传感器设计论文
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传感器设计论文范文第1篇
压阻效应于1865年由LordKelvin首先发现，现在这个原理广泛应用于传感器原理中。当传感器薄膜结构上的压敏电阻受到外界压力作用时会产生形变，使电阻率发生变化从而引起电信号的改变，这就是压阻式压力传感器的工作原理。由此可见，压敏电阻的变化与受到的压力大小和压阻系数有关。本文中的气压传感器是基于硅的压阻效应设计的，制备的气压传感器芯片结构截面图。传感器结构由一个单晶硅弹性薄膜和集成在膜上的4个压敏电阻组成，4个电阻形成了惠斯通电桥结构，当有气压作用在弹性膜上时电桥会产生一个与所施加压力成线性比例关系的电压输出信号。
1．2气压传感器制作工艺流程
整个流程主要是采用硅表面微加工工艺。与传统的压阻式压力传感器的加工方法相比，该工艺流程采用了外延单晶硅硅膜的工艺进行真空腔密封，这种方法可以克服传统的湿法刻蚀工艺的缺点，加工出的单晶硅膜具有很好的机械性能。①首先，对硅衬底采用各向异性干法刻蚀，刻蚀出一道道约5μm深的浅槽。然后采用各向同性干法刻蚀，使浅槽下方形成一个连通的腔。②采用外延工艺，在衬底上进行单晶硅外延，并利用外延的硅材料将浅槽完全封住，从而在下面形成一个接近真空的密封腔。外延工艺如下:温度为1135℃，采用的是H2，PH3等气体，外延时的真空度为80torr。③在对外延硅层的局部区域进行小剂量硼离子注入。该部工艺主要是为了制作压敏电阻，压敏电阻主要位于膜四边的中央。④对局部区域进行大剂量硼离子注入。该步工艺主要是要实现压敏电阻条之间的欧姆连接，并为压敏电阻的引出做准备。⑤在硅片表面生长一层氧化层及氮化层，用作绝缘介质层。⑥对氧化层和氮化层光刻并图形化，形成接触孔。⑦溅射金属层并光刻图形化，形成引线及压焊块。
2测试电路设计
此压阻式气压传感器，压敏电阻初始电阻值为163Ω，满量程输出电阻变化最大为9Ω，针对此微小阻值变化量，本文中设计了一款专用接口测试电路。该测试电路主要包括STM32系列单片机及ADS1247模/数转换模块和液晶显示模块。电路应用时将惠斯通电桥输出节点与测试电路连接起来，通过硬件和软件的结合实现外界气压信号的检测并转化为数字电信号进行输出，读数在LCD显示屏上进行显示，测试电路板的说明如图4所示，针对部分重要模块的电路设计在下文说明。
2．1电源电路设计
测试系统中需要用到3．3V和5V两种电压(选用的STM32单片机规定工作电压为2．0V～3．6V，ADS1247数/模转换模块模拟电源部分供电电压为5V)，根据测试电路元件的需求，采用国产LM2940－5和LM1117－3．3两个稳压模块来进行电源供电的设计。
2．2ADS1247模/数转换电路设计
ADS1247是TI公司推出的一种高性能、高精度的24位模拟数字转换器。ADS1247单片集成一个单周期低通数字滤波器和一个内部时钟、一个精密(ΔΣ)ADC与一个单周期低通数字滤波器和一个内部时钟。内置10mA低漂移电源参考和两个可编程电流型数字模拟转换器(DAC)。通过程序设置，在输出电压裕度内，DACS可为外部提供多种强度的电流，分别为50μA、100μA、250μA、500μA、750μA、1000μA、1500μA。除此之外，ADS1247还具有一个可编程放大器(PGA)，放大倍数可设置为1倍、2倍、4倍、8倍、16倍、32倍、64倍、128倍。
3气压传感器性能测试分析
气压传感器作为一种高空探测的工具，它的性能好坏直接影响到高空探测的准确性，针对本传感器结构进行测试并从数据中对气压传感器的灵敏度、线性度、测试精度进行了分析及拟合修正。
4结束与讨论
传感器设计论文范文第2篇
通过参考文献我们可以看到作者在写作当中引用借鉴了哪些文献资料，可以判断这篇论文的学术价值和意义，参考文献的撰写也是非常重要的。下面是学术参考网的小编整理的关于互联网iso论文参考文献，供大家阅读欣赏。
