传感器技术 课件 第7章　新型传感器应用项目案例

任务1智能传感器在车联网中的应用Contents目

录

任务描述与要求1任务内容2任务小结3任务描述与要求

新能源汽车产销量在最新数据显示中创下了历史新高。当月生产和销售分别为75.5万辆和70.8万辆，环比增长9.3%和6.2%，同比增长1.1倍和93.9%。市场占有率达到了27.1%。此外，1-9月份，前十名新能源汽车销售企业合计销量为373.1万辆，同比增长1.2倍。这占全年销售总量的81.7%，比去年同期提高了5个百分点。比亚迪在新能源汽车销量排名前十中表现出色，前9个月销量超过100万辆，占市场份额的25.8%。预测全年新能源汽车销量将达600万辆左右。比亚迪在10月份的销量达到了21.78万辆，同比增长了168.78%。1-10月的累计销量为139.79万辆，同比增幅为233.92%。1、任务描述与要求任务描述：比亚迪海豹汽车功能丰富多样，有光感天幕、DiLink智能网联系统、手机NFC车钥匙、电池管理单元等。请问光感天幕中涉及到了哪些传感器和技术原理呢？1、任务描述与要求任务要求：要求1：了解汽车应用中的光感天幕技术发展历程；要求2：掌握汽车应用中的光感天幕技术基本原理；要求3：掌握电致变色技术基本原理；要求4:掌握光照传感器的工作原理；要求5：掌握光照传感器产品类型；要求6：了解光照传感器的应用场景。任务内容汽车应用中的光感天幕技术基本原理光照传感器产品类型任务小结2、汽车应用中的光感天幕技术汽车车顶的发展历程汽车车顶发展可分4阶段：无天窗、小天窗、大车窗和全景天幕。特斯拉的MODEL3采用全景天幕后，引领了全景天幕潮流。国内车企如蔚来EC6、小鹏P7、荣威ER6等已量产车型以及即将量产的蔚来ET7、小鹏P5、智己L7等也推出了全景天幕。2、汽车应用中的光感天幕技术汽车全景天幕的兴起，带着其趋势下的必然。在智能化和电动化的趋势下，汽车正朝着"第三生活空间"转变，对安全、智能、美学和舒适性提出更多要求。类似选择房屋时喜欢采光好、通风的特点，汽车车顶也借鉴这些概念。一体化的全景天幕设计成为理想选择，它简约透明，增强了科技美学，提供更开阔的视野和采光效果，带来敞篷车般的空间感和舒适体验。此外，电动车的底盘电池较厚，压缩了车内垂直空间，传统天窗可能会进一步减小空间，因此制造商选择全景天幕以获得更多头部空间。全景天幕2、汽车应用中的光感天幕技术早在2005年，汽车行业已尝试应用调光技术于车顶光线调节，法拉利Superamerica是首款应用此技术的车型。但由于技术和成本问题，该技术并未得到广泛应用。随着智能化和电动化的发展，全景天窗逐渐兴起，玻璃应用增加。主机厂开始关注调光技术以提升智能座舱和光线控制。比亚迪海豹采用了EC调光技术，通过改变电压来改变材料的光学特性。第三代电致变色技术采用了柔性薄膜基底和高效生产工艺，可实现更大尺寸和曲面的产品。天窗隔热性能至关重要，但全景天窗占据车顶空间，导致大量热量进入车内。天幕工作原理2、.汽车应用中的光感天幕技术电控光感天幕控制前/后对比汽车智能电动化趋势下，EC调光天窗提供了一种可能性：既能提升车辆外观和视野，又能在需要时遮光隔热，省去遮阳帘，并获得更多头顶空间的舒适体验。比亚迪海豹是首款搭载EC调光天窗的车型，可根据需求调节光线，并阻隔紫外线和红外线，保护眼睛和皮肤。这种技术还能为汽车打造多样的生活空间，如沐浴阳光房、浪漫星空房和私人影院。2、基本原理光感天幕是一种可以感应光线并改变颜色的天窗，使用电致变色技术（EC）实现。与光致变色和热致变色技术不同，电致变色技术的产品能够提供更多自主权和调控方式给用户。光感天窗能根据外界光线自动调节透明度，让视野无遮挡，享受宽广的视野和周围景物。电致变色技术通过在外加电场下进行氧化还原反应来改变材料的颜色。01光感天窗利用传感器采集太阳光强度，并通过控制电的变化来调节玻璃透明度。常用的传感器类型包括光敏传感器和光照度传感器。光照度传感器基于热点效应原理，使用高反应性部件来检测太阳光强度，并将其转换为电信号输出。022、光照传感器产品类型BH1750光照传感器简介1750是一种数字光强度传感器，适用于两线式串行总线接口。它可以根据收集的光线强度数据来调整液晶或键盘背景灯的亮度。具有高分辨率，能够探测广泛范围的光强度变化。内部包含光敏二极管、运算放大器、ADC采集和晶振等组件。