传感器技术教案.doc

教 案 首 页授课班级课题序号授课课时14授课形式讲授授课章节名 称第一章 绪论第一节 传感器应用电路模型使用教具多媒体课件1.掌握传感器的定义2.了解传感器的结构作用和特点3.认识传感器应用电路一般结构4.掌握传感器选择的一般原则教学目的教学重点教学难点传感器的结构作用和特点应用电路一般结构更新、补充、删节内 容无课外作业复习本节内容、预习下节相关知识内容教学后记 授课主要内容或板书设计第一章 绪论第一节 传感器应用电路结构模型一、传感器的定义传感器：利用物理、化学及生物效应，把被测的物理量、化学量、生物量等非电量转换成电量的器件或装置。二、传感器的结构作用和特点三、传感器应用电路结构主要包括：微处理器、传感器、键盘电路、显示器、执行电路、提示器。四、传感器选择的一般原则1、量程大小2、被测位置对传感器体积的要求3、测量方式为接触式还是非接触式4、信号的引出方法，有线或者是非接触测量5、传感器的来源，国产还是进口，价格是否能够承受，或者是自行研发。 课 堂 教 学 安 排教学 过程主 要 教 学 内 容 及 步 骤引入新课在日常生活中经常会使用到电视遥控器、手机、电脑等电子产品，那么遥控器是怎样遥控电视、手机是怎么记录运动步数、电脑内部是怎样实现对 CPU 等器件的温度检测呢？教学过程一、传感器的定义传感器：利用物理、化学及生物效应，把被测的物理量、化学量、生物量等非电量转换成电量的器件或装置。二、传感器的作用和应用领域1.通过把计算机比作人的大脑，把传感器比作人的感觉器官，执行器比作人的四肢，就可以制造出工业机器人。2.用途：信息收集、信息数据的交换、控制信息采集的功能3.传感器的应用范围：（1）在制造业中（2）在汽车中（3）在智能楼宇中（4）在家用电器中（5）在安全防范中（6）在机器人中（7）在人体医学上 （8）在环境保护中（9）在航空航天中（10）在遥感技术中（11）在军事上的应用三、传感器在国民经济中的地位传感器在现代科学技术、农业及工业自动化的发展起到基础和支柱作用，在世界各国也成为一种重要产业。传感器技术历经了多年的发展，其技术的发展大体可分三代：第一代是结构型传感器，它利用结构参量变化来感受和转化信号。第二代是上 70 年代发展起来的固体型传感器，这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，是利用材料某些特性制成。如：利用热电效应、霍尔效应、光敏效应，分别制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器。第三代传感器是以后刚刚发展起来的智能型传感器，是微型计算机技术与检测技术相结合的产物，使传感器具有一定的人工智能。四、传感器的组成常由敏感元件、转换元件及转换电路组成。敏感元件：能直接感受被测量的部分。转换元件：将收到的非电量转换成电量的器件。转换电路：将无源型传感器输出的电参数量转换成电能量。五、传感器的分类1、按输入量分 物理量传感器、化学量传感器、生物量传感器。2、按物换原理分 结构型、物性型、复合型。 3、按输出信号形式分 开关式、模拟式、数字式。4、按输入和输出特性分 线性、非线性。5、按转能量转换的方式分 有源型、无源型。六、传感器应用电路传感器应用电路是以微处理器为核心，以传感器、键盘电路为输入，显示器、执行电路、提示器为输出的结构。七、传感器选择的一般性原则（1）量程大小（2）被测量位置对传感器体积的要求（3）测量方式为接触式还是非接触式（4）信号的引出方法，有线或者是非接触式测量（5）传感器的来源，国产还是进口，价格是否能够承受。对传感器数量和量程的选择：传感器数量的选择是根据电子衡器的用途、秤体需要支撑的点数（支撑点数应根据使秤体几何重心和实际重心重合的原则而确定）而定。一般来说，秤体有几个支撑点就选用几只传感器，但是对于一些特殊的秤体如电子吊钩秤就只能采用一个传感器，一些机电结合秤就应根据实际情况来确定选用传感器的个数。传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感 器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后，经过大量的实验而确定的。传感器应用电路实训任务建议职业学校电工电子类专业的教学与实训应该以产品为依托进行。用制作传感器电路产品作为工作任务学习传感器也完全符合教学及实训的世纪，在这里使用电子产品单元电路进行实训学习，是的传感器知识能够在“做中学、做中教”，但是要注意解决以下问题：（1）要认真阅读传感器电路产品的相关电路（2）要深入学习传感器知识，必须从传感器的结构、工作作用、性能特点、参数和检测方法等内容进行学习。（3）在制作电子产品单元电路时要小心爱护传感器和微处理器，防止实验过程中损坏器件。（4）传感器种类繁多，其相应的输出形式也是多种多样。实际中需要看情况增加放大电路及滤波电路等。