常用的传感器的小制作PPT课件.ppt

第13章传感器的综合应用 小制作 学习目的 掌握传感器的应用技术了解传感器与检测电路的调试方法 13 1电阻应变式力传感器制作的数显电子秤13 2敲击式电子门铃13 3超温报警电路13 4水位指示及水满报警器13 5光控延时照明灯13 6热释电红外探头报警器13 7超声波遥控照明灯13 8感应式防盗报警器13 9吸烟报警器13 10触摸式延时照明灯本章小结 主要内容 返回主目录 随着科学技术的发展 传感器几乎渗透到所有的技术领域 如工业生产 宇宙开发 海洋探索 环境保护 资源利用 医学诊断 生物工程 文物保护等等广泛领域 并逐渐深入到人们的生活中 本章仅列举传感器在部分检测与控制中的应用 通过这些简单的制作 使读者充分掌握传感器的工作原理及其应用 加深对传感器的理解 13 1电阻应变式力传感器制作的数显电子秤 该电子秤是根据应变式传感器的工作原理制作的数字式电子秤 具有准确度高 易于制作 成本低 体积小巧 实用等特点 其分辨率为1g 在2kg的量程范围内经仔细调校 测量精度可达0 5 13 1 1工作原理 图13 1数显电子秤电路原理图 电阻应变式传感器 采用E350 2AA箔式电阻应变片 其常态阻值为350 数显面板 提供1 22V基准电压 经R5 R6及RP2分压后作为A D转换器的参考电压 A D转换器 放大电路 13 1 2元件选择 IC1选用ICL7126集成块 IC2 IC3选用高精度低温漂精密运放OP07 IC4选用LM385 1 2V集成块 传感器R1选用E350 2AA箔式电阻应变片 其常态阻值为350 各电阻元件选用精密金属膜电阻 RP1选用精密多圈电位器 RP2 RP3经调试后可分别用精密金属膜电阻代替 电容C1选用云母电容或瓷介电容 13 1 3制作与调试 该数显电子秤外形可参考图13 2形式 其中形变刚件可用普通钢锯条制作 其方法是 首先将锯条打磨平整 再将锯条加热至微红 趁热加工成 U 形 并在对应位置钻孔 以便以后安装 然后再将其加热至橙红色 700 800 迅速放入冷水中淬火 以提高其硬度和强度 最后进行表面处理工艺 有条件时 可采用如图13 3所示的准S型传感器 秤钩可用清理胶粘接于钢件底部 应变片则用专用应变胶粘接于钢件变形最大的部位 内侧正中 这时其受力变化与其阻值变化刚好相反 拎环用活动链条与秤体连接 以便使用时秤体能自由下垂 同时拎环还应与秤体在同一垂线上 图13 2 图13 3准S型传感器 调试 在调试时 应准备1kg及2kg标准砝码各一个 调试过程如下 零位调整 首先在秤体自然下垂无负载时调整RP1 使显示器读数为零 满量程调整 当秤承担满量程重量时 如2kg 调整RP2 使显示器读数为满量程值 中间位置调整 当秤钩下悬挂1kg的标准砝码时 调整RP3 使显示器读数为1 000 重复第2 3步 直到满足要求为止 最后准确测量PR2 RP3电阻值 并用精密金属膜电阻代替 RP1引出表外 以便于测量前调零之用 13 2敲击式电子门铃 该敲击式电子门铃是用压电传感器作为检测元件的 其特点是 当有客人来访时 只要用手轻轻敲击房门 室内的电子门铃就会发出清脆的 叮咚 声 工作可靠 实用性强 13 2 1工作原理 图13 4敲击式电子门铃电路 压电陶瓷片BC固定在房门内侧上 当有人敲击门时 BC受到机械振动后 其两端产生感应电压 压电效应 该电压经VT1放大后 作为触发电平加至IC1和IC2的CP端 使单稳态触发器翻转 IC1的输出端输出低电平脉冲给IC2的R端 IC2开始对敲击脉冲进行计数 延时约1s后 IC1的输出端恢复为高电平 IC2停止计数 当1s内敲击脉冲超过3次时 IC2的输出端会产生高电平脉冲 触发音乐集成电路IC3工作 IC3的O P端输出音乐电平信号 该信号经VT2和VT3放大后 推动扬声器BL发出 叮咚 声 拾音放大器 