传感网技术应用 课件 项目1 认识单片机和传感器技术

项目1认识单片机和传感器技术CONTENTS目录01

【项目描述】02

【项目要求】03

【学习目标】04

任务1.1认识传感器05

任务1.2认识单片机06

任务1.3生活中典型单片机和传感器技术应用调研【项目描述】01电子秤构成本质菜市场、商场的小型电子秤，属于传感器与单片机相结合的产物，是二者协作实现称重功能的设备。电子秤称重流程物体放秤盘后，压力经传感器将重量转为模拟电信号，经放大、模数转换为数字信号传至单片机，最终输出称重结果。电子秤的工作原理传感与单片机的应用

生活应用场景除电子秤外，传感器和单片机还应用于红外测距、空气质量检测、人体及燃气红外报警、声光报警等场景。

项目学习目标以认识单片机和传感器技术为基础，带领学习者进入物联网电子世界，深入掌握二者的应用技术。【项目要求】02传感与单片机调研调研生活中常见传感器、典型单片机，以及二者结合的相关产物，全面收集基础信息。调研内容与成果收集传感器发展趋势、分类、技术标准，单片机概念、发展历程、框架及特点，完成调研报告填写。工作任务学习产出

本项目学习结束后，提交传感器和单片机技术应用的调研报告【学习目标】03知识目标传感器知识要求了解传感器的起源与发展、技术标准，熟悉传感器的组成、概念及分类。单片机知识要求了解单片机的概念及发展，熟悉单片机的基本框架、分类及特点。技能目标

1）能认识单片机与传感器技术应用的常见产品

2）能够根据任务目标，完成计划和调研活动素质目标

通用能力培养

着重培养学生交流沟通、团队协作以及信息处理这几方面的通用能力。

科学思维能力养成

聚焦培养学生运用科学思维方式认知事物、分析并解决问题的能力。任务1.1认识传感器04[任务目标]01传感器知识学习了解传感器起源、发展趋势、技术标准、产品及应用行业，熟悉其组成、概念与分类。02调研任务要求需完成相关资料的收集与整理工作，并按要求提交调研报告。03综合能力培养通过本次任务，着力培养交流沟通、团队协作以及信息处理的能力。传感器起源与初期应用最早出现于工业生产领域，主要作用是提升生产效率，为工业生产运作提供助力。传感器行业发展现状随集成电路与科技信息发展，成现代信息技术三大支柱之一，属具前景高技术产业，多国重视，美欧俄相关厂商超千家，全球市场快速增长。[知识准备]：传感器的起源与发展[知识准备]：传感器的起源与发展传感器的起源

早期传感器溯源指南针是传感器雏形，作为中国四大发明之一，传入欧洲后为大航海提供关键支撑，还有地动仪、温度计等同类型早期传感器。温度类传感器发展17世纪初人们用温度计测温，1821年赛贝发明热电偶传感器将温度转成电信号，1883年首台恒温器利用传感技术上市。近现代传感器发展20世纪40年代末红外传感器问世，至今全球已有超35000种传感器，当前是传感器技术发展的火热时期。[知识准备]：传感器的起源与发展MEMS传感器研发应用1987年ADI开始研发MEMS传感器，相比传统传感器有诸多优势，1991年其发布首颗High-gMEMS器件，后被广泛应用。传感器发展阶段划分传感器发展历程分为结构型传感器、固体型传感器、智能型传感器三个阶段。国内传感器行业发展我国传感器行业始于50年代，1986年被列为国家重点攻关项目，目前已形成完整产业链，近年因物联网发展研发热潮凸显。[知识准备]：传感器的起源与发展传感器的发展趋势

传感器发展概况作为高新技术，传感器受各国重视发展迅猛，在多领域潜力巨大，智能时代地位愈发不可替代，正从传统型向智能型转型。

传感器市场格局流量、压力、温度传感器占市场大头，国内工业和汽车电子领域占比高，全球市场规模超万亿，中国占比约20%且增速稳定。

传感器发展趋势正朝着多功能化、智能化、微型化等多方向发展，智能传感器成主流，MEMS为核心技术，我国已形成相关完整产业链。

国内产业现存问题我国传感器企业整体落后，存在创新能力弱、关键技术受制于人、产业结构不合理、本土企业规模小实力弱等问题。[知识准备]：传感器的起源与发展传感器的常用性能技术指标