总结：传感器定义、结构作用及特点、应用电路、实训建议 教 案 首 页授课班 级课题序号授课课时24授课形 式讲授授课章节名 称电阻式温度传感器使用教具多媒体课件1、学会使用温度传感器测量温度2、熟悉温度的控制电路和了解电路的工作过程3、了解温度传感器的种类和特性教学目的4、掌握检测部分温度传感器的方法。教学重点教学难点完成温度传感器电路的安装与调试。电阻式温度传感器更新、补充、删节内 容无课外作业复习本节内容、预习下节相关知识内容教学后记 授课主要内容或板书设计电阻式温度传感器一、进行温度测量的必要性二、温度传感器的定义三、温度传感器有哪些部分组成四、任务完成的条件温度传感器电路是以温度传感器为核心的测量、控制电路，正确选择温度传感器是实现温度测量和控制的关键。除温度传感器，转换电路是必需的电路。输出显示电路是终端，它可以采用不同的方式显示，可以用简单的发光二极管，也可以用数码管，为了更精确的显示关联的信息，可以使用液晶显示器。五、相关应用案例1.铂电阻传感器构成的数字温度检测控制电路2.正温度系数（PTC）热敏电阻在彩色电视机消磁电路的应用3.负温度系数（NTC）热敏电阻在电冰箱温度控制电路中的应用 引入新课温度测量应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等，下面介绍几种常用的温度传感器。温度是实际应用中经常需要测试的参数，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依靠温度来实现，温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述，并介绍与电路系统之间的接口。教学过程一、温度传感器的定义温度传感器是通过测量某些物理量参数随温度变化而间接测量温度。二、温度传感器的组成温度传感器主要是由温度感温元件组成的，而温度感温元件对温度变化具有自身特性的改变。温度传感器也称为热-电传感器。这种传感器用于各种需要对温度进行控制、测量、监视及补偿等场合。它们中有的可以直接转变为电信号，有的则需要采用间接变换以后才可以置换为与热能成比例的电信号。三、任务条件温度传感器电路是以温度传感器为核心的测量、控制电路，正确选择温度传感器是实现温度测量和控制的关键。除温度传感器，转换电路是必需的电路。输出显示电路是终端，它可以采用不同的方式显示，可以用简单的发光二极管，也可以用数码管，为了更精确的显示关联的信息，可以使用液晶显示器。电阻式温度传感器电阻式温度传感器是利用导体或半导体材料的电阻值随温度的变化而变化的特性实现测量温度。一般把金属导体如铂、铜、镍等制成的测温元件称为热电阻；把半导体材料制成的测温元件称为热敏电阻。电阻式温度传感器按接触方式分类 温度传感器与被测介质的接触方式分为两大类：接触式和非接触式。接触式温度传感器需要与被测介质保持热接触，使两者进行充分的热交换而达到同一温度。这一类传感器主要有电阻式、热电偶、PN结温度传感器等。非接触式温度传感器无需与被测介质接触，而是通过被测介质的热辐射或对流传到温度传感器，以达到测温的目的。这一类传感器主要有红外测温传感器。这种测温方法的主要特点是可以测量运动状态物质的温度（如慢速行使的火车的轴承温度，旋转着的水泥窑的温度）及热容量小的物体（如集成电路中的温度分布）。五、应用案例（1）铂电阻传感器构成的数字温度检测控制电路由铂电阻RT传感器构成的数字显示温度检测控制电路。该电路测量误差小于0.15%，适用于工业精密温度测量和控制的场合。电路图如下图。安装电路注意事项：（1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；（2）必须要有电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数，特别掌握好RP1、RP2和RP3的调整；（3）特别检查铂电阻 RT 传感器的质量是电路工作和功能准确实现的关键；（4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作； （6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。电路组成和功能作用电路采用三只高精度的运算放大器IC13 OP-07，IC4 ICL7170CPL是一块A/D模数转换集成电路，IC5 TL431是一块精密基准电压集成电路。温度传感器是一种分度为Pt100的铂电阻。它具有很宽的测温范围，可以在200850的温区内测量，并有极好的稳定性。电路工作过程IC1及其外围元件构成了温度检测置换电路；IC2及其外围元件构成了放大电路；IC3、VT1及其元件构成了比较和驱动控制电路；RP3用于设定温度值；SA1设定和测量切换开关；IC4及其外围元件构成了A/D置换、非线性校正、温度显示电路；RP2为线性补偿可调电位器。