单稳态触发器 脉冲计数器 音乐发生器 音频放大器 压电陶瓷片 13 2 2元器件选择 R1 R7均选用RTX 1 8W碳膜电阻器 CI C3均选用涤纶电容器或独石电容器 C4 C6均选用CD11 16V的电解电容器 VT1用9014或3DG8型硅NPN小功率三极管 要求电流放大系数 150 VT2选用9013或3DG12 3DK4型硅NPN中功率三极管 要求电流放大系数 100 VT3选用9012型硅PNP中功率三极管 要求电流放大系数 50 IC1选用CD4013双D触发器数字集成电路 IC2选用CD4017十进制计数分频器数字集成电路 IC3选用KD2538音乐集成电路 BL选用0 25W 8 微型电动式扬声器 BC用 27mm的压电陶瓷片 如FT 27等型号 G用两节5号干电池串连而成 电压3V 13 2 3制作与调试 IC3芯片通过4根7mm长的元器件剪脚线插焊在电路板上 除压电陶瓷片BC外 焊接好的电路板连同扬声器BL 电池G 带塑料架 一起装入绝缘材料小盒内 盒面板为BL开出拾音孔 盒侧面通过适当长度的双芯屏蔽线引出到压电陶瓷BC 实际安装时 将压电陶瓷片BC通过502胶粘贴在大门背面正对个人常敲门的位置 一般离地面1 4m左右 门铃盒则固定在室内墙壁上 13 3超温报警电路 本超温报警电路是采用LM45C贴片式温度传感器设计的 报警温度可任意设定 超过设定温度时会发出声 光报警信号 13 3 1工作原理 当探头LM45C所在环境超过设定温度时 CA3140比较器的6脚输出高电平 三极管VT导通 VL发光 HA发声以示超温报警 比较器有一定的滞后 这是为了防止测量温度在阈值温度上下波动时 产生不稳定的报警声 图13 5超温报警电路 贴片式温度传感器 基准电压源 运算放大器组成的比较器 设定报警温度 每10mV相当于1 13 3 2元器件选择 IC1选用美国国家半导体公司生产的LM45C贴片式温度传感器 其输出电压与摄氏温度成正比 灵敏度为10mV 不需要调整 IC2选用运算放大器CA3140 VS采用2 5V硅稳压二极管 如LM4431 VL采用 3mm高亮度发光二极管 VT采用9013或3DK4型硅NPN中功率三极管 要求电流放大系数 100 R1 R7选用RTX 1 8W碳膜电阻器 RP采用WSZ 1型自锁式有机实心电位器 C1 C4均采用CT1瓷介电容器 C5选用CD11 10V的电解电容器 HA采用语音报警专用电喇叭 电源选用直流5V稳压电源 13 3 3制作与调试由于本电路较简单 按电路图焊接安装好后 一般不需要调试即可使用 13 4水位指示及水满报警器 该水位指示报警器可用于太阳能热水器的水位指示与控制 太阳能热水器一般都设在房屋的高处 热水器的水位在使用时不易观察 给使用者带来不便 使用该水位报警器后 可实现水箱中缺水或加水过多时自动发出声光报警 13 4 1工作原理 当水箱无水时 由于180k 电阻的作用 使4个开关的控制端部为低电平 开关断开 发光二极管VL1 VL4不亮 随着水位的增加 加之水的导电性 使得IC的13脚为高电平 S1接通 VL1点亮 当水位逐渐增加时 VL2 VL3依次发光指示水位 水满时 VL4发光 显示水满 同时VT导通 B发出报警声 提示水已满 不需要报警时 断开开关SA即可 图13 6水位指示与水满报警电路 四双向模拟开关集成电路CD4066和相关元器件组成 每个电路内部有4个独立的能控制数字或模拟信号传送的开关 13 4 2元器件选择 IC选用四双向模拟开关集成电路CD4066 VT用9013或8050 3DG12 3DX201型硅NPN中功率三极管 要求 150 VL1 VL4用F5mm高亮度红色发光二极管 R用RTX 1 8W碳膜电阻器 B用YD57 2型8 圈式扬声器 电源可用4节1 5V电池或6V直流稳压电源 13 4 3制作与调试 