传感器性能指标分类传感器常用性能技术指标分为基本参数、环境参数、可靠性、其他指标四大类，各有细分内容。

各类指标具体内容基本参数含量程、灵敏度等，环境参数含温度、抗冲振等，可靠性指标含工作寿命等，其他指标含供电、安装等。传感器核心定位作为边缘学科开发先驱，是人类五官的延长，又称电五官，是电子系统获取信息的主要途径，是现代化生产的基础。传感器官方定义国标（GB7665-87）定义为能感受规定被测量并按规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器功能特性属于检测装置，能感受被测信息并按规律变换为电信号或其他形式输出，满足信息传输、处理等需求，是自动检测与控制的首要环节。传感器核心功用核心为“一感二传”，即感受被测信息，并将该信息传递出去。[知识准备]：传感器的概念及分类传感器的概念[知识准备]：传感器的概念及分类传感器的组成

01传感器基本组成一般由敏感元件、转换元件、基本转换电路等4个部分组成，各元件承担感受、转换、输出电量的不同职能。

02传感器结构差异部分传感器结构简单，可由单一敏感兼转换元件组成；有些无转换电路，或需经多次转换，转换电路常装在电箱中。

03传感器系统类型大多数传感器为开环系统，部分为带反馈的闭环系统，不同传感器的复杂程度存在明显区别。[知识准备]：传感器的概念及分类传感器的分类

常用传感器分类方式无统一分类方法，常用的有按输出信号、用途、原理、制造工艺、测量目标、构成、作用形式这七种分类。模拟量传感数据采集模拟量是时间和数值连续的物理量，对应传感器输出连续变化的模拟信号，如GB5-A1E光敏、TGS813可燃性气体等传感器。数字量传感数据采集数字量是时间和数值离散的物理量，以二进制代码串表示信号大小，对应传感器输出数字信号，如SHT11温湿度传感器。开关量传感数据采集开关量对应“有/无”“1/0”两种状态，是最基本典型的传感数据，如Flame-1000-D火焰、HC-SR501人体感应红外等传感器。[知识准备]：常见的传感器及应用传感器的产品

酒精气体传感器应用可用于交通执法检测司机饮酒程度，也适用于高危企业检测员工呼出酒精含量，减少事故与损失。酒精测试仪电路原理由酒精气体传感器R2、定值电阻R1及电表组成，R2电阻随酒精浓度增大而减小，浓度越大电压表示数越大。红外可燃气体传感器运用非色散红外原理检测碳氢类可燃气体，通过红外线被气体分子共振吸收的特性，依据朗伯-比尔定律判断浓度。[知识准备]：常见的传感器及应用

智能油烟机传感应用燃性气敏传感器不间断监测厨房煤气或油烟浓度，超标时触发晶闸管启动吸油烟机。

红外传感器分类与应用能感应目标辐射红外线，分光子探测器和热探测器，在科技、国防、工农业等领域应用广泛。

红外测温仪核心器件核心为热释电红外传感器，含传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器，通过场效应管完成阻抗变换。[知识准备]：常见的传感器及应用传感器的行业应用

汽车电子传感器应用传感器向电子化数字化发展，从仅用于发动机扩展到底盘、车身等系统，为汽车电子自控提供信息反馈，一般轿车配几十只，高级轿车超百只。

工业生产传感器应用自动化生产中用各类传感器监控生产参数，保障设备状态与产品质量，压力、光电、视觉等多类传感器应用于众多工业领域。

智慧农业传感器应用是物联网与传统农业结合的核心技术，可远程监测多农业领域环境，降低人力消耗、提升抗灾能力与产率，温室大棚常用温湿度等传感器。

日常生活传感器应用与生活息息相关，温度传感器用于电熨斗、电饭煲控温，人体传感器用于自动门，还有光电、触摸、压力等传感器应用在各类日常用品中。

传感器其他领域应用还广泛应用于宇宙开发、海洋探测、环境保护、医学诊断、生物工程、文物保护等众多现代化项目中。[实践操作]

调研表编制说明遵循循序渐进原则，通过收集常用传感器种类、应用等资料，结合实际情况编制完成《认识传感器调研报告表》。

调研表核心内容涵盖调研目的、时间、地点、内容、方式、人员及传感器名称、类型、应用场景等多项填写栏目。

配套练习测试设置设置交互式练习测试题，包含填空题，考查传感器发展历程、别称、组成等相关知识。

模拟量定义（）

数字量二进制表示（）

开关量对应双状态（）任务1.2认识单片机05单片机知识学习了解单片机概念、发展历程、分类及特点，熟悉单片机的基本框架。培养学生运用科学思维认识事物、解决实际问题的能力。调研任务要求完成相关资料的收集与整理工作，并按要求提交调研报告。[任务目标][知识准备]：单片机概述

