传感器项目10
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重量的砝码，然后用键盘输入对应的重量数值，再按 下挂码键，此时挂码指示灯亮，经过设定的时间，在4
位显示器上显示出标定系数K的大小。
《传感器与自动检测》
（3）自动称重功能模块 该模块将计算一次称重值和累计值，并把结果送显示。
图10.9 系统软件框图
《传感器与自动检测》
知识链接
任务3 电子汽车传感器设计
• 传统汽车仪表正朝电子化、微机化方向迅猛发展。 可以培养和提高一定的研发能力。
• 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。
《传感器与自动检测》
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。
《传感器与自动检测》
（2）挂码校正功能模块 由于电子皮带秤自身有重量，在运行过程中也难
免在皮带上残留一些物料，从而影响测量精度，因此 电子皮带秤在使用前或使用中必须进行校正，校正方 法有挂码校正和实物校正两种。
实物校正就是在现场用实际物料来校正称重比例
系数K；挂码校正就是根据量程的大小在称架上挂一定
w（t）= q（t）v（t） 皮带的总输送量为
t
W C 0 w(t)dt
《传感器与自动检测》
图10.6 单片机皮带秤工作原理图
《传感器与自动检测》
2．系统硬件设计
微机皮带秤的内部结构主要部分由主机板、显示 板、键盘板和打印机组成。
图10.7 单片机皮带秤内部结构原理图
《传感器与自动检测》
《传感器与自动检测》
图10.16 热敏电阻传感器参考电路 图10.17 PN结传感器参考电路
《传感器与自动检测》
（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。
图10.18 四端电阻法原理
《传感器与自动检测》
图10.19 大电流传感器原理
本章结束
图10.14 电阻分压取样
图10.15 恒流源电阻取压采样
《传感器与自动检测》
（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。
（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。
（8）通信接口 当需要接收上位计算机系统的控制信息或向上位计
算机系统发送数据，以及系统与系统之间进行信息交换 时，必须通过特定接口来完成，即通信接口。
《传感器与自动检测》
（9）微机总线 为实现系统标准化、系列化以及与其它标准微机设
备配套使用，需要使用规范化的总线标准。
（10）微处理器（CPU） 微处理器是微机系统的核心，可实现对整个系统的
（1）信号的放大及变换 （2）微机系统
图10.8 V/F变换电路原理图
《传感器与自动检测》
3．系统软件设计
（1）皮带秤的实际运算公式 当测速传感器和重量传感器的输出已知后，皮带秤一
次称量值和累计值计算式为
Wi K (F m) v
n
W Wi i 1
K
Wi
F
v m
K值由挂码标定或实物标定处理得来的，K值求出后即 可投入自动称重，根据计算公式求出一次称重值和累计值。
每只表的设计报告，一般应包括： ① 系统方案讨论 ② 传感器及单元电路（IC）原理简述 ③ 详细电路图 ④ 必要的计算 ⑤ 参考文献
《传感器与自动检测》
5．参考进度
① 查阅并自学常用汽车传感器资料1天。 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。 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。
2．软件设计方面的考虑 考虑微机的指令系统和软件功能。
图10.3 微机硬件选择需考虑的因素 图10.4 微机软件选择需考虑的因素
《传感器与自动检测》
图10.5 微机系统软件开发步骤
《传感器与自动检测》
知识链接
任务2 电子皮带秤设计
1．基本工作原理
皮带秤在运行中的瞬时输送量w（t）等于单位皮带 长度上的物料重量q（t）与皮带速度v（t）的乘积。即
《传感器与自动检测》
（4）采样保持器 采样就是在控制信号的作用下，将时间上连续
变化的模拟量转换为时间上断续的模拟量。由于A/D 电路对模拟量进行量化的过程需要一定时间，在这 个转换时间内应保持取样点的函数值不变才能保持 转换的精度。这种暂时保持模拟信号取样值不变的 电路，叫做采样保持器。
（5）A/D转换器 A/D转换器的作用是将模拟信号转换成数字信号。
图10.10 全电子式汽车仪表的基本组成
《传感器与自动检测》
3．设计要求
基本题： 车速表、里程表、油量表、油压表、水温表、电流表
发挥题： 车内外气温表、 无接触（免软轴连接）式车速里程传感器及其配套表
设计、 自行设计一种高精度车速里程表传感Baidu Nhomakorabea、 倒车防撞报警仪
《传感器与自动检测》
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。
转换器的位数决定了信号转换的精确度，其转换速 度也决定了检测系统的采样速度。
《传感器与自动检测》
（6）外设接口 通过外设接口，微处理器将数据向系统外输出，以
实现显示、打印记录和绘图等工作。
（7）D/A转换器 与A/D转换器的作用相反，D/A转换器的作用是实
现数字量到模拟量的转换，即把微处理器处理后的数字 量转换成模拟量后，去控制执行机构或其它模拟设备的 动作。
管理，包括输入通道、输出通道、信息通信等的管理， 进行采样数据的运算和处理，提供各种智能化、自动化 操作功能等。