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传感器设计论文范文第3篇
关键词：AT89C51单片机，节水，智能控制
1 引言
目前，水资源的管理和节约成为世界性的难题。在控制人们意识上浪费的同时，各种节水设备也应运而生。目前大多都是着眼于用水节约和效率，却忽视了废水的循环使用。为此，本文基于“绿色设计”的原则，设计了一种基于单片机控制的家庭智能节水系统，最大限度的做到“水尽其用”。
2 智能节水系统设计思路
该设计用MCS-51单片机作为控制电路的核心控制部件来构成控制器,单片机输出不同程序信息，经过移位寄存器74LS164驱动，使得数码管显示相应内容，红外传感器以及混浊度传感器和水位传感器检测到的模拟信号经过8位模数转换器ADC0809转变成数字信号写入单片机，经过单片机处理再把数字信号经过8255A送给电磁阀电路和继电器电路，控制其工作与否。从结构来说该设计包括A/D转换和扩展I/O口。输入部分包括按键设置、水位传感器、浑浊度传感器和红外传感器。输出部分包括LED显示、继电器驱动电路、电磁阀驱动电路和发光二极管。系统设计框图如图1所示：
图1 系统设计框图
3 智能节水系统硬件选择
家庭节水系统通常包括4个主要构成部分，分别是收集器、处理器、储存器和供给器。系统中要用水位传感器和浑浊度传感器及多个电磁阀、继电器等，既有模拟量又有数字量。
3.1单片机的选取
ATMEL公司的89系列单片机也称Flash单片机是以8031为核心构成，它和 INTEL公司的MCS-S1系列单片机完全兼容，扩展了它的功能。89系列单片机存在下列很显著的优点:
(1)内部含Flash存储器;(2)和AT80C51插座兼容;(3)静态时钟方式;
(4)错误编程亦无废品产生;(5)可反复进行系统试验。
鉴于以上的优点，经过分析比较，根据本系统的特点，选用ATMEL公司89系列的标准型单片机AT89C51。其片内含有128字节的数据存储器(RAM)和4K字节的可电擦电写闪烁程序存储器E2PROM，这足以满足系统实现其功能。
3.2模数转换芯片
在众多的转换器中以逐次逼近式A/D转换器的性价比最高，应用最广泛，国内使用较多的芯片有ADC0808/0809,ADC0801-ADCO805及ADC0816/0817和AD574等，根据本系统的特点和要求选用中速、低廉的逐次逼近式ADC0809模数转换芯片。它包括一个高阻抗斩波比较器；一个带有256个电阻分压器的树状开关网络；一个逻辑控制环节和8 位逐次比较寄存器(SAR)；一个8位三态输出缓冲器。
该系统中ADC0809与AT89C51单片机的连接如图2所示，采用等待延时方式。论文大全。ADC0809的时钟频率范围要求在10-1280kHz。ADC0809的CLOCK脚的频率是单片机时钟频率的1/6，因此当单片机的时钟频率采用6MHz。ADC0809输入时钟频率即为CLOCK=1MHz，发生启动脉冲后需延时100μs才可读取A/D转换数据。
图2 模数转换电路
3.3 按键的识别和输出显示
常用的键盘有阵列式键盘、独立式键盘。本设计中有4个按键，不必采用阵列式，而采用独立式键盘键接一个上拉电阻与P1口的一个管脚连接。对于按键的识别，有动态扫描和中断两种方式，在该设计中，按键的使用并不是很频繁，所以采用了中断的方式进行按键的识别．
对于输出，有动态并行输出、LCD液晶显示屏和静态译码输出三种方式。水箱中的液位要提供给用户，采用了最简单的八段数码管作为显示部分的硬件电路。该设计中只用到两个数码管显示，不会占用很多硬件资源，所以采用了静态显示。这样在发光二极管导通电流一定的情况下，显示器的亮度大，而且显示稳定。在输出方式上，由于对数码管响应速度不高，采用了串行移位的方式。这里采用74LS164进行显示驱动。