特点包括使用ROHM原装芯片，支持广泛的输入光范围，无需复杂计算，可与多种单片机连接，并适用于室内光照检测。BH1750光照传感器2、光照传感器产品类型bh1750引脚说明：引脚号名称说明1VCC供电电压源正极2SCLIIC时钟线，时钟输入引脚，由MCU输出时钟3SDAIIC数据线，双向IO口，用来传输数据4ADDRIIC地址线，接GND时器件地址为0100011，接VCC时器件地址为10111005GND供电电压源负极2、光照传感器产品类型MAX44009简介：MAX44009是一款低成本的485光照度传感器模块，工作电压范围为3-5V，体积小、功耗低。它具有22位超宽动态范围，可测量0.045勒克斯至188,000勒克斯的光强度。该传感器适用于智能手机、笔记本电脑和工业传感器等便携式应用。它采用I²C数字输出接口，具有低功耗特性，工作电流小于1µA。此外，MAX44009通过优化光电二极管的光谱响应，能够模拟人眼对环境光的感知，并具备红外和紫外阻挡能力。它还具有自适应增益模块，可以自动选择合适的勒克斯范围以优化计数/lux。MAX44009在温度范围为-40°C至+85°C内工作，提供了设备地址选项以满足不同需求。MAX44009原理图2、任务小结中国新能源汽车崛起：在西方人眼皮子底下，在西方有意无意的忽视中，中国逐渐摆脱了西方“苦工”的地位，成长为可以和西方全球竞争的重量级对手。中国每一个产业的崛起，就意味着西方能获取高额利润的“蛋糕”被切走了一块！今年以来，中国又一个产业显现出全面崛起的征兆，这就是电动汽车产业！本次上海汽车展，国产车的风头完全盖过了国际品牌，不仅是数量和设计，还有技术，尤其是以华为为代表的自动驾驶技术和以宁德时代、比亚迪为代表的动力电池技术，已然有与西方正面对抗，甚至碾压他们的实力！汽车电动化和自动驾驶给中国汽车业弯道超车创造了前所未有的机遇：2、任务小结中国动力电池世界第一2022全球动力电池装机排名智慧芽发布的《锂二次电池行业白皮书》显示，中国是全球锂二次电池布局的首选市场，占全球专利申请量的31%。锂离子电池商业应用广泛，锂硫和锂空气电池是具有发展潜力的技术。未来，锂二次电池在动力领域的应用将成为主要增长方向。2022全球动力电池装机排名排名公司装机量（GWh)同比增长1宁德时代中国342%2LG化学韩国31150%3松下日本25-10%4比亚迪中国10-14%5星SDI韩国881%6SKI韩国7284%7远景AESC中国4-5%8国轩高科中国3-33%9中航锂电中国3128%10其他合计13-22%2、任务小节2.中国电动汽车狼群中国的电动汽车品牌（如比亚迪、吉利、蔚来等）与世界同步，在设计、技术、质量和品牌方面具有竞争力。要在新能源汽车领域保持或提升市场份额，自主车企可以通过快速获取资源、提升整车品质和增加品牌影响力等途径实现。2、任务小节中国自动驾驶技术引领世界自动驾驶是汽车智能化的核心，中国人工智能技术在应用方面领先美国。百度的Apollo在全球自动驾驶领域被评为四大“领导者”之一。在北京连续三年的自动驾驶路测中，百度Apollo投入测试车辆最多、测试里程最长，累计测试里程已超过201.92万公里，占比超过91%。百度CEO李彦宏预测自动驾驶将在5年内进入全面商用阶段，并带来15%-30%的通行效率提升。他认为，在未来10年内，中国一线城市将不再需要限行措施，并解决交通拥堵问题。2、任务小节完全自主的自动驾驶技术汽车智能化产业链主要分为两块：一是座舱智能化，二是驾驶智能化。产业格局对智能汽车的研发并不友好，智能汽车的软硬件架构和产业格局复杂，自动驾驶、汽车通信、智能座舱、汽车电子等领域将走向深度融合。未来智能汽车将是科技和产业变革的机会之一，是人工智能、软件、半导体、汽车等诸多产业的汇聚点，目前主要科技巨头均在相关领域纷纷布局。随着华为等科技公司持续的重磅投入，智能驾驶时代正加速到来。2、任务小节爱国主义的影响爱国主义兴起有利于国产品牌中国国内外面临环境变化，爱国主义情绪高涨，国人对民族品牌的接受程度达到历史最高水平。中国的电动汽车已站上风口，有望取代国际大牌成为主导者。汽车业是世界庞大的产业，中国应将其作为重要产业发展，以展示国家技术实力，并改变对中国制造的看法。中国有机会在全球电动汽车领域取得主导地位。感谢观看！7.2