制作时可制作一个简易面板 并根据实际情况及个人爱好选择合适的报警器B 调试时将五个探知电极安置水盆的不同水位高度 接通水位报警电路 给水盆中慢慢加水 在各种不同水位对电路报警效果进行调整 13 5光控延时照明灯 光控延时照明灯 采用红外发光二极管及光敏三极管作为双重光控元件 用于走廊楼道照明 13 5 1工作原理 图13 7光控延时照明灯电路原理图 时基集成电路IC与电位器RP 电容器C1构成单稳态触发器 光控电路 红外光控电路 当有人进入光控区后 遮挡光照使VTL1截止 IC的2脚变为高电平 人走出光控区后 IC的2脚加入负脉冲 使其内部的触发器翻转 IC的3脚输出高电平 使VT受触发而导通 照明灯EL被点亮 待IC暂态结束后 其3脚恢复低电平 使VT截止 照明灯EL熄灭 在白天有光时 VTL2呈现导通状态 使IC的4脚 复位端 为低电平 整个控制电路白天不工作 在晚上 VTL2因无光照射而呈现截止状态 IC的4脚变为高电平 整个控制电路开始工作 若光控区无人时 则VL发出的红外线使VTL1导通 IC的第2脚为恒定的低电平 3脚输出低电平 VT截止 照明灯EL不亮 因为只有IC第2脚有负脉冲输入时 其内部的触发器才动作 IC的3脚才输出高电平 13 5 2元器件选择 IC选用NE555 A555 SL555等时基集成电路 VL选用HG501中功率红外发射二极管 VTL1 VTL2选用3DU系列的光敏三极管 VT选用MAC97A6小型塑封双向晶闸管 可驱动100W以下的白炽灯泡 使用时应加散热片 VD选用1N4004型等硅整流二极管 RP选用WS型小型精密电位器 R1 R4 R6均选用RTX 1 4W碳膜电阻器 R5选用RTX 2W碳膜电阻器 C1选用CD11型电解电容器 C2选用CT4D型独石电容器或CL11型涤纶电容器 C3选用CBB 400V型聚丙烯电容器 13 5 3制作与调试 定时电路中除VL VTL1 VTL2 EL外 其余元件焊在电路板上 装入塑料盒内 固定在走廊墙壁上 VTL2光敏三极管装在楼梯窗外 使其感受到白天光照 VL VTL1分别安装在走廊两侧墙壁上 离地面约90cm 在光敏三极管VTL1前面可加装红色有机玻璃 以防止其它光源干扰 调节电位器RP的阻值 使其定时为20s左右 将VL对准VTL1 再分别安装好 可通电试验 用手遮挡住VL 再松开 观察灯EL是否点亮 以此来检查VL与VTL1是否对准 即可 13 6热释电红外探头报警器 热释电红外探头报警器由新型热释电式红外探头和语音集成电路等组成 是一种体积小 无须外部接线 使用方便的便携式报警器 每当它的前方5m范围内有人活动时 便会立即发出 嘟嘟 请注意 的告警声 其最大的特点是白天和晚上都能正常工作 可广泛用于家庭防护 误入危险区域警示 商店营业部来客告知及外出旅行度假时安全防范等场所 13 6 1工作原理 图13 8热释电红外探头报警器的电路图 热释电式红外探测头 是一种被动式红外检测器件 它能以非接触方式检测出运动人体所辐射出来的红外能 并将其转化为正脉冲电信号输出 同时 它还能有效地抑制人体辐射波长以外的红外光和可见光的干扰 语音集成电路 图13 8热释电红外探头报警器的电路图 当有人进入监视区域内时 IC1的OUT脚输出与运动人体频率基本同步的正脉冲信号 该信号直接加到IC2的触发端TG脚 使IC2内部电路受触发工作 由其OUT脚输出内储的 嘟嘟 请注意 电信号 经三极管VT功率放大后 推动扬声器B发出响亮的告警声 电路中 R为IC2外界时钟振荡电阻器 其阻值大小影响语音声的速度和音调 C为滤波电容器 主要用来降低电池G的交流内电阻 使B发声更加纯正响亮 13 6 2元器件选择 IC1选用MP01型热释电式红外探测头 它将菲涅耳透镜 热释电传感器 单片数模混合集成电路组合在一起 构成了一个坚固 小巧 易安装的 一体化 器件 