3.4电磁阀与继电器的控制
为使系统安全、稳定，采用了24V电磁阀和12V 继电器。由于电磁阀不能直接与单片机相连，采用了光电隔离，再通过IRF 530进行驱动。继电器的驱动采用的是最简单的方法，即三极管驱动，通过I/O脚电平的翻转来对电磁阀进行开/关控制。论文大全。电磁阀开关动作的控制脉冲宽度可选为30ms。其控制电路如图3所示。
图3 电磁阀控制电路
3.5浑浊度传感器、液位传感器和红外传感器
APMS-10G浑浊度传感器可以根据溶液含有的杂质、灰尘的颗粒大小、密度不同，产生光电经滤波后输出即得到浑浊度检测信号。采用AT89C51单片机与APMS-10G浑浊度传感器通信,读出浑浊度值,再将数据通过串行口传给主机，采用可控三态门74LS125将两路串行通道隔离,通过可控端分时使用，当P17输出高电平时,与APMS-10G的通道导通；当P17引脚低电平时,与主机的通信回路导通。从机串口平时与主机保持通信畅通,将串口设为中断状态,随时可以接收主机发来的指令。
众多的的传感器当中。谐振式水位传感器采用了先进的传感原理,高Q值的谐振电路,具有较强的抗干扰能力、结构灵巧、精密、简单易于制造。该设计中采用了谐振式水位传感器作为中位水箱和低位水箱中的水位检测装置。
红外传感器安装在水龙头内,当人手触发传感器时,信号传递给单片机。对于红外传感器，则利用热释电红外传感器直接接收运动人体的信号，使用574S红外探头。此电路只需要接收系统，不需要发射系统，通过技术处理，可以只接受运动的人体信号，比常规红外光接收器抗干扰性强。论文大全。
4 智能节水系统主程序流程图
系统主程序流程图如图4所示。设计的思路是首先初始化，让所有芯片都恢复最开始的设置，等所有芯片都准备好了之后，则读取E2PROM内的数据，接着进行A/D采样，读取水位传感器和浑浊度传感器采集到的数据，再对数据进行数据处理，若有数据输入，则转入相应的子程序并显示水位的高度；没有数据输入则继续下面的按键判断。有键按下时，判断是哪个按键按下，然后再转入相应的子程序；若无按键按下，则转回A/D采样子程序，重复上述的程序，如此往复进行下去。
5 结束语
提出了家庭智能节水系统控制器的设计方案、硬件电路和主程序流程图。
（1）从人性化、性价比方面综合考虑器件的优略，为该系统的优化提供了基础。
（2）红外感应水龙头、LED显示和延时可调开关不仅方面使用，便于监控，而且方便自如的调节水流时间，达到了节约用水的目的。
（3）结构简单，使用方便，经济节能环保。
参考文献
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传感器设计论文范文第4篇
论文关键词：MPXV53GC6U，MSP430F149，单片机，便携式，电子血压计
0引言
血压是人体重要的生理参数之一，对其进行精确测量，有利于早期发现和鉴别高血压类型医学检验论文，提出合理的治疗建议。目前，临床上对普通病人主要采用无创检测的方法，它大致分为人工柯氏音法和示波法两类，人工柯氏音法虽然比较准确，但操作困难，受主观因素影响较大，而示波法虽然操作简单医学检验论文，但稳定性和个体适应性都比较差，不利于其在临床应用上的普及和推广。本文在示波法的基础上，从硬件实现和软件设计两个方面，改进了原来的测量方法，并进行了比对测试
在研究国内外已有产品或设计构思的基础上，使用先进的信号处理技术与智能控 制技术，尽量消除脉搏提取处理中的噪声干扰与非线性失真医学检验论文，提高血压测量的准确性与稳定性，并提高了测量的自动化和智能化论文开题报告。
1系统的硬件设计
本设计采用Motorola公司的MPXV53GC6U硅压式 传感器和TI公司MSP430F149单片机为主要器件， 构成电子血压计，系统构成如图1。系统由MCU、 传感器、LCD液晶显示器、操作面板、充放气控制电路、气泵和气阀、蜂鸣器、存贮器、电源等部分构成。
