气压传感器课程设计论文

传感器原理与应用课程设计

专业：

设计题目：

班级：测控1042 学生姓名：学号：

指导教师：

分院院长：

教研室主任：

电气工程学院

摘要

信息处理技术取得的进展以及微处理器和计算机的高速发展，都需要在传感器的开发方面有相应的进展。微处理器现在已经在测量领域和控制系统中得到了广泛应用。随着这些系统能力的增强，作为信息采集系统的前端单元，传感器的作用越来越重要了。传感器已成为自动化系统中的关键作用，作为系统中的一个结构组成，其重要性越来越明显。

传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转成可供测量的信号。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

所以学习与掌握各种传感器的应用对于我们这类专业显得尤为重要。也是把握科技最新前沿的一条途径。

关键字：传感器，检测，自动控制

目录

第一章课程设计内容及要求 (1)

1.1 设计目的 (1)

1.2 设计内容 (1)

1.3 设计要求 (1)

1.3.1 设计要求 (1)

1.3.2 系统设计 (1)

第二章传感器选择及简介 (2)

2.1 传感器的选择 (2)

2.2 传感器工作原理 (2)

2.3 气压传感器的应用 (2)

2.4 US9111-015s简介 (3)

第三章硬件电路设计 (4)

3.1 电源电路模块 (4)

3.2气压传感器模块 (5)

3.3 信号放大模块 (5)

3.4整体的电路设计 (6)

图3-4 整体电路图 (6)

第四章硬件电路的安装调试 (7)

4.1 焊接时注意事项 (7)

4.2 电路的调试 (8)

心得体会 (9)

参考文献 (10)

附录 (11)

第一章课程设计内容及要求

第一章课程设计内容及要求

1.1设计目的

1、了解和掌握气压传感器的特点及应用。

2、掌握和应用气压传感器、放大电路在实际电路中的应用。

3、熟练的掌握焊接技术。

1.2 设计内容

1、本设计题目以US9111-015s气压传感器为主要器件进行设计，并采用分压电路进行电压输入，放大电路进行放大输出。

2、完成电路设计、器件挑选、电路焊接及系统的整体测试调试。

3、撰写课程设计报告。

1.3 设计要求

1.3.1 设计要求

1、通过上网查询完成US9111-015s传感器的电路设计。

2、挑选电路所需器件。

3、完成电路的焊接工作并调试电路。

1.3.2 系统设计

采用电阻分压和LM358进行电路放大，通过气压传感器us9111-015s 将气压信号送入后端差分放大电路，之后进行输出，将输出信号送示波器进行显示。如图1-1所示。

图1-1 系统整体方块图

第二章传感器选择及简介

2.1 传感器的选择

方案一：采用电容式压力传感器。电容式传感器具有灵敏度高、温度稳定性好等优点。由于网上购买不到，我们从血压计成品中拆出一个。但由于没有相关数据手册，在网上也找不到关于此传感器的任何信息。最终，放弃使用此传感器。

方案二：采用压力传感器US9111-015s。它是细微加工硅材料而成的传感器，也是六脚双列直插式封装的传感器。它是一种比较理想的元件，不需要补偿，而且具有低滞后性、高可靠性和稳定性。把感应到的压力信号转换为相应的电压信号，并且是线性对应的。我们采用此传感器。

2.2 传感器工作原理

一些气压传感器主要的传感元件是一个对压强敏感的薄膜，它连接了一个柔性电阻器。当被测气体的压强降低或升高时，这个薄膜变形，该电阻器的阻值将会改变。电阻器的阻值发生变化。从传感元件取得0-5V的信号电压，经过A/D转换由数据采集器接受，然后数据采集器以适当的形式把结果传送给计算机。

一些气压传感器的主要部件为变容式硅膜盒。当该变容硅膜盒外界大气压力发生变化时，单晶硅膜盒随着发生弹性变形，从而引起硅膜盒平行板电容器电容量的变化。

2.3 气压传感器的应用

对于喜欢登山的人来说，都会非常关心自己所处的高度。海拔高度的测量方法，一般常用的有2种方式，一是通过GPS全球定位系统，二是通过测出大气压，然后根据气压值计算出海拔高度。

由于受到技术和其它方面原因的限制，GPS计算海拔高度一般误差都会有十米左右，而如果在树林里或者是在悬崖下面时，有时候甚至接收不到GPS卫星信号。

而气压的方式可选择的范围会广些，而且可以把成本可以控制在比较

低的水平。另外像Galaxy Nexus等手机的气压传感器还包括温度传感器，它可以捕捉到温度来对结果进行修正，以增加测量结果的精度。

2.4 US9111-015s简介

US9111-015S是气压传感器的一种主要用于医疗设备（如血压计、止血带等）等，是一种经济实用的传感器。其内部结构为惠更斯电桥，利用电桥法来进行试验，其电压范围为3-15V。

图2-1 us9111-015s结构图

图2-2 us9111-015s内部结构及引脚功能

第三章 硬件电路设计

在得到课程设计题目，小组经过讨论设计，将整体电路分为几大版块分别进行设计，最后将采集到的大气压力通过气压传感器电路经放大输出到示波器显示。

3.1 电源电路模块

本次课程设计所用的us9111-015s 气压传感器采用恒压源供电，由于本传感器工作电压在3-15V 之间所以采用分压电路，经过R1与R2进行分压（其中电容器滤波作用）其中点1.2.3出电压相同：

2121R R V R U cc

+= (3-1)

图3-1 电路电源模块

根据上述公式，但如数据R 1=R 2=4.3k,V CC =12V ，求得U 1=6V 。