传感器课程设计论文.doc

湘潭大学课程设计说明书题 目： 公交车开关门显示器 学 院： 材料与光电物理学院 专 业： 测 控 技 术 与 仪 器 姓 名： 刘 丁 山 学 号： 2007700227 指导教师： 杨 穗 同组成员：何 旺 鲁 锐 曽 博完成日期： 2010年7月15日 引 言2一 设计要求2二 试验原理分析和相关元件介绍22.1 经典霍尔效应22.2 霍尔传感器32.3 霍尔接近开关32.4 七段数码管42.4.1 七段数码管引脚42.4.2 如何判断数码管共阴或共阳4三 电路原理分析43.1 原理图43.2 原理图分析53.3 测试结果6四 个人主要工作64.1个人工作介绍64.2 遇到的问题74.3 更换显示装置74.4 更换显示内容7五 结语7六 总结与思考及答谢7参考文献8附 录9开关门显示器的设计引言车用传感器的应用现状车用传感器是电子控制系统的主要组成部分之一，在实现车辆电子化中占有举足轻重的地位1。一辆电子控制系统比较完整的豪华轿车中，几乎可以有20-30个霍尔传感器用于下列工作状态的测量和控制：在汽车汽缸点火器中作电子断续分电点火用；作汽车发动机转速和曲轴角度传感器；作各种自动门窗的开关系统；作速度表和里程表；作防锁死刹车系统(ABS)中的速度传感器；各种液体液位检测器；作各种用电负载的电流检测及工作状态诊断；发动机熄火检测；作自动刹车系统(替代手刹)中的速度传感器；作蓄电池充电的电流控制器等2。在自动控制系统的电子电路中，普遍使用的是霍尔开关，它能够感受接近物体磁通的变化，利用这种传感器对接近物体磁通变化的敏感特性达到控制开关通、断的目的3。并使用数码管实现显示功能。关键词：电动车门；霍尔效应；霍尔传感器；数码管一、设计要求利用霍尔传感器作为控制核心，实现车门开关状态的显示与提醒功能。二、实验原理分析和相关元件介绍2.1 经典霍尔效应所谓霍尔效应4，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。如果在一块矩形半导体薄片上沿x轴方向通以电流，。，在z轴方向上加磁场B，则在垂寅于电流和磁场的方向(即Y轴方向)上产生电势差VH，这一现象称为霍尔效应。VH称为霍尔电压。产生霍尔效应的原因是形成电流的做定向运动的带电粒子即载流子（N型半导体中的载流子是带负电荷的电子，P型半导体中的载流子是带正电荷的空穴）在磁场中所受到的洛伦兹力作用而产生的。2.2 霍尔传感器霍尔传感器外观图（a）和引脚图（b）引脚1接高电平12V高电平引脚2接地引脚3输出电压2.3 霍尔接近开关霍尔开关是开关型霍尔集成电路的一种应用形式。首先，开关型霍尔集成电路输出的是数字信号，“0”代表低电平，“1”代表高电平。其次，霍尔器件是一种磁电转换的磁敏传感器，它可以感受磁场的变化，因此需要使用磁性物体作为其接近物体，通过霍尔开关检测磁性物体的存在与否，达到控制开关通、断的目的。霍尔接近开关应用示意图如图8所示。在图8b中，磁极的轴线与霍尔接近开关的轴线在同一直线上。当磁铁随运动部件移动到距霍尔接近开关几毫米时，霍尔接近开关的输出由高电平变为低电平。2.4 七段数码管2.4.1 七段数码管引脚数码管实际上是由7个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。如：显示一个“2”字，那么应当是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。2.4.2 怎样测量数码管引脚，分共阴和共阳?找公共共阴和公共共阳：首先，我们找个5V电源和1个1K（几百欧的也行）的电阻，VCC串接个电阻后和GND接在任意2个脚上，组合有很多，但总有一个LED会发光的，找到一个就够了，然后GND不动，VCC（串电阻）逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阴的了。相反用VCC不动，GND逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阳的。也可以直接用数字万用表，红表笔是电源的正极，黑表笔是电源的负极。三、电路原理分析3.1 原理图3.2 原理图分析实验总体电路构造方案比较简单，主要包括霍尔传感器和显示部分（数码管）。用发光二极管（绿）发光表示电路连通正常。滑动变阻器起到保护数码管的作用。通过霍尔传感器将车门的开关转换为电信号。当车门关闭时（即当有磁铁接近霍尔传感器时）霍尔传感器引脚输出高电平，当车门打开时传感器引脚输出低电平。利用这两个电信号，我们可以控制七段数码管的显示的变化：当车门关上显示的是“0”，数码管a,b,c,d,e,f引脚接上高电平；当车门打开显示的是“1”，数码管b,c引脚接上的是高电平，其余引脚接低电平。