（2）正温度系数（PTC）热敏电阻在彩色电视机消磁电路的应用正温度系数热敏电阻广泛应用在防止电路电流突然浪涌过大做成损坏，如在电力线路设备、铁路系统设备及电话线路设备等都使用正温度系数热敏电阻加以保护。电路图如下图。安装电路注意事项（1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；（2）必须要有电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数；（3）特别检查正温度系数热敏电阻PTC传感器的质量是电路工作和功能准确的关键； （4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作；（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。电路组成和功能作用电路由消磁线圈、正温度系数热敏电阻 PTC、消磁电阻、继电器 JK 电路组成。电路主要是给彩色电视机 CRT 显像管在电视机开机时进行消磁。电路工作过程正温度系数热敏电阻PTC在消磁电路中与消磁线圈串接，消磁线圈一般安装在显示器的四周，由继电器电路控制消磁电路的工作。在继电器JK吸合的瞬间，由于热敏电阻（在电路中消磁电阻）阻值很小，故起始电流很大，产生很大的交变电流，也就产生很强的交变磁场，但热敏电阻很快由于电流通过而温度升高，电阻值逐渐增大而使交变电流减小，消磁线圈产生的交变磁场呈周期性的衰减，从而达到对显示器消磁的目的。消磁电路中最后电流虽然很小，但仍然有电流通过，所产生的微弱交变磁场会对图像产生影响，而且消磁电阻长期通电发热也容易发热损坏。因此如电路图所示，采用双刀双掷开关继电器对消磁电路进行控制，只要消磁完毕后，继电器释放断开，就不会再有交变电流通过消磁线圈产生的交变磁场影响图像了。（3）负温度系数（NTC）热敏电阻在电冰箱温度控制电路中的应用在空调、电热水器、自动保温电饭锅、冰箱等家用电器中，热敏电阻传感器常用于温度控制。热敏电阻RT是属于负温度系数热敏电阻。电路图如下图： 安装电路注意事项（1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；（2）必须要有电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数，运算放大器 IC1可用相同功能集成块代换；（3）特别检查负温度系数（NTC）热敏电阻 RT传感器的质量是电路工作和功能准确的关键；（4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作；（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。电路组成和功能作用电路是由 IC1 76339 的两个运算放大器及外围元件组成两个电压比较器，由 IC2 CD4011的两个与非门电路组成 RS触发器，由 VT1 8050 组成一个冰箱压缩机开关电路。电路主要是对冰箱内的温度进行恒温控制的作用。电路工作过程当冰箱接通电源后，由电阻 R4和 R5分压后级 IC1的 A 级同相端“5”脚提供一固定基准电压 Ui1，由温度调节电路的电位器 RP1输出一设定温度电压Ui3给 IC1的 B级反相输入端“8”脚，这样就由 A级组成开机检测电路（压缩机接通工作），由 B级组成关机检测电路（压缩机断开停止工作）。 教 案 首 页授课班级课题序号授课课时34授课形式讲授授课章节名 称热电偶温度传感器使用教具多媒体课件1.掌握热电偶温度传感器定义教学目的2.了解热电偶温度传感器的相关应用案例教学重点教学难点热电偶温度传感器的相关应用案例热电偶温度传感器的相关应用案例更新、补充、删节内 容无课外作业预习相关知识内容教学后记 授课主要内容或板书设计热电偶温度传感器一、进行温度测量的必要性二、温度传感器的定义三、温度传感器有哪些部分组成四、任务完成的条件温度传感器电路是以温度传感器为核心的测量、控制电路，正确选择温度传感器是实现温度测量和控制的关键。除温度传感器，转换电路是必需的电路。输出显示电路是终端，它可以采用不同的方式显示，可以用简单的发光二极管，也可以用数码管，为了更精确的显示关联的信息，可以使用液晶显示器。五、热电偶温度传感器的定义六、相关应用案例热电偶测温电路 引入新课温度测量应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等，下面介绍几种常用的温度传感器。温度是实际应用中经常需要测试的参数，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依靠温度来实现，温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述，并介绍与电路系统之间的接口。