传感器设计论文范文第5篇
关键词：直升机；电动负荷操纵系统；分析
引言
飞行员进行飞行训练，人感系统对训练水平的影响很大，高逼真度的杆力特性模拟，可以使飞行员体会到与上天飞行中一样的操纵“手感”，飞行员的操纵动作，驾驶技巧也能得到良好的锻炼。相反，如果养成错误的操作习惯，不但没有起到地面培训的效果，反而会在空中飞行中产生风险隐患。
典型的负荷系统是由弹簧、阻尼筒组成的机械式系统，当飞行员操纵驾驶杆产生位移时，弹簧拉伸或压缩，反馈到驾驶杆的作用力，即为操纵杆力。选择不同刚度的弹簧，即可改变操纵系统的杆力-杆位移梯度，而改变阻尼筒，即可改变驾驶杆自由运动时的振荡阻尼。电动负荷系统的电机代替了弹簧阻尼系统，由自动控制设备控制电机的力输出，通过控制软件的精心设计，可以模拟出弹簧阻尼系统的力学特性。
1 系统结构
直升机的机动飞行是绕着3条轴线来转动的：横轴、纵轴和立轴。它可以绕纵轴做横滚运动，绕横轴做俯仰运动，绕立轴做航向运动[1]。同其他航空器一样，直升机在正副驾驶位置也可以是双套操纵装置，而有些直升机的副驾驶操纵装置还会被设计成可拆卸的，以便满足飞行的需要（见图1）。
电动负荷操纵系统主要包括机械、电气两大部分，如图2所示。其中机械部分包括主动杆手柄、减速器、连杆、支撑件、外壳等；电气部分包括控制器、电机、力传感器和位移传感器。力传感器测量主动杆手柄上的飞行员操纵力，位移传感器测量当前主动杆手柄的位移及电机转子位置。控制器根据力和位移传感器的反馈信号以及设定的系统模型参数控制电机的输出扭矩，最终通过减速器给主动杆手柄提供相应的动力或阻力。控制器与主控平台之间通过RS422总线通讯，实时收发系统指令及工作状态[3]。
1.1 周期变距杆负荷系统
周期变距杆负荷系统俯仰姿态回路原理如图3所示，电动负荷系统通过力传感器、机械传动装置，与驾驶杆相连接。
周期变距杆负荷系统滚转姿态回路原理如图4所示，电动负荷系统通过力传感器、机械传动装置，与驾驶杆相连接。
1.2总距杆负荷系统
总距杆负荷系统如图5所示。
1.3 脚蹬负荷系统
脚蹬负荷系统如图6所示。
2 各部件主要功能
2.1 加载系统
加载系统主要为驾驶杆上输出杆力，使得飞行员感受到逼真的杆力特性。本论文研究的加载系统是以电能为能量源的力输出系统，即核心为电机输出的扭矩。因此，电机工作模式应为力矩模式，产生的力矩通过钢索滑轮组或减速器等传动机构后传送至操纵杆端产生力反馈效果[4]。
2.2 控制器
控制器也称为人感计算机，为嵌入式计算机。为实现杆力特性模拟的高逼真度，需要进行高速迭代计算。相关研究论文表明，控制器的采样频率应不小于2000Hz。
2.3 传感器
电动式操纵负荷系统中传感器主要包括力传感器与位移传感器。力传感器主要用来测量负荷系统实际输出的负载力信号，与人感计算机计算输出理论力信号进行比较，用来进行力反馈控制，提高系统的力控精度。位移传感器主要是测量飞行员操纵驾驶杆的位移行程，通过控制器采集来计算负荷系统输出力的大小。
3 系统工作原理
下面描述一下该系统工作时的运行原理：
如图7所示，当飞行员对驾驶杆施加操纵力时，驾驶杆产生位移，此时位移传感器采得的即为飞行员操纵位移信号。人感计算机通过AD板卡采集位移信号，根据力函数模型，进行杆力计算。计算得到的杆力，即作为力控信号进入负荷系统，同时，电机输出的力与力传感器采集的力进行反馈控制，即形成力跟踪控制。输出的力通过连杆机构反馈到驾驶杆上，即给飞行员提供了模拟的杆力特性。同时操纵负荷系统负责实时将操纵位移信号传送给主仿真计算机，参与飞行动力学解算。
4结束语
直升机电动负荷操纵系统是现代先进直升机模拟器的关键设备，利用该系统，可以模拟出不同类型直升机的人感特性，对行员训练，加深飞行员的感知有重要的提升作用。本文对直升机电动负荷系统的关键部件和系统工作原理进行了介绍，该研究内容对于今后的工程化研制有着指导作用，通过对该系统的深刻理解，为今后的设计工作奠定了坚实的理论基础。