整个电路需要一个12 V的直流电源来提供直流电。如果用直流电池供电，则不能满足长时间的工作要求。因此，选用电容降压式直流稳压电源电路来产生直流电源。将市电先后通过电容降压、半波整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的12 V直流电压。3.3 测试结果霍尔开关的具体实现方式示意图如图1所示。霍尔开关(用B表示)安装在门框上，而磁钢安装在门的上边框上。当关门时，磁钢刚好在霍尔开关正下方，且靠近霍尔开关，利用霍尔开关检测面的霍尔效应，使开关内部电路状态发生变化，霍尔开关能感受到磁钢的存在。当打开门时，磁钢离开霍尔开关，没有磁场通过检测面，检测面不发生霍尔效应，感知到门没有关严。霍尔开关输出特性如图2所示。四、个人主要工作4.1 个人工作介绍在此次的传感器课程设计中，我主要负责电路设计与硬件的装配和调试的工作。4.2 遇到的问题4.2.1 更换显示装置一开始我们选择用发光二极管作为显示工具，在仿真中效果还不错，而在实际操作中，我们发现了两个问题：1二极管亮度不强假若二极管损坏则会导致错误显示。为此，我们决定使用数码管，并对电路进行了新的设计。4.2.2 显示内容更换为了表示直白清楚，我们一开始设计将开门显示为“O”（Open）,关门显示“C”（Close），电路调试过程中，发现了一个与之前相同的问题：如果数码管有LED灯坏掉了，由于显示的“O”与“C”只差两个段选，也有可能会导致显示错误。于是我们最终选定显示方案：开门显示“1”，关门显示“O”，以避免错误。五 结语文中以车身前门的设计为例来说明整个系统设计过程，其实稍作改动该系统便可以应用到其他几个车门。本文所研究和设计的开关门显示装置的特点是使用了非接触霍尔开关。它是自动控制系统中使用十分普遍的一种传感器，其最大特点是非接触性和可靠性高。利用霍尔开关的这两个特点正好可以满足装置中所需要非接触开关的要求。该装置制作容易，动作稳定、可靠，具有一定的实用价值，能够大大方便人们的日常生活。六、总结与思考及致谢我们进行了为期两周的课程设计。通过这次课程设计，我拓宽了知识面，锻炼了能力，综合素质得到较大提高。而安排课程设计的基本目的，是在于通过理论与实际的结合、人与人的沟通，进一步提高思想觉悟和领悟力。尤其是观察、分析和解决问题的实际工作能力。作为整个学习体系的有机组成部分，课程设计虽然安排在两周进行，但并不具有绝对独立的意义。它的一个重要功能，在于运用学习成果，检验学习成果。运用学习成果，把课堂上学到的系统化的理论知识，尝试性地应用于实际设计工作，并从理论的高度对设计工作的现代化提出一些有针对性的建议和设想。检验学习成果，看一看课堂学习与实际工作到底有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习计划，改变学习内容与方法提供实践依据。对我们通信专业的本科生来说，实际能力的培养至关重要，而这种实际能力的培养单靠课堂教学是远远不够的，必须从课堂走向实践。这也是一次预演和准备毕业设计工作。通过课程设计，让我们找出自身状况与实际需要的差距，并在以后的学习期间及时补充相关知识，为求职与正式工作做好充分的知识、能力准备，从而缩短从校园走向社会的心理转型期。课程设计促进了我系人才培养计划的完善和课程设置的调整。近年来，我系为适应学生的实践需要陆续增设与调整了一系列课程，受到同学的欢迎，其中这次的设计很受同学们的喜欢。课程设计达到了专业学习的预期目的。在两个星期的课程设计之后，我们普遍感到不仅实际动手能力有所提高，更重要的是通过对软件开发流程的了解，进一步激发了我们对专业知识的兴趣，并能够结合实际存在的问题在专业领域内进行更深入的学习。并且在这次课程设计的过程中，我真正接触到了硬件，经历从对硬件方面知识的欠缺到熟悉的过程，通过这次实验，第一次觉得原来硬件并不像我想象中的那样难，相反地，它是一门很有意思的课程，那么多不同的小小的芯片组合在一起竟然可以实现你想象不到的效果，真的是很神奇！以前只是觉得软件里的程序很神奇，因为就是那些密密麻麻的代码组合在一起也可以实现很特别的功能，现在看来硬件也蛮有意思的，总的说来，计算机真的是一门很神奇的课程，不管在哪些方面，都起着举足轻重的作用，想想现在的各行各业，哪个不用到微型机，对于学习通信专业的我来说，这应该是个警示，在剩下的大学生活里，我应该好好珍惜，好好学习各方面的知识，这样以后在工作中也不至于落下笑话，至少要让别人觉得自己确实是学通信工程专业出去的。至少在单片机方面也是了解了一些些，我相信这次课程设计会对我以后的工作会有很大程度的益处，在此还要谢谢杨穗老师的用心指导！【