教学过程一、温度传感器的定义温度传感器是通过测量某些物理量参数随温度变化而间接测量温度。二、温度传感器的组成温度传感器主要是由温度感温元件组成的，而温度感温元件对温度变化具有自身特性的改变。温度传感器也称为热-电传感器。这种传感器用于各种需要对温度进行控制、测量、监视及补偿等场合。它们中有的可以直接转变为电信号，有的则需要采用间接变换以后才可以置换为与热能成比例的电信号。三、任务条件温度传感器电路是以温度传感器为核心的测量、控制电路，正确选择温度传感器是实现温度测量和控制的关键。除温度传感器，转换电路是必需的电路。输出显示电路是终端，它可以采用不同的方式显示，可以用简单的发光二极管，也可以用数码管，为了更精确的显示关联的信息，可以使用液晶显示器。热电偶温度传感器热电偶传感器是将温度变化转变为微小的电动势变化量，然后经放大后用来控制执行机构，从而达到控制温度的目的。它结构简单、使用方便，精确可靠，温度控制调节范围宽，通常多用于大型自动控制系统中对温度进行检测。四、应用案例热电偶测温电路 该电路适用于电镀工艺流水线及温度测量范围在 0 150C内的场合。电路图如下图。安装电路注意事项（1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；（2）必须要有电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数；（3）配置热电偶传感器的质量 J是电路工作和功能准确的关键；可以选择不同的热电偶；（4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作；（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。电路组成和功能作用电路由 J 型热电偶，具有基准点补偿功能的热电偶放大集成电路 IC2AD594（它适用于各种型号的热电偶），还有 IC1的 ICL7107COL驱动显示电路，显示温度是由数码管 TLR325组成的电路。而且可以利用 AD594 内部的 热电偶断线检测电路，三极管 VT1 及外围元器件组成的热电偶断线报警电路。电路工作过程热电偶的一对末端点作为热电偶的连接点，分别接在 IC2 AD594的“14”脚和“1”脚，这也是 AD594 的补偿接点。接点与 AD594 保持相同的温度。热电偶的温度每变化 1C，AD594 集成电路的“9”脚有 10mV电压输出，该电压经电阻 R10加到数字显示电路的 ICL7107的“31”脚，它把输入的电压信号模拟量转换成数字量，经内部译码后输出驱动控制信号驱动数码管TLR352，数码管显示的数字就是当前检测到的温度。在热电偶正常工作时，AD549 的“12”脚输出高电平，经 IC3 7404反相后输出低电平，所以三极管 VT1 8050截止，蜂呜器 BELL不响。当热电偶的引线断开时，AD954 的“12”脚变为低电平，通过 7404反相器，三极管 8050导通，使蜂呜器 BELL发出报警声音。五、知识链接热电偶作为传感器的测温元件，是由仪表测量热电偶的温度相应的热电动势。所谓的热电动势是指两种不同的导体组成一个闭合回路时，若两接点温度不同，则在电路中会产生电动势，这种现象称为热电效应，产生的电动势称为热电动势。由两种导体的组合并将温度转化为热电动势的传感器叫做热电偶温度传感器。两个接点温度高的一端热端或商量端，另一端则称冷端或参考端。热电动势的大小与两种导体材料的性质及接点温度有关。由于在使用热电偶传感器时，参考端的温度需要保持不变，这样才能准确地在热端测量温度。所以在实际使用热电偶测量温度时，要采取措施对热电偶进行温度补偿。 教 案 首 页授课班级课题序号授课课时44授课形式讲授授课章节名 称集成温度传感器使用教具多媒体课件1.掌握集成温度传感器定义教学目的2.了解集成温度传感器的相关应用案例教学重点教学难点集成温度传感器的相关应用案例集成温度传感器的相关应用案例更新、补充、删节内 容无课外作业预习相关知识内容教学后记 授课主要内容或板书设计集成温度传感器一、进行温度测量的必要性二、温度传感器的定义三、温度传感器有哪些部分组成四、任务完成的条件温度传感器电路是以温度传感器为核心的测量、控制电路，正确选择温度传感器是实现温度测量和控制的关键。除温度传感器，转换电路是必需的电路。输出显示电路是终端，它可以采用不同的方式显示，可以用简单的发光二极管，也可以用数码管，为了更精确的显示关联的信息，可以使用液晶显示器。五、集成温度传感器的定义六、相关应用案例1、模拟集成温度传感器 LM35在恒温电路中的应用2、数字集成温度传感器 DS18B20 在测温电路中的应用 引入新课温度测量应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等，下面介绍几种常用的温度传感器。