lch传感器课设.doc

目录1 引言 22 设计要求 23 工作原理 24 元器件的选择 35 电源选择 56 程序设计 66.1流程图 66.2程序分析 67. 实例测试 68. 电路改进 79.心得体会 71 引言传感器是一种有趣的且值得研究的装置，它能通过测量外界的物理量，化学量或生物量来捕捉知识和信息，并能将被测量的非电学量转换成电学量。在生活中它为我们提供了很多方便，在传感器产品中，温度传感器是最主要的需求产品，它被应用在多个方面。总而言之，传感器的出现改变了我们的生活，生活因使用传感器也变得多姿多彩。 近年来人们对淡水资源的浪费越来越严重。这次传感器课程设计我所涉及的题目虽然在节能减排这一队伍中起到的作用微乎其微。但是要做到节能减排，就要从小事做起，人人动起手来，创建美好的家园。历史将证明，今后的中国，将实现可持续发展能力不断增强，生态环境日益改善，资源利用效率持续提高，人与自然长久和谐。2 设计要求5V本设计能够在浴缸水位达到一定高度时发出提示报警声，提醒使用者，水已放满，可以关闭水龙头，开始洗澡了。为了避免水蒸气触发电路，可以通过调节R2使传感器的灵敏度降低，使用时，电路板必须密封防止短路。R2 100kBz1R3 2k2安装时，如果浴缸是合成材料，可将传感器直接贴到浴缸壁上。如果浴缸是钢制的或者镀铁的，必须使用绝缘材料隔离传感器和浴缸壁，通过导线将传感器连接到报警电路R1 470k2*BC548C3 工作原理电路如图所示， 0当浴缸中水位没有到达预订高度时，T1、T2断开，继续放水；当水位达到传感器位置时，T1，T2导通。由于蜂鸣器是直流电压驱动的，不需要利用交流信号进行驱动，又由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于无法直接驱动的，所以要利用三极管来驱动。需通过三极管放大驱动电流使蜂鸣器发出声音。此时主人听到蜂鸣器的发声关掉水龙头，因此避免由于一时疏忽对水资源的浪费。 4 元器件的选择1） 电阻的选择 电阻色环识别：色环电阻用四道色环或者五道色环来表示电阻值。首先，先找标志误差的色环，从而排定色环顺序。最常用的表示电阻误差的颜色是：金、银、棕，尤其是金环和银环，一般绝少用做电阻色环的第一环，所以在电阻上只要有金环和银环，就可以基本认定这是色环电阻的最末一环。 四色环电阻： 第一色环是十位数，第二色环是个位数，第三色环是应乘颜色次幂颜色次，第四色环是误差率 五色环电阻： 电阻 1电阻 第一色环是百位数，第二色环是十位数，第三色环是个位数，第四色环是应乘颜色次幂颜色次，第五色环是误差率。五色环电阻最后一环为误差，前三环数值乘以第四环的10颜色次幂颜色次，其电阻为 220101=2.2K 误差为5% 。2） 三极管的选择半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。中间的N区（或P区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极B、发射极E和集电极C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。三极管买回来后要用万用表电阻档判别三极，方法如下：三极管内部有两个PN结，可用万用表电阻档分辨e、b、c三个极。在型号标注模糊的情况下,也可用此法判别管型。 基极的判别判别管极时应首先确认基极。对于NPN管，用黑表笔接假定的基极，用红表笔分别接触另外两个极,若测得电阻都小，约为几百欧几千欧；而将黑、红两表笔对调，测得电阻均较大，在几百千欧以上，此时黑表笔接的就是基极。PNP管，情况正相反，测量时两个PN结都正偏的情况下，红表笔接基极。实际上，小功率管的基极一般排列在三个管脚的中间，可用上述方法，分别将黑、红表笔接基极，既可测定三极管的两个PN结是否完好(与二极管PN结的测量方法一样)，又可确认管型。 集电极和发射极的判别三极管确定基极后，假设余下管脚之一为集电极c，另一为发射极e,用手指分别捏住c极与b极(即用手指代替基极电阻Rb)。同时,将万用表两表笔分别与c、e接触,若被测管为NPN,则用黑表笔接触c极、用红表笔接e极(PNP管相反),观察指针偏转角度；然后再设另一管脚为c极,重复以上过程,比较两次测量指针的偏转角度大的一次表明IC大，管子处于放大状态，相应假设的c、e极正确。此次实验选用的是BC548C三极管。3） 蜂鸣器的选择蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。蜂鸣器有两类：1压电式蜂鸣器 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二级管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。2电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。蜂鸣器实物接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。此次实验选择的是压电式蜂鸣器。