求，选择合适的传感器。
温度和湿度可以使用DHT11传感器，光照强度可以使用光敏电阻传感器，气压可以使用BMP280传感器，降雨情况可以使用雨水传感器。
2.控制器选择选择适合的控制器来获取传感器数据和进行数据处理。
可以选择Arduino、Raspberry Pi等开发板作为控制器。
3.通信模块选择选择合适的通信模块将传感器数据传输给其他系统。
可以选择Wi-Fi模块、蓝牙模块或者LoRaWAN模块等。
4.电源设计根据系统使用的电压和电流要求，选择适当的电源模块或者电池供电。
三、系统软件设计1.传感器控制和数据读取使用控制器通过传感器库函数或者自定义的代码来控制传感器进行数据读取。
2.数据处理和存储对传感器读取的原始数据进行处理和转换，将其转换为可理解和处理的数据形式。
可以使用Arduino或者Raspberry Pi上的编程语言来实现数据处理。
将数据存储到本地或者远程数据库中。
3.数据传输和远程访问使用选定的通信模块将处理后的数据传输给其他系统或者服务器。
可以通过HTTP协议、MQTT协议或者自定义的数据传输协议来实现数据传输。
同时，可以实现远程访问，通过互联网访问传感器系统并获取实时数据。
四、系统部署和安装根据实际的场景需求，部署传感器系统并进行安装和调试。
选择合适的位置安装传感器，并通过连接线将传感器与控制器相连。
设置合适的传感器采样周期，保证系统能够实时监测环境变化。
五、系统测试与优化1.功能测试：检查传感器系统的各项功能是否正常工作，包括传感器数据读取、数据处理、数据传输和远程访问等。
2.性能测试：测试传感器系统在不同环境条件下的性能表现，例如传感器数据的准确性和响应时间等。
基于传感器的压力液位检测系统设计
基于传感器的压力液位检测系统设计简介本文档旨在介绍一种基于传感器的压力液位检测系统的设计。
设计目标该系统的设计目标包括但不限于以下几点：- 实时监测液体的压力和液位；- 提供可靠的数据，以便用户能够准确了解液体的状态；- 高度精度和稳定性；- 易于安装和使用。
系统组成该压力液位检测系统主要由以下几个组件组成：1. 压力传感器：用于测量液体的压力，并将其转化为电信号；2. 液位传感器：用于测量液体的液位，并将其转化为电信号；3. 控制器：接收传感器转化的电信号，并进行处理和分析，以得出液体的压力和液位数据；4. 显示屏：用于显示液体的压力和液位数据，使用户能够直观地了解液体的状态；5. 电源供应：提供系统所需的电力。
工作原理该系统的工作原理如下：1. 压力传感器通过测量液体对其施加的压力，将其转化为相应的电信号；2. 液位传感器通过测量液体的液位高度，将其转化为相应的电信号；3. 控制器接收传感器传来的电信号，并根据预设的算法对其进行处理和分析，从而得出液体的压力和液位数据；4. 显示屏将处理后的数据展示给用户，使其能够直观地了解液体的状态。
实施步骤下面是设计该系统的一般实施步骤：1. 进行需求分析，明确系统的设计目标；2. 选择合适的压力传感器和液位传感器，确保其满足系统要求；3. 设计并实现传感器与控制器之间的连接和数据传输；4. 开发控制器的算法和逻辑，确保准确地计算出液体的压力和液位数据；5. 连接显示屏和控制器，并确保其正常工作；6. 进行系统测试和调试，确保其稳定性和精确性；7. 完成系统的安装和部署，并提供使用说明。
总结基于传感器的压力液位检测系统设计是一个复杂而具有挑战性的任务，但通过合理的规划和实施，我们可以实现高精度和可靠的液体状态监测。
该系统的设计目标、组成和工作原理在本文档中得到了详细阐述，并提供了一般的实施步骤。
希望本文档能为设计和开发基于传感器的压力液位检测系统提供一定的指导和帮助。
基于超声波传感器的测距系统设计课程设计说明书（可编辑）
基于超声波传感器的测距系统设计课程设计说明书课程设计说明书成绩题目基于超声波传感器的测距系统设计课程名称检测技术及系统课程设计1.课程设计应达到的目的通过对本课程的设计,使学生掌握常见被测量的检测原理、方法和技术,了解国内外对这些工程量进行测控的系统组建原理,通过对检测系统的设计与分析,增强学生理解和运用所学知识来解决实际问题的能力,逐步掌握根据具体测控要求、性能指标设计出先进测控系统的方法和技术。