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2．系统的基本功能
微机化自动检测系统包括硬件和软件两个 部分，系统的功能不仅由硬件体现出来，而且 许多功能是靠系统软件实现的。系统软件设计 的好坏很大程度上决定了整个系统功能的优劣。 系统软件是CPU进行运算、数据处理、逻辑判 断以及各种自动操作的依据。
（1）数据处理功能 （2）系统的智能化与自动化功能 （3）系统的输出与人机对话功能
《传感器与自动检测》
10.1.2 微处理机系统及其性能的确定
1．主机的选择要点 选用现成的微机系统组成检测系统的主机 选用单片机或用微处理器芯片组成专用系统
2．主机的字长选择 主机字长越长，意味着主机的运算和控制能力愈强，
《传感器与自动检测》
6．设计提示
（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。 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。
《传感器与自动检测》
图10.11 光电式传感器测速原理
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。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。
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1．课程设计目的
• 通过检测温度、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；
此外，键盘和操作显示面板是人机对话的纽带，它 的主要任务是打印和显示结果，根据工艺要求修改监测 点或控制点参数，设置越限或故障报警，选择工作方式， 实现手动/自动无扰切换等。所以必须设置一些按键或开 关并通过接口与主机相连接。
《传感器与自动检测》
图10.2 微机化系统设计的一般步骤
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能否进行灵活控制的关键 5．负载驱动能力的确定
在构成一个完整的系统时，要考虑微处理器输出端 的电平和驱动电流的大小，这些参数决定了系统需要多 少缓冲电路芯片。 6．系统功耗考虑
一般TTL微处理器功耗较大，NMOS电路功耗居中， CMOS功耗最小。此外，系统字长越长、时钟频率越高， 系统的功耗越大。
《传感器与自动检测》
《传感器与自动检测》
项目10 自动检测系统设计
学
技能目标
能运用所学知识对简单的微机化自动检测系统
习 进行设计
目
能按教学要求进行课程设计并完成设计报告
知识目标
标
了解微机化自动检测系统的基本构成和功能
了解微机化自动检测系统设计的一般原则
《传感器与自动检测》
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任务1 自动检测系统设计
10.1.1 系统的基本构成与功能 1．系统的基本构成
定的干扰信号。通过放大器可将弱电信号进行放大， 同时对传感器的输出信号进行滤波，减小干扰和进 行阻抗变换等。
（3）多路模拟开关 数据采集系统中通常要对多个不同的物理量进
行检测，为减少检测通道的设备，可采用巡回检测 的方法使用公共A/D转换器，即各通道的物理量经传 感器变换后，由多路模拟开关按时间顺序巡回接通 A/D转换器，以便进行转换。
但成本较高。微处理器的字长有4位、8位、16位和32位。 3．处理速度的确定
处理速度是指主机执行应用程序时的速度，取决于微 处理器的时钟周期、执行一条指令所需的周期数和指令系 统的结构。一般情况下，时钟周期越短，执行的速度越快。
《传感器与自动检测》
4．中断系统的选择 一个微处理器中断方式的种类多少是决定该系统
10.1.3 微机化系统设计的一般原则
1．硬件设计方面的考虑 硬件设计的主要任务是I/O设备的选择，包括并行接
口、串行接口、定时器、A/D与D/A转换接口及总线标准 等方面。除了通用的I/O设备选择外，还有对自行设计接 口电路中的逻辑部件的选择，包括各类锁存器、译码器、 逻辑门电路、驱动器及各种逻辑控制电路等。
图10.12 车速表原理图
《传感器与自动检测》
（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10.13 里程表原理图
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（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。
油量显示可采用 电阻分压取样和恒流 源电阻取压采样等。
（1）传感器 传感器的功能是把各种非电物理量变换成电信号，
以便进行数据采集，传感器输出与输入的关系要求 尽可能是线性的。传感器是检测系统的关键部分， 其精确度决定了系统的精确度。
《传感器与自动检测》
图10.1 微机化自动检测系统原理框图
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（2）放大器 传感器的输出信号通常比较微弱，且包含了一
位显示器上显示出标定系数K的大小。
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（3）自动称重功能模块 该模块将计算一次称重值和累计值，并把结果送显示。
图10.9 系统软件框图