温度是实际应用中经常需要测试的参数，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依靠温度来实现，温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述，并介绍与电路系统之间的接口。教学过程一、温度传感器的定义温度传感器是通过测量某些物理量参数随温度变化而间接测量温度。二、温度传感器的组成温度传感器主要是由温度感温元件组成的，而温度感温元件对温度变化具有自身特性的改变。温度传感器也称为热-电传感器。这种传感器用于各种需要对温度进行控制、测量、监视及补偿等场合。它们中有的可以直接转变为电信号，有的则需要采用间接变换以后才可以置换为与热能成比例的电信号。三、任务条件温度传感器电路是以温度传感器为核心的测量、控制电路，正确选择温度传感器是实现温度测量和控制的关键。除温度传感器，转换电路是必需的电路。输出显示电路是终端，它可以采用不同的方式显示，可以用简单的发光二极管，也可以用数码管，为了更精确的显示关联的信息，可以使用液晶显示器。集成温度传感器集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用半导体 PN 结的电流和电压特性与温度的关系，把感温元件(半导体 PN 结)与有关的电子电路集成在很小的硅片上封装而成的。其具有体积小、线性好、反应灵敏、价格低、抗干扰能力强等优点。集成温度传感器又分为模拟输出和数字输出两种。 四、应用案例1.模拟集成温度传感器 LM35在恒温电路中的应用安装电路注意事项（1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；（2）必须要有电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数。要调整 RP3电位器使温度显示为零（要把短路跳线取出）；（3）配置温度传感器 LM35 的质量是电路工作和功能准确的关键，并把温度传感器 LM35 放置在发热元件 R7中；（4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正 常工作；（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。电路组成和功能作用电路发热器 R7、温度传感器 IC1、LM35、比较器集成电路 IC2、OP07 和继电器电路组成恒温电路，另外由 IC4、ICL7107 及四只数码显示管 DSH14组成显示电路。该电路可作室内恒温控制使用。电路工作过程首先对电路进行调整：连接电源，调节电位器 RP3，使数码显示管 DSH14显示50.0。把开关 S拨到“1”的位置，把短路跳线 J的短路线断开，调节电位器 RP1和 RP2，使开关的“1”脚电压为 450mV，此时把恒温温度设置在 50C。把短路跳线 J接上，并把开关 S拨到“2”位置，恒温电路开始工作。把开关 K拨到“2”位置后，接通电源，由于环境温度比设定温度要低，此时电阻 R7（模拟发热器件）发热，温度升高，为了使实验节省时间，把温度检测器 IC2 LM35 安装在 R7里面，此时温度检测器 IC2 检测到的温度信号通过开关 S 送 IC4 ICL7107，由 IC4把数据提供给数码显示管 SH14 显示；另一路信号通过电阻 R3送到比较器 IC2 OP07 的“3”脚，当温度上升至50C时，IC2的“3”脚电位比“2”脚高，从“6”脚输出高电平信号，稳压二极管 VZ2被反向击穿，三极管 VT1导通，继电器 JK 吸合，发光二极管 VL 点亮，表示恒温开始，同时继电器 JK 的常闭触点断开，电路也停止给电阻 R7供电， R7停止发热。但由于余热关系，温度可能还会上升。但过一段时间后，R7的温度便会慢慢降下来，待 IC1 LM35 检测到温度低于 50C 时，便出现IC2的 3脚电位比 2脚低，6脚输出低电平信号，VT1截止，继电器 JK 释放，发光二极管 VL1熄灭， R7重新加热，如此循环，达到了恒温的作用。2.数字集成温度传感器 DS18B20 在测温电路中的应用数字集成温度传感器应用也非常广泛，主要应用在测量温度和控制温度等方面。电路图如下图。安装电路注意事项（1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路； （2）必须要有电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数；（3）特别检查温度传感器 DS18B20 的质量是电路工作和功能准确的关键；（4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作；（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。