MP01采用TO5封装 典型尺寸为 11 14 5mm 它共有三个引脚 即电源正极端VDD 信号输出端OUT和公共地端GND 由于MP01是靠感应热释红外线工作的 所以在夜间也能很容易地检测到运动的人体 IC2选用HFC5212型 嘟嘟 请注意 语音集成电路 VT用8050型硅NPN中功率三极管 要求电流放大系数 100 R选用RTX 1 8W碳膜电阻器 C选用CD11 10V型电解电容器 B用YD58 1型小口径8 0 25W动圈式扬声器 SIC用1x1小型拨动开关 G用三节5号干电池串联 须配塑料电池架 而成 电压4 5V 13 6 3制作与调试 IC2芯片可通过5根7mm长铜丝直接插焊在电路板对应数标孔内 焊接时注意 电烙铁外壳一定要良好接地 以免交流感应电压击穿IC1 IC2内部COMS集成电路 焊接好的电路全部装入合适的塑料小盒内 盒面板开孔伸出IC1探测镜头 并为B开出放音孔 盒侧面开孔固定SA 制作成的热释电红外探头报警器 一般无须任何调试便可投入使用 如果IC2语音声的音调或速率不理想 可通过更改IC2外接振荡电阻R阻值 620k 1 2M 来加以调整 R阻值大 语音声速慢且低沉 反之 则语音声速快且尖高 实际使用时 热释电红外探头报警器可放在任何需要对人体进行监视的地方 或固定在墙上 将IC1探测镜头正对着来人方向即可 该报警器的有效监视范围是一个半径5m 圆心角达100 的扇形区域 由于本装置实测静态总电流小于0 2mA 故用电十分节省 每换一次新干电池 一般可连续使用数个月时间 13 7超声波遥控照明灯 超声波遥控照明灯 采用专用超声波发射集成电路 工作可靠 性能稳定 13 7 1工作原理 图13 9超声波遥控照明灯电路图 超声波发射专用集成电路 它的外围电路极为简单 当按下按键SB时 超声波发射换能器B1即向外发射频率为40kHz的超声波 超声波接收换能器 前置放大器 声控专用集成电路 电子开关 如果再按一下发射器SB 接收控制器收到信号后 IC2的第12脚就会翻转回低电平 VT2截止 电灯EL熄灭 R3 R4组成分压器 且R4的阻值略大于R3 因而使IC2的输入端第1脚静态直流电平略高于1 2VDD 可使声控集成电路IC2处于最高接收灵敏度状态 低电平 截止 不动作 不亮 动合触点K1打开 按一下发射器的按键 接收到的超声波信号并将其转变为相应的电信号 前置放大 内部触发翻转 高电平 导通 吸合 通电发光 13 7 2元器件选择 IC1选用NYKD40T超声遥控发射专用集成电路 它采用金属壳封装 该集成块工作电压为9V 工作电流约为25mA 有效发射距离为10m IC2采用BH SK I型声控集成电路 它采用黑膏软封装 B1为压电陶瓷型超声波发射换能器 型号为UCM T40 B2为与B1相配套的超声波接收换能器 型号为UCM R40 发射器为了力求体积小巧 电源G应采用6F22型9V层叠式电池 接收控制器则采用交流电降压整流供电 T选用220V 2V 8W优质成品电源变压器 K为JZC 22F DC12V小型中功率电磁继电器 其触点容量可达5A VT1选用9014或3DG8型硅NPN小功率三极管 要求电流放大系数 200 VT2选用9013 3DG12 3DK4 3DX21型硅NPN中功率三极管 要求电流放大系数 100 VD1 VD2均选用1N4001型硅整流二极管 VS选用6V 0 5W硅稳压二极管 如2CW21C 1N5233型等 C1 C2选用CT1型瓷介电容器 C3 C4选用CD11 16V型电解电容器 所有电阻均选用RTX 1 8W碳膜电阻器 13 7 3制作与调试 将焊接好的电路板装入体积合适的绝缘小盒内 注意在盒面板为B2开出接收孔 按图13 9b选择元器件参数 一般不需要调试 即能可靠稳定工作 有效工作半径为10m左右 13 8感应式防盗报警器 该防盗报警器采用多普勒传感器 