参考文献
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传感器设计论文范文第6篇
【关键词】 电子衡器 称重传感器载荷分配 调整
1 前言
以测定物体质量而使用的衡器在生活与生产中应用广泛。其称重的原理各不相同，我们以此为划分标准，将衡器分成了机械式、机电结合式及电子式的衡器。电子衡器由于其计量精确，易用性好，可操作性强，在生产生活中应用较为广泛。依据电子衡器的工作原理的不同要将其为划分为位移式、应变式及利用磁弹性、压电和压阻等物理效应的传感器。在商业及工业应用中，以电阻应变式称重传感器的应用最为广泛。根据其造型的区分又可分为包括柱式、剪切梁式、S型、板环式和轮辐式等几种。按其自动化的程度来划分可分为自动衡器和非自动衡器。在实际的设计中，在实际的应用中，自动衡器多用于动态称重衡器的设计中，非自动衡器多用在静态的称重衡器的设计中。电子衡器作为贸易结算计量器具，在商业及工业生产中的应用广泛，对于精确性的要求较高，对于误差的要求比较高。本文对影响衡器传感器性能的几个方面进行了探讨。
2 电子衡器传感器的分类
2.1 单只传感器
电子衡器采用单只称重传感器的方式，也有较多的应用。在采用了单只称重传感器的电子衡器由于称重传感器中应变计粘帖位置的偏差易产生偏载，通过要采用修正传感器孔边缘尺寸的方法来进行偏载校正。在校正中，每个角所面对的修正孔的边缘位置如图1所示。
显示值偏小的对应孔，其边缘为弹性体，在测量中由于弹性体截面积的减小从而使得衡器的测量值发生变化，使得显示的数值变大。在设计及校正时，要合理的进行调整。
2.2 多只传感器
电子衡器上应用多只传感器，在实际操作中以电子汽车衡、电子地上衡为主，其产生误差的主要原因是由于传感器在输出时的灵敏度、输出阻抗的比值差异原因而导致的。多只传感器采用并联的方式来使用衡器，对衡器进行偏载的校正。所产生误差的原因多是由于电压调节和电流调节的不一致所产生的。电压调节的原理是通过串联激励电阻或电位器，以实现改变传感器的输出电压使衡器达到使用的要求。在电流的调节中，通过跨接达到调节电桥输出的分流电流，起到校正偏载的效果。
3 影响衡器传感器的性能的因素分析
3.1 组合方式
大多的电子衡器所采用的是多只称重传感器，在使用过程中的连接组合方式比较重要。不同的连接方式对衡器传感器对的影响比较大，通常采用的连接方式主要有串联、并联、串并联混合三种工作方式。通常采用并联方式较为合理，由于并联这种方式在调整的时候较为的方便，维护比较简单，成本也比较的低，在应用中一个供桥电源即可以满足功能的实现。在实践中补偿调整的方案还可采用比率测量的形式。在应用中对于合理的组合方式可保证衡器传感器的灵敏度与阻抗的一致性，进而保障了衡器具备高的灵敏度和分辨率。
3.2 受力形式
采用不同的受力形式，对于衡器传感器的性能也有一定的影响。在应用中，根据承重传力部件的秤体和承载器设计方案来选择不同的受力方式，通过可选用拉伸式或支承式的受力试，随着传感器种类的发展，一般多用支承式的传感器，可实现较优的性能。
3.3 结构型式
采用不同的结构形式，对于衡器传感器有一定的影响。在设计是，主要是依据电子衡器应用及称量范围、类型和称重的准确度、使用的状态等，同时考虑到现场的应用条件来选择传感器的结构型式。在选择抗偏载和抗侧向力性能好的器件，对于衡器传感器的性能也有较大的提高作用，有效提高衡器传感器的抗偏载和抗侧向力性能。
3.4 其它因素对衡器传感器性能的影响