运动传感器在人体体态中的应用Contents目

录

任务描述与要求1

任务内容2工程实践项目背景：2022年，全球运动传感器市场预计达到700亿美元，包括不同类型的技术和传感器，如红外线、微波、双重技术、超声波、区域反射型和振动等，以及加速度计、陀螺仪、磁力计和组合传感器。在2014-2021年期间，中国的运动传感器市场逐年增长，2022年市场规模为2510.3亿元，同比增长14.7%。项目背景1.任务描述与要求任务描述：DextaRobotics是一家专注于利用先进机器人技术为VR/MR创造下一代交互界面的公司，力反馈手套可检测手部压力、力量、位置变化和触觉信息，并将信息传输给计算机或虚拟现实设备，施加适当力反馈，使用户感受虚拟物体和操作的力量，应用于机舱模拟、机械臂机械手远程操控系统、高危环境作业流程训练和外科手术模拟等场景。1.

任务描述与要求任务要求：

要求1.了解力反馈手套技术发展历程；要求2.掌握力反馈手套技术基本原理；要求3.掌握九轴惯性传感器技术基本原理；要求4.掌握弯曲传感器的技术工作原理；要求5.掌握震动反馈传感器的技术工作原理；2任务内容1.力反馈手套技术（1）Dexmo双手无线力反馈手套Dexmo是一款便携式双手无线力反馈手套，具备手部动作捕捉和力反馈功能，适用于工业培训、教育科研、医疗康复、游戏社交、仿真建模、航空航天等领域。它为研究者、企业和消费者提供易于使用的力反馈体验，让每个人能够沉浸在真实感十足的虚拟现实世界中。1.力反馈手套技术（2）头戴式显示器OculusRiftOculusRift作为一款头戴式显示器，通过提供广角、低延迟的沉浸体验，可能改变未来人们玩游戏的方式。虚拟现实技术是当今世界的前沿科学之一，尽管军事等领域已有类似设备存在，但面临着造价昂贵、体积庞大和重量过重的问题。而Oculus计划以更可接受的价格将虚拟现实带给大众。1.力反馈手套技术（3）力反馈手套技术的应用力反馈技术是一种新型的人机交互技术，允许用户触碰、操纵虚拟环境中的物体，并感受相应的力反馈信息。01它通过结合其他虚拟现实技术，提供了更自然、真实的交互体验。实现力反馈系统需要解决关键问题，包括力反馈计算模型设计、碰撞检测、视觉和力觉的同步渲染等，涉及一系列算法和接口的开发。022.基本原理力反馈技术是一种人机交互方式，使用户在虚拟环境中能够触碰和操作物体，并感受到相应的力反馈，提供更真实、沉浸的交互体验。01实现力反馈系统需要解决关键问题，如力反馈计算模型、碰撞检测、视觉与力觉的同步渲染等，需要开发相应的算法和接口。02力反馈技术的引入使交互更自然，增强用户对虚拟环境中物体的触感感知。03（1）设计力反馈计算模型2.基本原理2.基本原理（2）实现碰撞检测碰撞检测是虚拟环境中的实时检测物体之间的碰撞情况，为图形绘制和力反馈提供基础。