电路组成和功能作用电路比较简单，除了由 IC1 DS18B20 数字集成温度传感器组成的直接测温电路外，由 IC2 ATMEGA8L及外围元器件组成了单片机电路，芯片已经按测量室温的功能写入了相关的程序，另外由三个数码显示管 DSH13、三只三极管 VT13及外围元器件组成了显示电路，由 IC3 LM7805 及外围元器件组成了电源电路。该电路可直接测量室内的温度，温度范围为55C+125C能够由数码管直读温度的数值。电路工作过程数字集成温度传感器 IC1 DS18B20 测量室温，直接由 IC1的“2”脚输出数据给芯片 IC2 ATMEGA8L的“6”脚，单片机对传送来的数据进行处理，并由 D0D7数据输出端口输出信号，控制数码管 DSH13 各段点亮显示；由A1A3输出端口输出信号控制数码管 DSH13点亮。这样，就可以直接把室内的温度直读出来。 五、知识链接集成温度传感器电路文字符号一般可用 PIR表示。集成温度传感器按输出信号的形式分 3种。固定电压型固定电压型温度传感器的电阻温度系数 a =10mV/ C，即在 25C（298K）时输出电压值为 2.98V。常见的型号有 LM3911、A616、LM335等。固定电流型固定电流型温度传感器的电阻温度系数 a =10A / C，即在 25C（298K）时输出电压值为 2.98A。常见的型号有 AD590 等。可调电流型可调电流型温度传感器的温度系数可通过外接电阻的阻值来调节，范围为 1A / C 10mA / C。常见的型号有 LM134 等。 下图所示为典型集成温度传感器的内部电路图，图中两只半导体三极管VT1与 VT2为温度检测对管。其偏置电流比为 61，精密运放的反馈达到平衡后，两管的 b、e极的正向电压之差 Ube加至 R2，并经 R3到地。VT2发射极电压 Ue 2具有 2.2mV/ C的正温度系数，而 VT1发射极电压具有2.2mV/C的负温度系数，这样在 IC1-A运放的 Uref输出端产生零温度系数基准电压，而 IC1-B在 Temp OUT 端提供精确的 10mV/ C输出信号。1.LM35温度传感器 LM35 系列是电压输出式集成温度传感器，是一种得到广泛使用的温度传感器，输出电压与摄氏温度一一对应。由于它采用内部补偿，灵敏度为10mV/C，所以输出可以从 0C开始，温度每升高 1摄氏度，输出电压就增加10mv。在常温下，LM35 不需要额外的校准处理即可达到1/4C的准确率。低输出阻抗，线性输出和内部精密校准使其与读出或控制电路接口简单和方便，可单电源也可正负电源使用。基本参数工作电压：4.55.5V输出转换信号：10mV/C准确率：1/4C温度范围：55150 C功耗：小于 60A输出阻抗：0.1/1mA实物图 12.DS18B20温度传感器电路图 2DS18B20是改进型智能数字温度传感器，DS18B20器件本身提供 9位温度读数，是一款具有单总线结构的器件，信息经单总线接口送入或输出数据，因此从单片机到 DS18B20仅需一条连线，MCU可根据协议读取温度数据。即 DS18B20 与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通信。温度传感器 DS18B20，它集温度测量、A/D转换于一体。DS18B20的输出为数字量，可以直接与单片机连接，无需后级 A/D转换，控制简单。DS18B20只用一根信号线，既供电，又传输数据，而且数据传输是双向的，单总线具有“线与”功能，连接方便，便于扩展，即可在一根总线上挂接多个 DS18B20 来组建温度测量网络。由于 DS18B20 组建的温度测量单元 体积小，便于携带、安装。由于 DS18B20采用 CMOS技术，耗电量很小，从总线上取得一点电保存到 DS18B20内的电容中就可供给器件工作。在使用中不需要任何外围元件。可自设定非易失性的报警上下限值。支持多点组网功能，多个 DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温。负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作。其管脚排列如下图所示：基本参数工作电压：4.55.5V测温范围：55 C+125 C 精度高：0.0625C集成温度传感器检测在检测集成温度传感器时，可用万用表先简单量度传感器的 3个脚之间的电阻值，一般都在几百千欧姆以上，如果电阻太小，这传感器基本上已经损坏，不能再用；同样，如果表笔全部都没有动一下，也说明已经损坏，不能再用。或者在集成温度传感器的电源端接入 46V电源，调整万用表到直流电压 2.5V档，用万用表的正极接信号输出端，负极接地端，然后加热集成温度传感器，应该可以看到指针摆动，这说明集成温度传感器质量是好的，可以使用。 教 案 首 页授课班级课题序号授课课时52授课形式讲授授课章节名 称光敏电阻传感器使用教具多媒体课件1.掌握光敏电阻传感器定义教学目的2.