一是连接件对衡器传感器有较大影响。连接件的价格较贵，是衡器传感器的辅助部件。连接件的硬度、结构形式及其粗糙度等对于衡器传感器的性能发挥有一定的影响。传感器的弹性体的硬度一般是HRC34到48之间，而其贴片与连接件接触部位的粗糙度要远远的优于Ral.6。连接件的接触部位的硬度要高于弹性体硬度，一般在HRC36到50之间，其粗糙的度也优于Ral.6。此时为了降低弹性体的磨损，在连接件的选择中，通常会做这样的设计，即在选择接触部位时，选择的硬度略低于弹性体的硬度，但在应用的时候要对应用的环条件有些选择。二是关于密封和工作环境的影响。衡器在安装使用的时候，如果环境条件相对比较复杂，要在特殊的温度下、湿度上使用，或者使用的环境中粉尘含量较高，或者处于易燃易爆的工作环境下时，对衡器传感器的性能会有一定的影响。要结合衡器传感器的要求，采取一定的安全补偿措施。在普通的使用条件下，衡器传感器对于环境的要求较低，能够采取隔离防潮、防水措施，保证衡器传感器在干燥的环境下使用即可。如在大于七十摄氏度的温度下使用时，要采用降温隔热的措施，以保证传感器的正常使用。如在水下使用，要采用传感器进行防水处理，以免设备进水而影响性能。通常会在设计时焊接密封并在内部充惰性气体实现防水设计，也有采用环氧树脂密封的方式实现防水设计。在易燃易爆的条件下使用时，要特别注重衡器传感器的安全性能，以达到安全运行的目的。三是供桥电源的选择。衡器传感器的关键部位之一即是供桥电源，要在设备的设计时对供桥电源进行关注。以减少误差，给供桥电源以足够的能量，保证衡器传感器的性能的发挥。
4 结语
本文对于衡器称重传感器的性能进行了分析，并对选择原则及影响器称重传感器性能的方面进行了探析，在此基础上提出在进行系统选型时要考虑适用性、经济性、可靠性等多种因素，以这些原则为参照选项来选择适宜的电子衡器称重传感器，以实现安全选型的目标，以达到我们所预期的结果。
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传感器设计论文范文第7篇
关键词：单片机；智能家居；环境监测控制；传感器
中图分类号：TP332.3 文献标识号：A
A Smart Home Environment Monitoring System based on MCU STC12C5A60S2
CHEN Rongkun 本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 论 文 网专业写作教育教学论文和毕业论文以及服务，欢迎光临DyLW.neT
（Department of Electronic and Information Engineering， QuanZhou Institute of Information Engineering， Quanzhou， Fujian 362000，China）
Abstract： This paper introduces a microcontroller STC12C5A60S2 as the core， which can be used to monitor， control， alarming and display the smart home environment.The system uses sensor technology， microcontroller technology， etc.， to achieve the indoor home environment temperature and humidity， light illumination collection， equipment operation and stop control， display and state alarm and other functions. Through the actual test， it has the application value of modern intelligence in the field of smart home environment.