单片机发展意义单片机的出现是计算机技术发展重要里程碑，标志计算机形成通用与嵌入式两大系统分支。单片机体积微小、成本极低，可广泛嵌入仪器仪表、工业控制单元、汽车电子系统等众多产品，是现代电子系统重要智能化工具。

单片机应用领域单片机应用领域非常广泛，可覆盖工业、家电、通信、办公自动化等多个场景。[知识准备]：单片机概述1）家用电器

家用电器是单片机的重要应用领域之一，前景广阔。如微波炉、电视机、电饭煲、空调器、电冰箱、洗衣机等。2）在交通领域中

如交通灯、汽车、火车、飞机等均有单片机的应用。3）智能仪器仪表

如各种智能电气测量仪表、智能传感器等。4）机电一体化产品

如医疗设备（B超）、机器人、数控机床、自动包装机、打印机、复印机等。5）实时工业控制

如温度控制、电机转速控制、生产线控制等。6）武器装备

飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、鱼雷制导、无人机等。[知识准备]：单片机概述单片机的概念

单片机核心定义又称单片微控制器，并非单一逻辑功能芯片，是将完整计算机系统集成到一块芯片上的单芯片微型计算机。单片机组件构成在半导体芯片上集成CPU、存储器、I/O接口电路，部分还集成中断系统和定时器等计算机必备部件，常用缩写MCU表示。[知识准备]：单片机概述单片机的框架与接口

单片机核心构成由微处理器CPU、RAM、ROM、基本I/O接口电路、定时器/计数器和中断系统等部件组成，集成于一块大规模集成电路芯片。各功能单元作用CPU含寄存器、运算器，控制功能突出；时钟系统提供时序同步，复位控制提供上电复位信号，总线控制实现内外总线管控。存储与接口说明程序存储器固化应用程序、表格和常数，数据存储器临时存处理数据与结果，I/O端口是单片机与外部的输入输出接口。外围电路及管控含定时器/计数器、中断系统等外围电路完善功能，各功能单元含寄存器，可通过编程实现设置、运行与状态读取等管控。[知识准备]：单片机概述单片机的起源与发展

早期计算机发展1946年2月第一台电子管计算机ENIAC问世，开创计算机新纪元；同年6月冯·诺依曼提出“程序存储”等思想，奠定计算机经典结构。单片机发展阶段历经四个发展阶段，从1974年双片初级单片机，到低性能、高性能阶段，再到如今8位机巩固，16位、32位机推出，形成庞大产业。主流单片机特性8位高性能单片机普遍带串行I/O口、多级中断等，ROM、RAM容量大，寻址范围广，部分带A/D转换器，性能价格比高，应用广泛。CC2530芯片应用CC2530凭借强大性能，在众多微型电子芯片中占据一席之地，尤其在Zigbee系统和照明控制系统中应用广泛。[知识准备]：单片机的分类及特点单片机的分类

01通用与专用型分类通用型单片机内部资源可全部开放给用户，如80C51；专用型为特定产品设计，如电子体温计专用款。

02总线结构类型划分总线型配备并行地址、数据、控制总线，可直接扩展并行外围器件；非总线型集成常用外围器件，通过串行口连外设，能降本减容。

03应用领域分类特点工控型寻址范围大、运算能力强；家电类多为专用型，小封装、低价格，外围器件和接口集成度高。

04数据总线位数分类涵盖4、8、16、32、64位，4位适单一小型电子产品，8位品种多应用广，16位性能优于8位，32位速度功能大幅提升。[知识准备]：单片机的分类及特点

