传感器与自动检测项目10

学习目标技能目标能运用所学知识对简单的微机化自动检测系统进行设计能按教学要求进行课程设计并完成设计报告

知识目标了解微机化自动检测系统的基本构成和功能了解微机化自动检测系统设计的一般原则项目10自动检测系统设计任务1自动检测系统设计（1）传感器传感器的功能是把各种非电物理量变换成电信号，以便进行数据采集，传感器输出与输入的关系要求尽可能是线性的。传感器是检测系统的关键部分，其精确度决定了系统的精确度。10.1.1系统的基本构成与功能1．系统的基本构成知识链接图10.1微机化自动检测系统原理框图（2）放大器传感器的输出信号通常比较微弱，且包含了一定的干扰信号。通过放大器可将弱电信号进行放大，同时对传感器的输出信号进行滤波，减小干扰和进行阻抗变换等。（3）多路模拟开关数据采集系统中通常要对多个不同的物理量进行检测，为减少检测通道的设备，可采用巡回检测的方法使用公共A/D转换器，即各通道的物理量经传感器变换后，由多路模拟开关按时间顺序巡回接通A/D转换器，以便进行转换。（4）采样保持器采样就是在控制信号的作用下，将时间上连续变化的模拟量转换为时间上断续的模拟量。由于A/D电路对模拟量进行量化的过程需要一定时间，在这个转换时间内应保持取样点的函数值不变才能保持转换的精度。这种暂时保持模拟信号取样值不变的电路，叫做采样保持器。（5）A/D转换器

A/D转换器的作用是将模拟信号转换成数字信号。转换器的位数决定了信号转换的精确度，其转换速度也决定了检测系统的采样速度。（6）外设接口通过外设接口，微处理器将数据向系统外输出，以实现显示、打印记录和绘图等工作。（7）D/A转换器与A/D转换器的作用相反，D/A转换器的作用是实现数字量到模拟量的转换，即把微处理器处理后的数字量转换成模拟量后，去控制执行机构或其它模拟设备的动作。（8）通信接口当需要接收上位计算机系统的控制信息或向上位计算机系统发送数据，以及系统与系统之间进行信息交换时，必须通过特定接口来完成，即通信接口。（9）微机总线为实现系统标准化、系列化以及与其它标准微机设备配套使用，需要使用规范化的总线标准。（10）微处理器（CPU）微处理器是微机系统的核心，可实现对整个系统的管理，包括输入通道、输出通道、信息通信等的管理，进行采样数据的运算和处理，提供各种智能化、自动化操作功能等。

微机化自动检测系统包括硬件和软件两个部分，系统的功能不仅由硬件体现出来，而且许多功能是靠系统软件实现的。系统软件设计的好坏很大程度上决定了整个系统功能的优劣。系统软件是CPU进行运算、数据处理、逻辑判断以及各种自动操作的依据。（1）数据处理功能（2）系统的智能化与自动化功能（3）系统的输出与人机对话功能2．系统的基本功能

10.1.2微处理机系统及其性能的确定1．主机的选择要点选用现成的微机系统组成检测系统的主机选用单片机或用微处理器芯片组成专用系统

2．主机的字长选择主机字长越长，意味着主机的运算和控制能力愈强，但成本较高。微处理器的字长有4位、8位、16位和32位。3．处理速度的确定处理速度是指主机执行应用程序时的速度，取决于微处理器的时钟周期、执行一条指令所需的周期数和指令系统的结构。一般情况下，时钟周期越短，执行的速度越快。

4．中断系统的选择一个微处理器中断方式的种类多少是决定该系统能否进行灵活控制的关键

5．负载驱动能力的确定在构成一个完整的系统时，要考虑微处理器输出端的电平和驱动电流的大小，这些参数决定了系统需要多少缓冲电路芯片。6．系统功耗考虑一般TTL微处理器功耗较大，NMOS电路功耗居中，CMOS功耗最小。此外，系统字长越长、时钟频率越高，系统的功耗越大。10.1.3微机化系统设计的一般原则1．硬件设计方面的考虑硬件设计的主要任务是I/O设备的选择，包括并行接口、串行接口、定时器、A/D与D/A转换接口及总线标准等方面。除了通用的I/O设备选择外，还有对自行设计接口电路中的逻辑部件的选择，包括各类锁存器、译码器、逻辑门电路、驱动器及各种逻辑控制电路等。此外，键盘和操作显示面板是人机对话的纽带，它的主要任务是打印和显示结果，根据工艺要求修改监测点或控制点参数，设置越限或故障报警，选择工作方式，实现手动/自动无扰切换等。所以必须设置一些按键或开关并通过接口与主机相连接。图10.2微机化系统设计的一般步骤2．软件设计方面的考虑考虑微机的指令系统和软件功能。图10.3微机硬件选择需考虑的因素图10.4微机软件选择需考虑的因素图10.5微机系统软件开发步骤任务2电子皮带秤设计