采用包围盒技术进行模糊碰撞检测，再精确检测物体是否相交，确定无碰撞则结束。2.基本原理增强力觉真实感视觉与力觉的同步渲染保持了较低帧率的视觉信息（30fps～60fps）和较高帧率的力觉信息（1000fps）之间的一致性。主流的力反馈接口OpenHaptics和CHAI3D支持视觉与力觉融合的应用开发。OpenHaptics提供了针对Phantom系列力反馈设备的开发工具包，包括不同层次的接口库，满足不同用户需求。CHAI3D是斯坦福大学人工智能实验室开发的开源工具包，支持多种力反馈设备，具有可扩展性，并允许用户根据需要设计新的渲染算法或添加驱动支持新设备。2.基本原理依据基本原理组成绘制出基本原理图(4)练一练：3.传感器类型九轴惯性传感器是电子设备中的运动感测元件，包括加速传感器、陀螺仪和电子罗盘。它们相互配合，用于交互控制和游戏中的运动追踪，实现设备的方向、速度、角度和姿态的监测。（1）九轴惯性传感器：3.传感器类型MPU9250是一款集成了3轴陀螺仪、3轴加速度计和3轴磁力计的传感器。它具有高精度和良好的动态响应特性，并通过IIC接口与单片机进行数据交互。MPU9250还带有数字运动处理X,Y或Z方向的Gyro

（2）MPU9250传感器3.传感器类型（3）弯曲传感器

CP102柔性微压力传感器是用于人机交互、医疗和机器人触觉的电子器件，采用柔软材料，提高灵敏度、响应时间和稳定性，能感知微小压力信号和触觉信号，扩展压力范围和分辨率，实现仿人类皮肤感知功能。CP102柔性微压力传感器3.传感器类型项目参数测试电压DC0.1~4V输出电流10uA~30mA原始阻值3~5kΩ温度范围0°℃~55℃湿度范围<80%RH稳定性疲劳测试50万次响应时间<100ms测量压力范围5mN-10000mN技术指标（3）弯曲传感器3.传感器类型传感器尺寸外观尺寸：100mmx8.0mm其中敏感区的面积为Φ6.4mm，若您有其他需求，可另外订制。传感器结构图（3）弯曲传感器3.传感器类型练一练试着画出CP102外接电路（3）弯曲传感器3.传感器类型练一练:试着画出电阻率随压力变化曲线图（3）弯曲传感器随着科技的发展，国产传感器也在逐步增强其功能，具备更高级的智能，包括分析、判断、自适应、自学习的能力。01传感器的发展趋势包括向高精度、高可靠性、宽温度范围、微型化、微功耗及无源化、智能化数字化和网络化方向发展。02国产传感器在为传统行业注入新鲜血液的同时，也在引领传感器产业的潮流，并在医学、工业、海洋、航天、军事、农业等领域发挥核心作用。03随着技术的发展，新一代国产传感器将结合人工神经网络、人工智能等技术不断完善其功能，具有十分可观的发展前景。044.任务小结感谢观看请多指点任务3无线电传感器在智能农业中的应用Contents目