单片机特点体积小、功耗低、性价比高；运行快、抗干扰、可靠性强；开发易、应用广[知识准备]：单片机的分类及特点常用单片机介绍

51系列单片机情况是兼容Intel8031指令系统的单片机统称，始祖为Intel8031，经发展成应用广泛的8bit单片机，代表为ATMEL公司AT89系列。

STM32系列单片机特点是ST公司以armcortex-M为核心的32bit单片机，内部资源丰富，接近计算机CPU，适用于手机、路由器等设备。

CC2530无线单片机特性是针对IEEE802.15.4和Zigbee的单芯片方案，经济低功耗，有四种闪存版本，集成射频收发机、增强型8051微控制器等。

CC2530适用应用场景实施IEEE802.15.4标准，通用性强，适用于智能能源、家庭自动化、工业控制、医疗监控等多类市场。[实践操作]调研报告编制说明遵循循序渐进原则，经收集单片机相关资料、结合传感器实际情况，编制完成《认识单片机调研报告表》。调研表核心内容调研目的为认识常见单片机的相关信息，明确了调研时间、地点、方式、人员及成果内容。交互式练习测试题含三类填空题：单片机简称与组成、"程序存储"提出者、单片机通用分类，及一道单片机特点简答题。任务1.3生活中典型单片机和传感器技术应用调研06产品认知任务认识常见的单片机和传感器结合的相关产品，了解这类产品的基础特性与应用场景。培养学生团队协作能力和科学的思维方式，助力学生综合素养提升。调研工作要求完成单片机与传感器结合产品的资料收集与整理工作，并提交规范的调研报告。[任务目标][知识准备]：电子秤

电子秤的应用背景近代科学发展对称重技术和控制有新要求，电子秤优势显著，被广泛应用于多领域，生活中也已普及。[知识准备]：电子秤电子秤的组成与原理

01电子秤组成结构主要由单片机控制器、称重传感器、显示组件、电源等部分构成，各部分承担不同功能。

02电子秤核心部件作用单片机控制器是中枢，统一管理各部件，处理重量信号；称重传感器将质量转换成电量输出；显示组件处理信号并完成结果指示。

03电子秤工作流程先将物理重量转变为模拟电信号，经放大、模数转换为数字信号，再由单片机处理后输出显示称重结果。[知识准备]：太阳能路灯照明系统

太阳能路灯背景与定位能源危机下，太阳能路灯成能源解决方案之一，它结合单片机与传感器技术，符合节能减排要求。[知识准备]：太阳能路灯照明系统路灯系统组成与工作逻辑

系统组成结构太阳能路灯照明系统由单片机控制单元、环境光照监测单元、人体红外感应单元、太阳能电池板、蓄电池、路灯以及通信单元组成。

系统工作流程白天太阳能电池板将太阳能转化为电能储存到蓄电池，光敏感应开关检测光照度，白天路灯不工作，夜晚路灯电路启动。

夜晚感应调控夜晚人体感应单元通过双鉴传感器监测行人，有人经过时路灯亮起，无人时路灯微亮或关闭。[知识准备]：数字温度计

数字温度计的背景电子测量广泛应用，传统温度计有诸多不足，高精度数字温度计应运而生且已普及各领域

单片机的选型优势单片机因体积小、抗干扰强、成本低、可靠性高、易开发等优势，成为设计人员首选控制器。

温度计的工作流程数字温度计由多部件构成，经传感器测温、模数转换、单片机处理后，由显示单元显示温度值。[知识准备]：无人机无人机定义与应用无人机是经遥控或自主程序操控的不载人飞机，在航拍、农业、救灾等多领域广泛应用。无人机系统组成无人机由机体、飞控、数据链、发射回收、电源系统组成，飞控是核心，机体核心为单片机控制器。[知识准备]：无人机飞控系统核心构成

飞控系统核心地位飞控系统是无人机完成起飞、飞行、任务执行及返场回收的核心系统，相当于驾驶员，是无人机最核心技术之一，其核心为无人机单片机控制器。

飞控系统组成与功能飞控系统一般包含传感器、机载计算机和伺服作动设备三部分，可实现姿态稳定控制、任务设备管理和应急控制功能。

无人机飞行配套设备无人机飞行除需MCU外，还需陀螺仪、加速计、地磁感应、气压传感器、超声波传感器等多种设备协同工作。飞控运行原理惯性传感器传姿态数据给主控单片机，单片机结合用户指令，靠飞行算法控飞行器，其性能影响飞控稳定性与灵活性。[知识准备]：无人机[实践操作]

调研报告编制说明遵循循序渐进原则，结合相关资料与实际情况，编制完成《生活中典型单片机和传感器技术应用调研报告》

调研基本信息说明调研目的、内容、方式、成果均重复列示四次，地点重复两次，含时间、人员等信息

调研核心内容说明产品名称、传感器及单片机的名称与功能、相关产品图片均无填写内容。[交互式练习测试题]

填空题型设置涵盖电子秤组成、太阳能路灯照明系统主控制器及配套技术、数字温度计构成三类填空题目。

简答题型设置仅设置一道简答题，要求简述数字温度计的工作过程，考查对其运行逻辑的理解。【拓展阅读】

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