2.课程设计题目及要求题目:基于超声波传感器的测距系统设计要求:(1)测距范围:0~200mm,测距精度:±1mm;(2)根据题意,明确测距系统性能指标及系统能完成的功能;(3)根据系统要求,选择合适的传感器;(4)设计传感器测量电路;(5)选择单片机的品种、型号,设计单片机的外围测量电路;(6)计算有关的电路参数,有条件的情况下,根据实验室现有设备进行实验数据的测取,明确测量电路输出与被测非电量的关系;(7)画出系统原理框图(此部分放在说明书的开始);(8)画出系统电路图,最好用PROTEL画;(9)在说明书中详细说明本系统工作原理。
3.课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求〕给出设计说明书一份;有条件的情况下尽量给出必要的实验数据;在说明书中附上完整的系统电路原理图(手画或用PROTEL画)。
4.主要参考文献李现明,吴皓编著.自动检测技术.北京:机械工业出版社,2009徐仁贵.单片微型计算机应用技术.北京:机械工业出版社.2001陈爱弟.Protel99实用培训教程.北京:人民邮电出版社.20005.课程设计进度安排起止日期工作内容13年6月3日布置设计任务,熟悉课题,查找资料;13年6月4日结合测控对象,选择合适的传感器,理解传感器性能;13年6月5日做实验,设计传感器测量电路,选择合适的单片机,设计其外围电路;13年6月6日设计电路参数,有条件情况下,在实验室进行实验,进一步理解测量电路输入输出关系;13年6月7日继续设计论证电路参数,完善系统设计方案;13年6月8日查找资料,理解系统各部分工作原理;13年6月9日理清系统说明要点,着手设计说明书的书写;13年6月13日书写设计说明书,充分理解系统每一部分作用;13年6月14日上午完善设计说明书,准备设计答辩。
光电传感器的转速测量系统设计
课程设计报告题目：光电传感器的转速测量系统设计姓名：学号：专业班级：指导老师：目录1引言 (1)2系统组成及工作原理 (1)2.1转速测量原理 (1)2.2转速测量的一般方法 (3)2.3转速测量系统组成框图 (3)3系统硬件电路的设计 (3)3.1脉冲产生电路设计 (3)3.2光电转换及信号调理电路设计 (4)3.2.1光电传感器简介 (4)3.2.2光电转换及信号调理电路设计 (5)3.3测量系统主机部分设计 (7)3.3.1单片机 (7)3.3.2键盘显示模块设计 (9)3.3.3串行通信模块设计 (11)3.3.4电源模块设计 (12)4系统软件设计 (13)4.1程序模块设计 (13)4.2数据处理过程 (15)4.3浮点数学运算程序 (16)5制作调试 (16)6结果分析 (18)7参考文献 (18)1、引言随着社会经济的快速发展，转速测量成为了社会生产和日常生活中重要的测量和控制对象。
测速是工农业生产中经常遇到的问题，人们经常需要精确测量每秒钟转轴的转速，学会对电机转速的测量和显示具有重要的意义。
近年来，由于世界范围内对转速测量合理利用的日益重视，促使转速测量技术的迅速发展，各种新型的测量仪表相继问世并越来越多地得到应用。
由于技术保密，厂家不会提供详细电路图和源代码，用户很难自行进行二次开发和改进。
针对这种现状，使用光电传感器结合STC公司的STC 89C51型单片机设计的一种转速测量与控制系统。
STC 89C51单片机采用了CMOS工艺和高密度非易失性存储器技术，而且其输入/输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容，是开发该系统的适合芯片。
2 、系统组成及工作原理2.1 转速测量原理在此采用频率测量法，其测量原理为，在固定的测量时间内，计取转速传感器产生的脉冲个数，从而算出实际转速。
设固定的测量时间为Tc（min），计数器计取的脉冲个数m，假定脉冲发生器每转输出p个脉冲，对应被测转速为N（r/min），则f=pN/60Hz；另在测量时间Tc内，计取转速传感器输出的脉冲个数m应为 m=Tcf ，所以，当测得m值时，就可算出实际转速值[1]：N=60m/pTc (r/min) （1）2.2 转速测量的一般方法一般转速测量系统有以下几个部分构成，转速测量框图如图2-1所示。
基于PT100传感器的温度测量系统的设计
R=Ro(1+αT)
其中α=0.00392,Ro为100Ω(在0℃的电阻值),T为摄氏温度。因此白金作成的电阻式温度检测器,又称为PT100。