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任务3 电子汽车传感器设计
• 传统汽车仪表正朝电子化、微机化方向迅猛发展。 可以培养和提高一定的研发能力。
• 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。
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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。
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（2）挂码校正功能模块 由于电子皮带秤自身有重量，在运行过程中也难
免在皮带上残留一些物料，从而影响测量精度，因此 电子皮带秤在使用前或使用中必须进行校正，校正方 法有挂码校正和实物校正两种。
实物校正就是在现场用实际物料来校正称重比例
系数K；挂码校正就是根据量程的大小在称架上挂一定
w（t）= q（t）v（t） 皮带的总输送量为
t
W C 0 w(t)dt
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图10.6 单片机皮带秤工作原理图
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2．系统硬件设计
微机皮带秤的内部结构主要部分由主机板、显示 板、键盘板和打印机组成。
图10.7 单片机皮带秤内部结构原理图
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图10.16 热敏电阻传感器参考电路 图10.17 PN结传感器参考电路
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（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。
图10.18 四端电阻法原理
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图10.19 大电流传感器原理
本章结束
图10.14 电阻分压取样
图10.15 恒流源电阻取压采样
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（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。
（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。
（8）通信接口 当需要接收上位计算机系统的控制信息或向上位计
算机系统发送数据，以及系统与系统之间进行信息交换 时，必须通过特定接口来完成，即通信接口。
《传感器与自动检测》
（9）微机总线 为实现系统标准化、系列化以及与其它标准微机设
备配套使用，需要使用规范化的总线标准。
（10）微处理器（CPU） 微处理器是微机系统的核心，可实现对整个系统的
（1）信号的放大及变换 （2）微机系统
图10.8 V/F变换电路原理图
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3．系统软件设计
（1）皮带秤的实际运算公式 当测速传感器和重量传感器的输出已知后，皮带秤一
次称量值和累计值计算式为
Wi K (F m) v
n
W Wi i 1
K
Wi
F
v m
K值由挂码标定或实物标定处理得来的，K值求出后即 可投入自动称重，根据计算公式求出一次称重值和累计值。
每只表的设计报告，一般应包括： ① 系统方案讨论 ② 传感器及单元电路（IC）原理简述 ③ 详细电路图 ④ 必要的计算 ⑤ 参考文献
《传感器与自动检测》
5．参考进度
① 查阅并自学常用汽车传感器资料1天。 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。 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。
2．软件设计方面的考虑 考虑微机的指令系统和软件功能。
图10.3 微机硬件选择需考虑的因素 图10.4 微机软件选择需考虑的因素
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图10.5 微机系统软件开发步骤
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任务2 电子皮带秤设计
1．基本工作原理
皮带秤在运行中的瞬时输送量w（t）等于单位皮带 长度上的物料重量q（t）与皮带速度v（t）的乘积。即
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（4）采样保持器 采样就是在控制信号的作用下，将时间上连续
变化的模拟量转换为时间上断续的模拟量。由于A/D 电路对模拟量进行量化的过程需要一定时间，在这 个转换时间内应保持取样点的函数值不变才能保持 转换的精度。这种暂时保持模拟信号取样值不变的 电路，叫做采样保持器。
（5）A/D转换器 A/D转换器的作用是将模拟信号转换成数字信号。
图10.10 全电子式汽车仪表的基本组成
《传感器与自动检测》
3．设计要求
基本题： 车速表、里程表、油量表、油压表、水温表、电流表
发挥题： 车内外气温表、 无接触（免软轴连接）式车速里程传感器及其配套表