Keywords： Single Chip Microcomputer；Smart Home；Environmental Monitoring Control；Sensor
0引 言
近年来，随着现代家庭生活水平及选择需求的不断提升，智能家居环境监测控制系统在改善现代人居的生活质量和完善生存环境方面正日渐发挥着其实效且重要的技术推动作用。基于此，本文即针对一套智能家居环境监控系统的研发设计而展开了如下研究。具体来说，该系统可对室内温湿度、光照度进行数据采集；还可将通过传感器采集的数据和预设置的参数进行比较，再利用单片机进行编程控制，从而实现智能家居的合理功能配设，并最终获得理想满意实践效果。
1 系统方案设计
系统以STC12C5A60S2型单片机为中央控制器，主要由温湿度检测模块、光照度检测模块、键盘模块、显示模块、风扇及照明模拟模块、报警提示模块和电源模块组成。系统方案如图1所示。
图1 室内环境监测控制系统原理框图
Fig.1 Block diagram of indoor environment monitoring control system
为了节约系统成本、提高系统稳定性及利于维护维修，系统采用模块化设计方式。该系统的主要功能是根据传感器采集的数据与预设定的参数值进行比较，进而通过单片机系统程序来控制相关模块的运行和停止。由图1可见，温湿度、光照度传感器模块可用于实时采集家居环境的数据；键盘模块则用于设定温湿度和光照度的范围；而显示模块将用于显示温湿度和光照度等级及舒适度情况。除此之外，模拟模块即用于设备运行与停止情况的仿真模拟；特别地，LED报警提示模块会用于当温湿度、光照度数据超过预设定值时来进行闪烁报警指示[ ]。
2 系统硬件设计
由于STC12C5A60S2集成度较高，只需要一块单片机加上一些必要的外围电路就可以完成硬件设计。
2.1 最小控制系统
基于系统的要求，芯片选用的是STC系列单片机STC12C5A60S2。其中复位电路、单片机STC12C5A60S2构成最小控制系统。实现电路如图2所示。
图2 最小控制系统电路
Fig.2 Minimum control system circuit
STC12C5A60S2是一款运算速度快、抗干扰能力强、超低功耗、并可支持SPI在线编程的单片机，其内部自带2路PWM控制器、2个定时器、2个串行口支持独立的波特率发生器、3路可编程时钟输出、10位AD转换器、一个SPI接口。时下，则因其价格低廉、功能完善，已在电子行业获得广泛认可和大量应用。
2.2温湿度传感器电路
温湿度传感器电路采用了DHT系列的数字式温湿度传感器DHT11。DHT11是一款内含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，但仅有一个单总线制串行输出接口，这一配置使系统集成电路变得简易快捷。只是，由于传感器的单总线制特性，造成其发送和接收皆须为三态特性，因而外接上拉电阻，其在常规状态下将呈现为高电平[ ]。具体电路如图3所示。
图3 温湿度传感器电路
Fig.3 Temperature and humidity sensor circuit
2.3光照度传感器电路
光照度传感器电路选用的是BH系列光照传感器BH1750，BH1750 是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路。这种集成电路可以根据收集的光线强度数据来调整液晶或者键盘背景灯的亮度，并利用自身的高分辨率探测较大范围的光强度变化。设计电路如图4所示。
图4 光照度传感器电路
Fig.4 Illumination sensor circuit
2.4 液晶显示电路
