课程设计——基于温度传感器的采样

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。

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：

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ΔE g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R L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