了解光敏电阻传感器的相关应用案例教学重点教学难点光敏电阻传感器的相关应用案例光敏电阻传感器的相关应用案例更新、补充、删节内 容无课外作业预习相关知识内容教学后记 授课主要内容或板书设计光敏电阻传感器一、什么是光电效应光电效应一般分为外光电效应、光电导效应和光生伏特效应。外光电效应是指物体在光照射下，物体中的电子从物体表面逸出的现象，也成为光电发射效应。如光电管、光电倍增管等。光电导效应是指物体在光照射下，物体的电阻率等发生改变的现象，也成为光电导效应。如光敏电阻和光导管。光生伏特效应是指物体在光照射下产生一定方向电动势的现象，如光电池、光电晶体管等。二、任务完成环境三、光电传感器电路组成四、任务完成的条件由于光电传感器已经把光能转换为电能信息，所以除了光电传感器，驱动电路是必需的电路。光电传感器输出的信号一般比较弱小，为了驱动执行机构，必须要有把信号进行必要的放大，才能使执行机构运行。执行机构是终端，它可以采用不同的执行方式模式，一般是光、电、声、机械模式。由于光电传感器种类很多，在应用时要视电路的功能选择光电传感器，这样才能适当地应用光电传感器。五、相关应用案例1、光敏电阻器在声光控制灯电路中的应用2、光敏电阻器在电话照明灯控制电路中的应用 引入新课光是日常生活、工农业生产、医学、军事、航空航天及科学研究等各个领域接触的物理量，充分利用光电效应，对提高测量控制精度、信息传输、图像处理以及开发环保能源有着极大的帮助和非凡的意义。教学过程一、任务描述光电传感器电路是由光电器件、转换电路和控制电路组成的，如下图所示。二、任务条件由于光电传感器已经把光能转换为电能信息，所以除了光电传感器，驱动电路是必需的电路。光电传感器输出的信号一般比较弱小，为了驱动执行机构，必须要有把信号进行必要的放大，才能使执行机构运行。执行机构是终端，它可以采用不同的执行方式模式，一般是光、电、声、机械模式。由于光电传感器种类很多，在应用时要视电路的功能选择光电传感器，这样才能适当地应用光电传感器。光敏电阻传感器光敏电阻就是对光反应敏感的电阻器，它的电阻率随入射光的强度变化的电阻器。利用其电阻值随光照强度而改变的特性，光敏电阻主要应用在对光进行控制的电路上，如照相机的闪光控制、室内光线控制、工业及光电控制、光电开关、光电耦合、光电自动检测、电子检钞机、电子光控玩具、自动灯开关及各类可见光电控制、测量。光敏电阻传感器又分为模拟输出和数字输出两种。四、应用案例1.光敏电阻器在声光控制灯电路中的应用 安装电路注意事项（1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；（2）必须选择电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，在装配与调试过程中，可适当调整电路元器件的参数；（3）特别检查光敏电阻器传感器 LDR1的质量，它是电路工作和功能实现的关键；（4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能正常工作；（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。电路组成和功能作用通过光照和声音控制小灯（Light）的亮和不亮，电路中的光敏选择开关S1控制光敏电阻器是否有效，在接入光敏电阻时，周围环境足够光亮时，不管发出多大的声响，均不能改变小灯不亮的状态，只有在周围环境亮度暗下来后，声响才能起作用；在 S1接在 off 位置上，接上电源后，电路处于稳定状态时，小灯不亮，在发出第一声响时，小灯由不亮转为亮，熄灭后再发出声响，小灯再由不亮转为亮；通过延时电位器 RP可以控制小灯亮的时间。电路工作过程如果电路不接入光敏电阻 LDR1，声光控电路在5V工作电压状态下，集成电路 IC1是一个处于稳定状态的单稳态触发器，IC1的“5”脚输出低电平，VT3、VT4、VT5均在截止状态，所以小灯不亮。 在发出第一声响时，给 VT1基极一个低电平，VT1截止，VT2基极高电平，VT2导通，这就给了 IC1的输入端“2”脚一个负脉冲，使 IC1的状态翻转过来，IC1的“3”脚输出由低电平变为高电平，VT3、VT4、VT5变为截止状态，所以小灯经过一段时间后熄灭。再发出第二声响时，小灯再次由不亮转为亮；如果电路接入了光敏电阻器 LDR1，周围环境足够光亮时，光敏电阻器LDR51的电阻变小，IC1的“4”脚低电平，IC1维持在稳定状态，IC1输出端“3”脚为低电平，VT3、VT4、VT5截止而小灯不可能点亮。只有在周围环境亮度暗下来后，光敏电阻器 LDR1的电阻变大，IC1的“4”脚恢复高电平，IC1才恢复为一个处于稳定状态的单稳态触发器电路。这时和没有接入光敏电阻 LDR1时工作状态一样。调整电位器 RP 的大小，等于调整单稳态电路 IC1 的“6、7”脚的时间常数，也改变其输出端“3”脚的暂稳态的时间，所以电位器 RP可以控制小灯亮的时间。