汽车电子工业中传感器的应用研究

本科毕业设计题 目 汽车电子工业中传感器的应用研究 学生姓名 李 志 杰 专业名称 电气工程及其自动化 指导教师 韩 芝 侠 2015 年 5 月 15 日教学单位 电子电气工程学院 学生学号 201195014073 编 号 DQ2015DQ073 目录一、设计正文 .（1）二、附录 .（1）1.设计开题 .（21）2.设计结题报告 .（22）3.成绩评定及答辩报告表 .（23）I摘要：传感器在汽车中的应用非常重要，有了它，汽车变得不仅仅是一辆会行驶的铁皮，而是有感应的更智能的交通工具。汽车传感器的技术水平代表了这辆车的电子化技术水平，它是研究汽车电子技术的核心部分。一辆豪华的的高配轿车一般装有几百只各种类型的传感器，而一辆普通的低配汽车上只有几十个传感器，由此可见，传感器的数量和性能代表着现代汽车电子系统的性能。汽车上的传感器技术目前在国内外已经获得了高度重视，汽车的智能化电子化技术越发达，就越依赖传感器的技术水平。本文就传感器在汽车上的应用技术进行了较全面的讨论，对汽车传感器进行了简要概括，包括它的作用和分类的介绍，并针对传感器在汽车上不同功能的应用了进行了简单原理的介绍。而本文的主要内容是介绍了三种应用在汽车上的传感器：发动机传感器、测速传感器和红外反射式雨量传感器。其中对于发动机传感器进行了简单的介绍，对基于磁敏传感器的测速装置进行了简单的设计，包括它的基本工作原理和结构组成。而对红外反射式雨量传感器的设计进行了较详细的研究，包括其工作原理，光路结构的设计和硬件电路的设计。关键词：汽车发动机传感器；测速传感器；红外反射式雨量传感器；TK1838；PIC16F87IIApplication research on new type of sensor in automotive electronics industryAbstract Sensors in the car is very important, with it, the car will become not just a travel iron, but a more intelligent vehicles induction. Automotive sensor technology represents the cars electronic technical level, it is a core part of research automotive electronic technology. High with a luxury car equipped with hundreds of ships of various types of sensors, but on an ordinary low with only a few dozen cars sensor, it shows that the number and performance of the sensor represents a modern automotive electronic systems performance. Sensor technology is currently in the car has received great attention at home and abroad, the cars intelligent electronic technology more developed, the more dependent on technology level sensors.This article describes the application of sensor technology in the car for a more comprehensive discussion of automotive sensors are briefly summarized, including the introduction of its role and classification, and sensors for automotive applications in the different functions of a simple principle . The main content of this paper is to introduce the three sensors in automotive applications: an engine sensor, speed sensor and an infrared reflective rain sensor. Wherein the engine sensors for a simple introduction, based on the speed of magnetic sensor device for a simple design, including its basic principle and structure. The design reflected infrared rain sensor for a more detailed study, including its working principle, the optical structure design and hardware design.Key words： The sensor; Automobile engine sensor; Speed sensor; The infrared reflection sensor；TK1838；PIC16F87目 录1 绪论 .(1)1.1 课题研究的背景及意义 .(1)1.2 汽车传感器的概述 .(1)1.2.1 汽车传感器的作用 .(1)1.2.2 汽车传感器的分类 .(2)2 汽车发动机传感器 .(4)2.1 发动机温度传感器 .(4)2.2 发动机压力传感器 .(4)2.3 发动机流量传感器 .(4)2.4 发动机位置和转速传感器 .(5)2.5 发动机爆震传感器 .(5)3 汽车测速传感器 .(6)3.1 磁敏传感器的简介 .(6)3.2 磁敏传感器的基本原理 .(6)3.3 磁敏传感器的基本组成 .