皮带秤在运行中的瞬时输送量w（t）等于单位皮带长度上的物料重量q（t）与皮带速度v（t）的乘积。即

w（t）=q（t）v（t）皮带的总输送量为

1．基本工作原理知识链接图10.6单片机皮带秤工作原理图2．系统硬件设计图10.7单片机皮带秤内部结构原理图微机皮带秤的内部结构主要部分由主机板、显示板、键盘板和打印机组成。图10.8V/F变换电路原理图（1）信号的放大及变换（2）微机系统3．系统软件设计（1）皮带秤的实际运算公式当测速传感器和重量传感器的输出已知后，皮带秤一次称量值和累计值计算式为

K值由挂码标定或实物标定处理得来的，K值求出后即可投入自动称重，根据计算公式求出一次称重值和累计值。（2）挂码校正功能模块由于电子皮带秤自身有重量，在运行过程中也难免在皮带上残留一些物料，从而影响测量精度，因此电子皮带秤在使用前或使用中必须进行校正，校正方法有挂码校正和实物校正两种。实物校正就是在现场用实际物料来校正称重比例系数K；挂码校正就是根据量程的大小在称架上挂一定重量的砝码，然后用键盘输入对应的重量数值，再按下挂码键，此时挂码指示灯亮，经过设定的时间，在4位显示器上显示出标定系数K的大小。（3）自动称重功能模块该模块将计算一次称重值和累计值，并把结果送显示。图10.9系统软件框图任务3电子汽车传感器设计

车用传感器对车辆的安全、经济、可靠运行，起着至关重要的作用。用传感器组成的汽车仪表包括燃油油量表、车速表、里程表、机油压力表、冷却液温度表、气压表、发动机转速表，以及驻车制动指示、断气制动警示、排气制动警示、机油压力警示、冷却液液位报警仪等。知识链接1．课程设计目的通过检测温度、压力、液位、速度、大电流等工业测控中的常用参数，培养实际工作能力；传统汽车仪表正朝电子化、微机化方向迅猛发展。可以培养和提高一定的研发能力。学会从工程角度思考问题，熟悉传感器产品，学会对传感器产品的正确接口、信号调理、线性化、校准及常用的电子显示、报警方法。2．设计任务

要求从图10.1中选取三个汽车仪表，将其设计为电子式仪表。要求从车速-里程表中选择一个，组合仪表中的四个表中任选两个。

图10.10全电子式汽车仪表的基本组成3．设计要求基本题：车速表、里程表、油量表、油压表、水温表、电流表发挥题：车内外气温表、无接触（免软轴连接）式车速里程传感器及其配套表设计、自行设计一种高精度车速里程表传感器、倒车防撞报警仪4．设计报告

设计报告的文字务求精练，一般为6页左右，必须在有限篇幅下，选择关键的、能体现设计水平的内容。每只表的设计报告，一般应包括：①系统方案讨论②传感器及单元电路（IC）原理简述③详细电路图④必要的计算⑤参考文献5．参考进度①查阅并自学常用汽车传感器资料1天。②查阅、自学IC资料和大电流检测方法并初拟各表的实现方案1天。③三只表的详细电路图设计3天。④计算机仿真2天。⑤制作调试3天。⑥撰写设计报告4天。6．设计提示（1）车速表汽车的车速表和里程表用于指示汽车的行驶速度和行驶的里程数。数字车速用传感器有霍尔型非接触式传感器、磁电式传感器、光电式传感器等，其工作原理都是在车辆行驶的过程中连续向外发送脉冲信号来传递相关的信息。

图10.12车速表原理图图10.11光电式传感器测速原理（2）里程表车速表和里程表应共用一个SZMB-5型磁电式转速传感器，以降低成本。里程表原理图如图10.4所示。图10.13里程表原理图（3）油量表油量表可用电阻式传感器，它有正向和反向变化式两种。油量显示可采用电阻分压取样和恒流源电阻取压采样等。图10.14电阻分压取样图10.15恒流源电阻取压采样（4）油压表常用油压表也是电阻式的，故也可以用油量表的两种方案，由于油压传感器电阻较高（185），应用直接电阻分压取样方法时非线性不大，故