具有灵敏度高 监视范围广等特点 适用于仓库或庭院作夜间防盗之用 13 8 1工作原理 图13 10感应式防盗报警器电路 多普勒传感器 通过外接环形天线W向周围空间发射微波信号 低频放大器 声响报警电路 电子开关 延时电路 天线 即使侵入者远离监视区域 报警器也会持续报警一段时间 约25s 无人进入防盗监视区内时 有人进入IC1的监视区域内活动时 输出恒定的直流电压 报警电路不动作 接受到被人体反射回来的微波信号 输出脉动电压 导通 低电平 高电平 饱和导通 报警电路动作 反复发出响亮的 有贼 抓贼呀 的报警声 13 8 2元器件选择 IC1选用RD627多普勒传感器模块 IC2选用NE555时基集成电路 VT2选用3DK4开关三极管 VT1和VT3选用8050型NPN中功率三极管 要求电流放大系数 100 R1 R5选用RTX 1 4W碳膜电阻器 C1 C4 C6和C7均选用CD11 16V的电解电容器 C5选用涤纶电容器 HA选用专用内置语音集成电路和扬声器的高响度声响报警器 天线W可选用黑白电视机特高频 UHF 用室内环形天线 天线与IC1的1脚 2脚之间用阻抗为7 馈线连接 电源选用12V直流稳压源 13 8 3制作与调试 按电路图焊接好后 即可通电调试 调整电阻器R4和电容器C4的数值 可决定报警时间的长短 13 9吸烟报警器 该报警器安装在不宜吸烟的场合 当有人吸烟而烟雾缭绕时 会发出响亮刺耳的语言 不要吸烟 以提醒吸烟者自觉停止吸烟 13 9 1工作原理 图13 11吸烟报警器电路 气敏传感器 稳压在4 2V 为语音集成电路IC2和VT供电 语音集成电路 升压功放报警器 单稳态触发器 表面吸附了烟雾或可燃性气体时 B L极间阻值减小 电位下降 电位下降 下跌到1 3VDD时 IC1的2脚受触发 输出高电平 输出语音信号 发出响亮的报警语音 虽然单稳态电路延时时间按图设定为10s 但只要室内的烟雾或可燃性气体不被驱散 IC1的2脚的电位总不大于1 3VDD 它将一直输出高电平持续报警 只有烟雾消除后 MQK 2的B L极间阻值复原至30k 以上 且2脚的电位大于1 3VDD后 IC1才翻转输出低电平 从而停止报警 13 9 2元器件选择 气敏传感器选用MQK 2型气敏元件 IC1选用NE555或LM555等时基集成电路 IC2选用LH 169A型语音集成电路 IC3选用升压功放模块TWH68 VT用9015或3CG21型硅PNP小功率三极管 要求 100 VD用普通硅二极管1N4148 RP1 RP2用WH7 A型立式微调电位器 R1 R7选用RTX 1 8W碳膜电阻器 C1 C2 C4用CD11 10V的电解电容器 C3选用CC1型瓷介电容器 B用8 0 25W小口径电动式扬声器 13 9 3制作与调试 电源可用6V 0 5A的直流稳压电源供电 整个电路全部组装在体积合适的绝缘小盒 如塑料香皂盒 内 盒面板开孔固定气敏元件 并为扬声器B开出释音孔 调试时先将限流电位器RP1旋至阻值最大处 然后通电 这样可防止大电流冲击损坏MQK 2的加热丝 微调RP1使气敏元件加热的灯丝电压为5V 这时流过加热极电流为130mA左右 注意 必须在MQK 2灯丝预热10min 气敏元件的电阻处于正常工作状态后 再调节RP2使C点的电位略大于2V即可 13 10触摸式延时照明灯 触摸式延时照明灯 采用二线制接法 不必更改原有布线 是一款简单 实用的照明灯控制电路 非常适用于楼道 走廊 卫生间等场所 13 10 1工作原理 图13 12触摸式延时照明灯电路图 灯光控制器的主电路 双D触发器数字集成电路 单稳态电路 稳态输出时输出端Q即1脚输出低电平 指示开关位置的 便于在夜间寻找开关 触摸电极片 充电时间 电路的延时时间 Q脚输出低电平 无人触摸时 关断 点亮 Q脚输出高电平 触发 不亮 有人触摸时 人体感应的杂波信号