设计、 自行设计一种高精度车速里程表传感Baidu Nhomakorabea、 倒车防撞报警仪
《传感器与自动检测》
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。
转换器的位数决定了信号转换的精确度，其转换速 度也决定了检测系统的采样速度。
《传感器与自动检测》
（6）外设接口 通过外设接口，微处理器将数据向系统外输出，以
实现显示、打印记录和绘图等工作。
（7）D/A转换器 与A/D转换器的作用相反，D/A转换器的作用是实
现数字量到模拟量的转换，即把微处理器处理后的数字 量转换成模拟量后，去控制执行机构或其它模拟设备的 动作。
管理，包括输入通道、输出通道、信息通信等的管理， 进行采样数据的运算和处理，提供各种智能化、自动化 操作功能等。
《传感器与自动检测》
2．系统的基本功能
微机化自动检测系统包括硬件和软件两个 部分，系统的功能不仅由硬件体现出来，而且 许多功能是靠系统软件实现的。系统软件设计 的好坏很大程度上决定了整个系统功能的优劣。 系统软件是CPU进行运算、数据处理、逻辑判 断以及各种自动操作的依据。
（1）数据处理功能 （2）系统的智能化与自动化功能 （3）系统的输出与人机对话功能
《传感器与自动检测》
10.1.2 微处理机系统及其性能的确定
1．主机的选择要点 选用现成的微机系统组成检测系统的主机 选用单片机或用微处理器芯片组成专用系统
2．主机的字长选择 主机字长越长，意味着主机的运算和控制能力愈强，
《传感器与自动检测》
6．设计提示
（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。 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。
《传感器与自动检测》
图10.11 光电式传感器测速原理
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。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。
《传感器与自动检测》
1．课程设计目的
• 通过检测温度、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；
此外，键盘和操作显示面板是人机对话的纽带，它 的主要任务是打印和显示结果，根据工艺要求修改监测 点或控制点参数，设置越限或故障报警，选择工作方式， 实现手动/自动无扰切换等。所以必须设置一些按键或开 关并通过接口与主机相连接。
《传感器与自动检测》
图10.2 微机化系统设计的一般步骤
《传感器与自动检测》
能否进行灵活控制的关键 5．负载驱动能力的确定
在构成一个完整的系统时，要考虑微处理器输出端 的电平和驱动电流的大小，这些参数决定了系统需要多 少缓冲电路芯片。 6．系统功耗考虑
一般TTL微处理器功耗较大，NMOS电路功耗居中， CMOS功耗最小。此外，系统字长越长、时钟频率越高， 系统的功耗越大。
《传感器与自动检测》
《传感器与自动检测》
项目10 自动检测系统设计
学
技能目标
能运用所学知识对简单的微机化自动检测系统
习 进行设计
目
能按教学要求进行课程设计并完成设计报告
知识目标
标
了解微机化自动检测系统的基本构成和功能
了解微机化自动检测系统设计的一般原则
《传感器与自动检测》
知识链接
任务1 自动检测系统设计
10.1.1 系统的基本构成与功能 1．系统的基本构成
定的干扰信号。通过放大器可将弱电信号进行放大， 同时对传感器的输出信号进行滤波，减小干扰和进 行阻抗变换等。
（3）多路模拟开关 数据采集系统中通常要对多个不同的物理量进
行检测，为减少检测通道的设备，可采用巡回检测 的方法使用公共A/D转换器，即各通道的物理量经传 感器变换后，由多路模拟开关按时间顺序巡回接通 A/D转换器，以便进行转换。
但成本较高。微处理器的字长有4位、8位、16位和32位。 3．处理速度的确定
处理速度是指主机执行应用程序时的速度，取决于微 处理器的时钟周期、执行一条指令所需的周期数和指令系 统的结构。一般情况下，时钟周期越短，执行的速度越快。
《传感器与自动检测》
4．中断系统的选择 一个微处理器中断方式的种类多少是决定该系统
10.1.3 微机化系统设计的一般原则
1．硬件设计方面的考虑 硬件设计的主要任务是I/O设备的选择，包括并行接
口、串行接口、定时器、A/D与D/A转换接口及总线标准 等方面。除了通用的I/O设备选择外，还有对自行设计接 口电路中的逻辑部件的选择，包括各类锁存器、译码器、 逻辑门电路、驱动器及各种逻辑控制电路等。
图10.12 车速表原理图
《传感器与自动检测》
（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10.13 里程表原理图
《传感器与自动检测》
（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。
油量显示可采用 电阻分压取样和恒流 源电阻取压采样等。
（1）传感器 传感器的功能是把各种非电物理量变换成电信号，
以便进行数据采集，传感器输出与输入的关系要求 尽可能是线性的。传感器是检测系统的关键部分， 其精确度决定了系统的精确度。
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图10.1 微机化自动检测系统原理框图
《传感器与自动检测》
（2）放大器 传感器的输出信号通常比较微弱，且包含了一