5 电源选择 控制系统主控制部分电源需要用5V直流电源供电，需要把频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转换为幅值稳定的5V直流电压。其主要原理是把单相交流电经 过电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路转换成稳定的直流电压。 由于输入电压为电网电压，一般情况下所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而电源变压器的作用显现出来起到降压作用。降压后还是交流电压，所以需要整流电路把交流电压转换成直流电压。由于经整流电路整流后的电压含有较大的交流分量，会影响到负载电路的正常工作。需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得稳定性足够高的直流电压。因为该电路要用于浴室内，为了安全起见，此次实验电源选择5V蓄电池，方便携带和固定在浴缸上。 6 程序设计6.1流程图电源T1放大T2放大蜂鸣器发声6.2程序分析接通电源后电流从电源流出，当水位低时，两个触头没有接触，相当于断路，蜂鸣器不发声；当水位到达指定位置时，由于水是导电的，电路联通，电流经过三极管T1和T2后被放大，此时电流约为25mA，蜂鸣器发声。7 实例测试实际电路 将电路中的两根电源线分别接到蓄电池的正极和负极：当浴缸中的水位没有到达指定高度时，两根触头a，b悬空，此时蜂鸣器没有发声；当浴缸中的水位到达指定高度时，由于水的导电性，两根触头a，b中间形成了一个通路，此时a，b相当于通过导线连接在一起，电流通过三极管的放大作用使得蜂鸣器发出生音，达到了预期的效果。8 电路改进由于使用的蜂鸣器不是间断发声，这种连续的滴滴声可能会让人误以为是一种噪声，或者由于听力问题而被认为是耳鸣引起的，甚至会听不到蜂鸣器的声音，这样一来，即使水位到达了指定的高度却没有关闭水龙头导致水资源的浪费，起不到此次设计的目的。因此，在电路改进方面，希望能够把蜂鸣器的声音设计成断续发声。可以采用双稳态电路加9013驱动器。分立元件构成的双稳态电路双稳态电路的特点是：它有两个稳定状态，在没有外来触发信号的作用下。电路始终处于原来的稳定状态；在外加输入触发信号作用下，双稳态电路从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态。如图是用分立元件构成的双稳态电路。晶体管是 PNP 型 ，V1 、 V2 是二个反相器。交叉耦合构成双稳态电路，每个反相器的输出端通过电阻分别耦合到另一个反相器的输入端。由于反相器的输入和输出信号是反相的，很容易形成二个稳定状态： V1 截止 V2 导通。这是一个稳定状态；反之， V1 导通， V2 截止，这又是一个稳定状态； Rc1 、 Rc2 是 V1 、 V2 的负载电阻， Rk 、 Rk2 是二个晶体管级间耦合电阻。为了保证晶体管快速截止，用 RB1 、 RB2 及电源 EB 为各个晶体管的基极提供反偏置。两管集电极的 A 点和 B 点是两个输出端，这种电路一般是对称的，即 Rc1=Rc2,RB2=RB2 ，两管参数亦应相同。这样就可以达到让蜂鸣器断续发声的效果，从而达到让主人听到的目的。9 心得体会经过一个星期的奋斗，传感器课程设计终于完成，对于传感器设计基础知识又复习了一遍，虽然跟自己开始的想法差了不少，总体上还过得去，这个过程中解接触了一些新的东西，也无意中看到了一些，总结如下：1、 电路选择上：由于传感器课程学的并不是很好，很多东西都不太了解，因此选择了一个比较简单也容易实现的电路，主要是培养自己的动手能力，以做成功为目的，虽然只有简单的六个元件，但是从中收获了不少。也学到了很多课本上、课堂中学不到的东西。2、 元器件的购买：电路中虽然只有简简单单的六个元器件，但是购买时并不是一件容易的事。第一次到电子城发现有好多相似的、难以区分的元件，要找到自己需要的元件并不是一件容易的事。例如，在购买电阻时，由于刚开始做的准备不够，没有了解怎么样区分电阻上的色环，所以在翻找时一阵慌乱，幸好在同学的帮助下购买了正确的电阻。3、 三极管管脚的区分：买来三极管以后，并不能直接焊上去，也有同学告诉我把有刻字的那一面正对着自己从左向右一次是哪三极，但是为了保险期间还是用万用表测试了一下，区分好管脚的三极管事先插在电路板上备用。4、 电路的调试：虽然我的设计很简单，直接焊接到电路板上应该没有什么问题，但是在同学的建议下，我还是从老师那里借来了面包板，并学会了其使用方法。当我把元件都插在面包板上接通电源，并且两个触头接水后，蜂鸣器响起，达到了预期的效果。5、 电路的改进：当我把做好的板子拿给老师验收时，老师给我提出了一个建议，那就是如何把蜂鸣器的声音设计成断续的，这样可以让使用者听得更清楚。针对老师的提议我想了三种思路：第一，使用单片机编程，这是在网上查到的一种方法，而且也是被使用最多的一种方法。但是由于单片机的课程我们还没有涉及，因此这种思路不得不被否定了。第二，使用电容的充放电控制蜂鸣器的声音，我也不确定这种思路正不正确，而且想法也不是很成熟，因此舍弃了这种想法。第三，用双稳态电路，当高电平时发声，低电平时不发声，这样就产生了断续的声音。第四，利用滞带比较器产生一