(6)4 汽车雨量传感器 .(7)4.1 红外反射式雨量传感器的简介 .(7)4.2 红外反射式雨量传感器的工作原理 .(8)4.3 红外反射式雨量传感器的探测光路 .(9)4.4 红外反射式雨量传感器的设计 .(9)4.4.1 红外发射电路 .(10)4.4.2 红外接收电路 .(11)4.4.3 PIC16F87 单片机介绍 .(11)4.4.4 PIC 单片机控制电路 .(12)5 其他传感器的应用 .(14)5.1 酒精检测 .(14)5.2 胎压检测 .(14)5.3 悬架用传感器 .(14)5.4 系统传感器 .(14)5.5 ABS 传感器 .(14)6 汽车传感器的发展趋势 .(16)结 语 .(17)参考文献 .(18)谢 辞 .(19)11 绪论1.1 课题研究的背景及意义汽车传感器是汽车行业电子系统中的最重要的部分，是研究汽车电子技术的关键核心，代表了汽车电子化自动化程度的高低。伴随着社会科技水平的不断提升，汽车对传感器技术水平的要求也会日益提高。汽车上的传感器大多安置在汽车的底盘系统、车身系统、发动机控制系统和导航系统中。一辆豪华的的高配轿车一般装有几百只各种类型的传感器，而一辆普通的低配汽车上只有几十个传感器，由此可见，传感器的数量和性能代表着现代汽车电子系统的性能。传感器在汽车上的应用技术已经被国内外高度重视，汽车的只能化电子化技术越发达，就越依赖传感器。传统的老式车用传感器在汽车上的应用都非常局限，它们体积笨重，成本还高，故障率高，使用起来也不方便。现如今，微电子技术水平越来越成熟，它是基于半导体集成电路技术发展起来的新型技术。基于微电子技术的新型传感器是目前发展最迅速最成功的且最实用的微电子产品，这些微型传感器的面积大多在 1mm2 以下，比如微型磁场传感器、微型温度传感器、微型气体传感器等等 1。它们都有体积小，使用灵活，功能强大、便于大批量成产，成本低等特点，能够实现许多传统的传感器实现不了的全新的功能，它们成产精度高，易形成大规模和多功能阵列生产，非常适合应用在汽车领域，有着广阔的发展前景。1.2 汽车传感器的概述1.2.1 汽车传感器的作用传感器是一种实现检测功能的装置，是自动检测控制系统中的重要部分，它能把外界非电信息，以一定的形式转换成可用的电信号输出，它一般由敏感器、传感元件和转换电路构成 2。 传感器应用在汽车上是用来检测车辆各个部分的状态信号，它是车辆电子控制系统的信号输入装置， 能够将外界环境、车速、发动机性能等汽车运行中各个部分的信息实时反馈给驾驶员或者转化成电信号送到计算机进行处理器，再对车辆的各个参数进行调整，让汽车处于安全的运转状态。汽车传感器能够对各种类型的非电信号进行及时检测反馈和控制。因为汽车内的信号种类复杂2繁多，汽车传感器必须要稳定，能够在- 40 +150 的温度区间内正常工作，并要有良好的抗干扰和抗震动能力，精度高，响应迅速，不易算坏，可靠性好。1.2.2 汽车传感器的分类1. 按构成原理分类传感器若按照构成原理分类，可分为两种类型即物理型和结构型。物理型在汽车上应用的传感器比如温度传感器，它会根据被测对象的温度的大小自动反馈一个电信号即调整输出回路的电阻值控制向外输出电流信号，给输出回路提供电源。结构型传感器则采用传感器内部结构变化实现信号转换，比如电容式传感器和电感式传感器等。2.按信号转换关系分类传感器若按信号转换关系分类，可分为：由电量信号转换成非电量信号的传感器，和由非电量信号转换成电量信号的传感器，比如弹性敏感元件和气动传感器等属于前者类型；而热电耦温度传感器、压电式加速度传感器等属于后者类型。3.按输出信号性质分类传感器按输出信号的性质分类，可分为输出模拟信号传感器和输出数字信号传感器 3。4.按使用功能分类传感器按其在汽车上的使用功能分类可分为两类：一类如温度、车速、发动机转速等能反馈给驾驶员汽车状态的各个参数的传感器；另一类是能自动控制汽车部分功能的传感器状态，如控制车轮转速、邮箱温度与倒车紧急制动等。5. 按输入量不同分类:传感器按输入量的类型分类可分为位移、速度、加速度、角位移、角速度、力、力矩、压力、真空度、温度、电流、气体成分和浓度传感器等。6.按工作原理分类：传感器按工作原理分类， 有电阻式、电容式、应变式、电感式、光电式、光敏式、压电式和热电式传感器等。37. 按被测对象分类：按传感器的被测量对象输入信号分类，能够很方便地表示传感器的功能，也便于用户选用。按这种分类方法，传感器可以分为温度、压力、流量、物位、加速度、速度、位移、转速、力矩、湿度、粘度、浓度等传感器。生产厂家和用户都习惯于这种分类方法。同时，这种方法还将种类繁多的物理量分为两大类，即基本量和派生量。例如，将“力”视为基本物理量，可派生出压力、重量、应力、力矩等派生物理量，当我们需要测量这些派生物理量时，只要采用基本物理量传感器就可以了。8. 按构成传感器的功能材料分类 按构成传感器的功能材料不同，可将传感器分为半导体传感器、陶瓷传感器、光纤传感器、高分子薄膜传感器等。9. 按某种高新技术命名的传感器分类 有些传感器是根据某种高新技术命名的，如集成传感器、智能传感器、机器人传感器、仿生传感器等。42 汽车发动机传感器发动机上的传感器能够反应发动机的实时工作状况，以便让相关系统对发动机进行及时有效的控制，发动机传感器种类复杂，能控制温度、油量从而减少发动机事故的发生率。2.1 发动机温度传感器汽车发动机温度传感器用于检测发动机温度、排气温度、冷却水温度以及油温。它们各有各的优点，工作的场合也不尽相同。绕线电阻式温度传感器精确度很高，无奈响应特性较差；热偶电阻式温度传感器测量范围很广，但还需配合放大器和冷锻处理一同工作。热敏电阻式温度传感器能有效的检测温度，适应温度变化程度高，但能检测温度的范围比较小，适用于温度变化非极限的场合。通用型的温度测量范围为负五十度到三十度，测量精度为百分之一点五，响应时间为十毫秒；高温型的温度测量范围为六百度到一千度，测量精度百分之五，响应时间是十毫秒。2.2 发动机压力传感器汽车压力传感器通常用于将流体压力的检测中的气囊的气体压力，燃料压力，发动机油压力，进气和排气管的压力，传输系统，空气过滤等中的流体压力。电容式压力传感器，主要用于检测负压、液压、气压，测量范围为 20kPa100kPa；压阻式压力传感器的性能易受温度的干扰，但它易于大批量生产；差动变