PT100是电阻式温度传感器，测温的本质其实是测量传感器的电阻，通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号，然后再将模拟信号转换成数字信号，再由处理器换算出相应温度。
具体的需求对象可以从以下几个方面进行表述：
1、在人类社会进入知识经济时代、信息技术高速发展的背景下，热电阻及其测量控制技术得到日益广泛应用，给热电阻行业的快速发展提供了良好契机。热电阻是信息产业的源头和组成部分，是信息技术的重要基础。
2、热电阻广泛应用于装备、改造传统产业的工艺流程的测量和控制，是现代化大型重点成套装备的重要组成部分，是信息化带动工业化的重要纽带。
图3.2 信号采集调理电路
根据运放的“虚短”、“虚断”作用，电压信号放大转换为可以输入A/D转换器的合适电压值。
2.3 A/D模数转换模块
2.3.1 ICL7135功能介绍
ICL7135是一种四位半的双积分A/D转换器，可以转换出±20000个数字量选通控BCD码输出，与单片机接口十分方便。它具有精度高（相当于14位A/D转换），价格低的优点。其转换速度与时钟频率相关，每个转换周期均有：自校准（调零），正向积分（被测模拟电压积分），反向积分（基准电压积分）和过零检测四个阶段组成，其中自校准时间为10001个脉冲，正向积分时间为10001个脉冲，反向积分直至电压到零为止（最大不超过20001个脉冲）。故设计者可以采用从正向积分开始计数脉冲个数，到反向积分为零时停止计数。将计数的脉冲个数减10000，即得到对应的模拟量。具体电路如图2.3所示。
基于应变式传感器的智能测控系统设计
基于应变式传感器的智能测控系统是一种利用应变传感器实时监测物体应变情况，通过数据采集与处理实现智能化测量和控制的系统。
本文将详细介绍基于应变式传感器的智能测控系统的设计方案，包括系统原理、结构和实施步骤。
一、设计原理基于应变式传感器的智能测控系统的设计原理主要包括应变检测、数据采集、信号处理和控制策略实施四个方面。
系统通过应变传感器实时监测物体的应变情况，将检测到的信号转换为数字信号，经过信号处理和控制算法实现对被测对象的智能化测量和控制。
二、系统结构1. 应变传感器模块：负责检测物体的应变情况，将应变信号转换为电信号输出。
2. 数据采集模块：将传感器输出的模拟信号采集并转换为数字信号，传输给FPGA进行处理。
3. FPGA处理模块：作为系统的核心处理器，接收并处理采集到的数据，并实施控制算法。
4. 控制执行模块：根据FPGA处理结果，输出控制信号控制执行机构，实现对被测对象的控制。
5. 通信模块**：提供与外部设备通信的接口，可实现数据传输和远程控制。
三、系统功能1. 应变检测：实时监测物体的应变情况，获取准确的应变数据。
2. 数据采集：将应变传感器输出的模拟信号转换为数字信号，提高数据精度和稳定性。
3. 信号处理：对采集到的数据进行处理和滤波，提取有效信息，减小噪声干扰。
4. 控制策略：根据实际需求设计合理的控制算法，实现对物体的智能控制。
5. 远程监控：通过通信模块实现数据传输，实现对被测对象的远程监控和控制。
四、实施步骤1. 传感器选型：选择适合的应变传感器，考虑测量范围、精度和稳定性等因素。
2. 传感器安装：将应变传感器安装在被测物体上，保证传感器与物体接触良好。
3. 数据采集设计：设计数据采集电路，将传感器输出的模拟信号转换为数字信号。
4. FPGA程序设计：编写FPGA程序，包括数据处理算法和控制策略设计。
5. 硬件连接：按照设计需求，连接传感器模块、数据采集模块、FPGA 处理模块和控制执行模块。
传感器系统设计方案
传感器系统设计方案一、引言传感器是一种能够将被测量的物理量转化为电信号的装置或设备。
传感器在自动化系统中起着关键的作用，能够实时监测、控制和反馈被测量的物理量，从而实现自动化控制和智能化运作。
本文将介绍一个传感器系统的设计方案，逐步介绍系统的组成部分和设计原则。
二、系统组成部分一个典型的传感器系统包括以下几个组成部分：1.传感器：传感器是系统中最核心的部分，通过感知被测量物理量的变化，并将其转换为电信号。
传感器的选择应根据被测量的物理量类型，精度要求和环境条件进行合理选择。
2.信号调理电路：传感器输出的信号通常较弱，需要进行放大、滤波和校正等处理。