2.光敏电阻器在电话照明灯控制电路中的应用光敏电阻器在电话照明灯控制电路线路板如下图。安装电路注意事项（1）制作线路板后，根据电路图检查线路有否开路或短路；（2）必须选择电路合适的元器件参数，为了更好地实现电路功能，可适当调整电路元器件的参数；在晚上没有打入（打出）电话时，调整 RP电位器，使灯泡 HL临界在不亮状态。（3）特别检查光敏电阻传感器 RG的质量，它是电路工作和功能实现的关键；（4）要按装配工艺要求进行焊接和安装；（5）要选择合适的电源电压，不能随意变动电源的电压，否则电路不能 正常工作；（6）测试电路参数时要按规范操作仪器设备，不得在带电的情况下进行元器件的焊接与安装。电路组成和功能作用由光敏电阻器 RG和三极管 VT1 9014组成光控开关电路，VD14和光电耦合器 IC1组成话音开关电路，集成块 IC2 555及外围元件组成单稳态触发电路，可控硅 VS1及外围元件组成可控硅照明开关电路，二极管 VD5、稳压二极管 VZ 和电阻 R5、电容 C5组成整流稳压电路。A1、A2接在电话线上，电路可在夜间电话铃响或摘机拨号时自动点亮，挂机后延迟一段时间会自动熄灭。电路工作过程当无电话打入或未使用电话机时，IC1不工作，“4”脚输出低电平，VT1截止，IC2的“2”脚保持高电平，“3”脚输出低电平，VS1不被触发，照明灯 HL不会点亮。白天使用电话机时，由于光敏电阻传感器 RG受光照呈低阻状态，从而使VT1基极维持低电平而处于截止状态，IC2的“2”脚仍保持高电平，“3”脚输出低电平，所以 HL灯不会被点亮。在晚上且室内无光时，光敏电阻传感器 RG无光照便呈现高阻状态，而且其阻值远大于 R1。当有电话打进时，光控开关 IC1工作，“4”脚输出高电平加到 VT1基极，使 VT1导通，IC2的“2”脚由高电平变为低电平，使 IC2被触发翻转，IC2的“3”脚变为高电平，经 R4触发 VS1导通，HL照明灯点亮。如果电话铃响结束无人接或通话结束挂机，IC1 不工作，“4”脚输出低电平，照明灯 HL就不会点亮。五、知识链接光敏电阻器的实物和图形符号如图所示，电路文字符号用 R或 RG、RL表示。 光敏电阻器结构与原理光敏电阻器在日常生活中主要的紫外光敏电阻器、红外光敏电阻器和可见光敏电阻器；紫外光光敏电阻器对紫外光线较为灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻等，用于探测紫外光线。红外光光敏电阻器对红外光线较为灵敏，主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅、锑化铟等光敏电阻器。红外光光敏电阻器应用比较广泛，主要用于导弹制导、天文探测、非接触温度测量、人体病理探测、红外通信等等。可见光光敏电阻器是我们日常生活中应用最多的光敏电阻器，如光电自动开关，照明系统的自动亮灭，自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器光电跟踪系统等。光敏电阻器基本参数光敏电阻器的特性参数比较多，有光谱特性、照度特性、响应时间、温度特性、额定功率、最大工作电压、亮度电流、暗电流、伏安特性、时间常数、灵敏度等，其中特别需要了解的是：亮电阻与暗电阻：光敏电阻器受光照时的电阻值称为亮电阻，没有光照时的电阻称为暗电阻。暗电阻一般为 1100M；亮电阻一般为 0.520k。响应时间：表示光敏电阻器对光照反应速度的大小。它有上升响应时间和下降响应时间。时间常数越小，说明光敏电阻器反应迅速及动态特性越好。光谱特性：对于不同波长的入射光，光敏电阻器的相对灵敏度是不同的。光谱特性用来表示光敏电阻器对不同波长的光照敏感程度。可见光光敏电阻在相同的光照强度而不同的波长与产生的光电流的关系，产生的光电流越大，灵敏度越高。额定功率：指亮电流与外电压的乘积。一般光敏电阻器的额定功率有5300mW。最大工作电压：指光敏电阻器在额定功率下，两端承受的最高电压。在几十伏至上百伏。伏安特性：在一定照度下，表示光敏电阻器两端所加的电压与流过的电流之间的关系。光谱特性：对于不同的波长的入射光，光敏电阻器的相对灵敏度是不相同的。光谱特性用来表示光敏电阻器对于不同波长的光照的敏感 程度。光敏电阻器对光的敏感性与人眼对可见光 0.40.76m的响应很接近。只要人们可感受的光，都会引起它的阻值的变化。温度特性：光敏电阻器温度影响较大。当温度升高时，它的暗电阻会下降。温度的变化对光谱特性也有很大的影响。所以当温度升高时，它的暗电阻和灵敏度都下降。光敏电阻器检测检测光敏电阻器时应将万用表的电阻档档位开关根据光敏电阻器的亮电阻阻值大小拨至合适的位置上。测量时可以先测量光敏电阻器在有光照时的电阻值，然后用一块遮光的厚纸片将光敏电阻器覆盖严密。若光敏电阻器是正常的，则会因无光照而阻值剧增。若光敏电阻器变质或损坏，则阻值直接测量时就会变得很小或不变。另外在有