录

任务描述与要求1

任务内容2常见气拓展实践3任务描述与要求行业背景：智慧农业和精准农业推动了5G通信、智能感知芯片和移动嵌入式系统在农业中的应用。传统农业获取农田信息有限，依赖人工测量消耗大量人力。无线电传感器网络通过连接多个节点形成分布式系统，实现对作物环境和信息的精确获取，并降低人力消耗。该技术融合了传感器、数据处理、通信和能源单元，是备受关注的研究领域。1、任务描述与要求任务描述：依据行业背景完成无线电传感器在智能农业中的应用1、任务描述与要求任务要求：•了解智慧农业和传统农业的区别；•理解种植业、渔业、畜牧业中动植物对环境要求的区别；•掌握三种环境中不同无线电传感器的特点以及其工作基本原理；•在学习过程中重点利用信息化工具拓展所学内容；01020304任务内容内容简介：

无线技术的发展促使许多应用方案采用无线传感器网络进行数据采集和通信。无线传感器节点小巧、低成本、低功耗，适用于智慧农业、环境监测和目标追踪等领域。考虑到节点电池供电、恶劣工作环境和大量数量的特点，低功耗设计至关重要。学生需要深入了解不同无线电传感器的工作环境、特点和内容，并设计可靠耐用的软硬件系统。2.1、无线电传感器在渔业中的应用：原理水产养殖常用的无线电传感器包括无线溶解氧传感器、无线温度传感器和无线氨传感器，它们是水产养殖水体检测中必不可少的节点传感器。溶解氧是指水中溶解的氧气含量，对于水产养殖来说非常重要。水中溶解氧充足时，有机物能够正常分解，而溶解氧不足会导致有害物质产生并影响生物生长。因此，保持水中适当的溶解氧含量对于养殖动物的健康至关重要。水中溶解氧的含量受大气压力、水温和盐度等因素影响。在评估水质污染程度时，测定溶解氧是必要的。污水处理•河流湖泊环境监测•水产养殖•针对原电池原理的溶解氧传感器，介绍一款具有代表性的传感器KDS-25B：2.1、无线电传感器在渔业中的应用：2.1无线电传感器在渔业中的应用特点KDS-25B是一款独特的原电池式传感器，是专门为水质控制而开发的。这款传感器最显著的特点就是，使用寿命长，不受二氧化碳的影响。•预期寿命很长（2-3年）；•测量范围宽至0.2~80ppm；•压力电阻高达1kg/cmg，传感器可用于10米水深；•气体的选择性很高，传感器几乎不受影响。练一练：绘制出KDS-25B传感器电路原理图。KDS-25B传感器电路原理图2.1无线电传感器在渔业中的应用2.2无线电传感器在畜牧业中的应用(1)概述智能化养殖是畜牧业的主流趋势，通过精准管理和信息化经营。养殖户可以获得有益数据，随时通过智能设备进行养殖管理、牲畜监控和健康查看，实现大规模精细化养殖，及时处置疫病和突发情况。

2.2无线电传感器在畜牧业中的应用LoRa优势：相比于NB-IoT，LoRa基于Sub-GHz的频段使其更易以较低功耗远距离通信，可以使用电池供电或者其他能量收集的方式供电；LoRa信号的波长较长决定了它的穿透力与避障能力；大大的改善了接收的灵敏度，超过-148dBm的接收灵敏度使其可视通信距离可达15公里；降低了功耗，其接收电流仅14mA，待机电流为1.7mA，这大大延迟了电池的使用寿命；基于终端和集中器/网关的系统可以支持测距和定位。LoRa对距离的测量是基于信号的空中传输时间而非传统的RSSI，其定位精度可达5m(假设10km的范围)。2.2无线电传感器在畜牧业中的应用(3)NB-IOT优势：广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，覆盖面积扩大100倍；具备支撑海量连接的能力，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；更低功耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年，例如：如果终端每天发送一次200Byte