信号调理电路能够提高信号的可靠性和稳定性，确保信号的准确性和可靠性。
3.信号处理器：信号处理器负责接收和处理传感器输出的电信号。
它可以进行数据采集、滤波、数据处理和判断等操作。
信号处理器还可以与其他系统进行通信，实现数据的传输和控制。
4.数据存储器：数据存储器用于存储传感器系统采集到的数据。
可以采用硬盘、闪存、存储卡等媒介，具体选择应根据系统的存储容量和数据访问速度进行合理选择。
5.显示器/人机界面：显示器用于显示传感器系统采集到的数据和状态信息。
人机界面可以通过按键、触摸屏等形式与系统进行交互，实现参数设置、报警处理和故障诊断等功能。
6.供电系统：传感器系统需要稳定的供电保证正常工作。
可以采用电池、电源适配器等供电方式，确保系统工作的可靠性和稳定性。
7.外设接口：传感器系统还需要提供一些外设接口，用于连接其他设备和系统。
例如串口、以太网接口等，方便数据传输和系统联网。
三、设计原则在传感器系统的设计过程中，应遵循以下几个原则：1.准确性：传感器系统的设计应追求高精度和准确性。
选择合适的传感器，合理设置信号调理电路和信号处理器，提高数据的准确性和稳定性。
2.可靠性：传感器系统应具备较高的可靠性，能够在不良环境条件下正常工作。
选择品质可靠的传感器和电子元件，进行严格的工艺和品质控制，确保系统长期稳定运行。
传感器系统设计方案
传感器系统设计方案一、引言传感器系统是一种将传感器与数据处理技术相结合的技术系统，用于实时监测、感知和控制各种物理量、化学量或环境参数的变化。
传感器系统广泛应用于工业生产、环境监测、交通管理、医疗健康等领域，并且呈现出快速发展的趋势。
本文将以室内环境监测系统为例，介绍传感器系统的设计方案。
二、需求分析室内环境监测系统需要进行室内温度、湿度、光照强度和空气质量等参数的实时监测，并能够及时报警和控制。
具体需求如下：1.温度监测：实时监测室内温度，并通过界面显示温度变化曲线。
2.湿度监测：实时监测室内湿度，并通过界面显示湿度变化曲线。
3.光照强度监测：实时监测室内光照强度，并通过界面显示光照变化曲线。
4.空气质量监测：实时监测室内空气质量，并通过界面显示空气质量指数。
5.报警和控制功能：当温度、湿度、光照强度或空气质量超过设定阈值时，及时报警并进行自动控制，如启动空调调节温度。
三、系统设计1.传感器选择：根据需求，选择温度传感器、湿度传感器、光照传感器和空气质量传感器。
对于温度和湿度传感器，可以选择数字式传感器，如DHT11或DHT22；对于光照传感器，可以选择光敏电阻传感器；对于空气质量传感器，可以选择VOC传感器。
2. 数据采集与处理：通过单片机或微处理器，对传感器采集到的模拟信号进行模数转换，并进行数据处理、滤波和校正。
可以选择Arduino或STM32等硬件平台。
3.数据存储与传输：将处理后的数据存储到存储器中，并通过无线通信方式将数据传输到上位机或云平台。
可以选择使用SD卡或EEPROM作为数据存储介质，使用Wi-Fi或蓝牙模块进行数据传输。
4.用户界面设计：设计一个简洁易用的用户界面，可以实时显示温度、湿度、光照强度和空气质量的变化曲线，并提供报警和控制功能。
可以使用LCD显示屏或液晶显示屏作为界面的输出设备。
5.报警和控制功能：当温度、湿度、光照强度或空气质量超过设定阈值时，触发报警功能，并发送报警信息到相关人员。
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课程设计说明书学生姓名:学号：学院:班级:题目: 传感器测量系统设计高指导教师：高敏职称: 副教授年 12 月 26 日摘要在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合，例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中，常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。
要测速，首先要解决是采样问题。
在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。
为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。
因此转速的测试具有重要的意义。
关键词：电动机，单片机，传感器，晶振电路，流程图目录1 概述 (3)1.1本课题设计的目的和意义 (3)1.2数字式转速测量系统的发展背景 (3)2 单片机 (4)2.1 单片机AT89C51介绍 (4)3 系统方案提出和论证（传感器的选择） (7)3.1 方案一霍尔传感器测量方案 (7)3.2 方案二光电传感器 (8)4 转速测量系统的原理 (9)4.1 转速测量方法 (9)4.2 转速测量原理 (9)5 系统硬件设计 (11)5.1 转速信号采集 (11)5.2 转速信号处理电路设计 (13)5.3 最小系统的设计 (14)5.3.1 复位电路（图4.8） (14)5.3.2 晶振电路 (16)5.3.3 最小系统的仿真 (17)总结 (18)参考文献 (19)1 概述1.1 本设计课题的目的和意义在工程实践中,经常会遇到各种需要测量转速的场合, 例如在发动机、电动机、卷扬机、机床主轴等旋转设备的试验、运转和控制中,常需要分时或连续测量和显示其转速及瞬时转速。
要测速，首先要解决是采样问题。
在使用模技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。
为了能精确地测量转速外,还要保证测量的实时性,要求能测得瞬时转速方法。
因此转速的测试具有重要的意义。
这次设计内容包含知识全面，对传感器测量发电机转速的不同的方法及原理设计有较多介绍，在测量系统中能学到关于测量转速的传感器采样问题，单片机部分的内容，显示部分等各个模块的通信和联调。
全面了解单片机和信号放大的具体内容。
进一步锻炼我们在信号采集，处理，显示发面的实际工作能力。
1.2 数字式转速测量系统的发展背景目前国内外测量电机转速的方法很多，按照不同的理论方法，先后产生过模拟测速法(如离心式转速表、用电机转矩或者电机电枢电动势计算所得)、同步测速法(如机械式或闪光式频闪测速仪)以及计数测速法。
计数测速法又可分为机械式定时计数法和电子式定时计数法。
传统的电机转速检测多采用测速发电机或光电数字脉冲编码器，也有采用电磁式(利用电磁感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)、电容式(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)等，还有一些特殊的测速器是利用置于旋转体内的放射性材料来发生脉冲信号．其中应用最广的是光电式，光电式测系统具有低惯性、低噪声、高分辨率和高精度的优点．加之激光光源、光栅、光学码盘、CCD 器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。
而采用光电传感器的电机转速测量系统测量准确度高、采样速度快、测量范围宽和测量精度与被测转速无关等优点，具有广阔的应用前景。
2 单片机2.1 单片机AT89C51介绍A T89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机[1]。
该器件采用A TMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的A T89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
图2—1是常用的一种单片机，型号为AT89C51，它将计算机的功能都集成到这个芯片内部去了，就这么一个小小的芯片就能构成一台小型的电脑，因此叫做单片机。
图2—1 AT89C51芯片它有40个管脚，分成两排，每一排各有20个脚，其中左下角标有箭头的为第1脚，然后按逆时针方向依次为第2脚、第3脚……第40脚。
在40个管脚中，其中有32个脚可用于各种控制，比如控制小灯的亮与灭、控制电机的正转与反转、控制电梯的升与降等，这32个脚叫做单片机的“端口”，在单片机技术中，每个端口都有一个特定的名字，比如第一脚的那个端口叫做“P1.0”。
图2—2 AT89C51管脚分布●VCC：供电电压，●GND：接地。
●P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
●P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
●P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL 门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
●P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口。
P3口管脚备选功能：●P3.0 RXD（串行输入口）●P3.1 TXD（串行输出口）●P3.2 /INT0（外部中断0）●P3.3 /INT1（外部中断1）●P3.4 T0（记时器0外部输入）●P3.5 T1（记时器1外部输入）●P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）●P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）●P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
● RST：复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
●ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
●PSEN：外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
●EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
●XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
●XTAL2：来自反向振荡器的输出。
振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。
该反向放大器可以配置为片内振荡器。
石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。
有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。
在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。
在闲置模式下，CPU停止工作。
但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
3 系统方案提出和论证（传感器的选择）转速测量的方案选择,一般要考虑传感器[2]的结构、安装以及测速范围与环境条件等方面的适用性;再就是二次仪表的要求,除了显示以外还有控制、通讯和远传方面的要求。
本说明书中给出两种转速测量方案，经过查资料、构思和设计，总体电路我们有两套设计方案，部分重要模块也考虑了其它设计方法，经过分析，从实现难度、熟悉程度、器件用量等方面综合考虑，我们才最终选择了一个方案。
下面就看一下我们对两套设计方案的简要说明。
3.1 方案一：霍尔传感器测量方案霍尔传感器是利用霍尔效应进行工作的？其核心元件是根据霍尔效应原理制成的霍尔元件。
本文介绍一种泵驱动轴的转速采用霍尔转速传感器测量。
霍尔转速传感器的结构原理图如图3—1, 霍尔转速传感器的接线图如图3—2 。
传感器的定子上有2 个互相垂直的绕组A 和B, 在绕组的中心线上粘有霍尔片HA 和HB ,转子为永久磁钢,霍尔元件HA 和HB 的激励电机分别与绕组A 和B 相连,它们的霍尔电极串联后作为传感器的输出。
图3—1 霍尔转速传感器的结构原理图图3—2 霍尔转速传感器的接线图缺点：采用霍尔传感器在信号采样的时候，会出现采样不精确，因为它是靠磁性感应才采集脉冲的，使用时间长了会出现磁性变小，影响脉冲的采样精度。
3.2方案二：光电传感器整个测量系统的组成框图如图3—3所示。
从图中可见,转子由一直流调速电机驱动,可实现大转速范围内的无级调速。
转速信号由光电传感器拾取,使用时应先在转子上做好光电标记,具体办法可以是:将转子表面擦干净后用黑漆(或黑色胶布) 全部涂黑,再将一块反光材料贴在其上作为光电标记,然后将光电传感器(光电头) 固定在正对光电标记的某一适当距离处。