液晶显示电路采用的是LCD12864。LCD12864是一种低电压低功耗、具有4/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64， 内置8 192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集；利用该模块灵活接口方式及简单、方便的操作指令，即可构成全中文人机交互图形界面；而且可以显示8*4行、16*16点阵的汉字，并可完成图形显示。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁许多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块[ ]。
2.5 风扇及照明模拟电路
风扇及照明模拟电路选用的是NPN系列的8050三极管，其原理即是利用三极管的开关工作状态。具体地，当监测智能家居环境温湿度数值和预设置数值对比不一样时，单片机将输出PWM1信号控制风扇（本文用马达）进行智能调节；当监测室内光照度比较暗时，单片机将输出PWM2信号控制室内照明，相应地进行室灯照明度的智能调节。反之亦然。基本电路如图5所示。
图5 风扇及模拟照明电路
Fig.5 Alarm and analog lighting circuit
2.6键盘电路
键盘模块电路是由4个轻触式按键 S1-S4和最小控制系统组合构建而成。键盘功能设定：按键S1第一次按下修改预设值，而后再按下S2键、S3键或S4键进行参数设置，设置完成后，再按下S1键，参数设置成功。S2键按下就是对任一参数进行设置；S3键和S4键按下则进行相应的加1或减1操作。如果并未按下S1键，即按下了S2键、S3键或S4键，将保持前状态继续进行，数据显示也不会发生改变。
2.7电源电路
单片机及外围电路都需要直流5V工作电压，均由变压器次级线圈输出 ，经由整流、滤波、稳压而得到[ ]。其对应电路如图6所示。
图6 电源电路
Fig 6. Power supply circuit
除以上各电路模块之外，还需要各种信号控制温湿度、光照度、液晶显示、风扇及照明、报警等。各功能模块均通过I/O接口连接至单片机，单片机将集中处理这些信号并作出回应，从而将各个模块连通整合在一起。另外，为了提高系统的抗干扰性能，在有可能出现干扰的输入及输出通道还设置并加强了一定的隔离措施。
3系统软件设计
采用8052内核，具有64K FLASH的程序存储器和1280字节的外部RAM数据存储器，系统选用C语言[ ]进行开发。软件采用模块化设计，重点包括主程序、初始化程序、数据处理显示程序、温湿度传感器DHT11程序、光照度传感器BH1750程序、控制电路程序等。并且将任务分成不同的模块处理，保证系统的稳定性。系统程序流程如图7所示。
图7系统程序流程图
Fig.7 System flow chart
4 系统调试结果 本文由wWW. DyLw.NeT提供，第一 论 文 网专业写作教育教学论文和毕业论文以及服务，欢迎光临DyLW.neT
STC12C5A60S2单片机能监测控制智能家居环境系统的运行与停止，并将监测控制数据显示在LCD上。当监测智能家居环境温湿度数值和预设置数值对比不一样时，单片机将输出PWM1信号控制风扇（本文用马达）进行智能调节；当监测室内光照度比较暗时，单片机将输出PWM2信号控制室内照明，也就是智能调节室灯的照明度。反之亦然。
5 结束语
本文研究开发了集温湿度、光照度监测控制为一体的智能家居环境系统，采用了高精度的传感器，并利用C语言编程，实现智能家居环境参数的精准测量。结果表明，该系统测量结果准确，符合智能家居环境的监测控制要求。
传感器设计论文范文第8篇
根据上面的原理可知，基于Stewart结构的六维力传感每一个支路如果只受到拉压方向的力，则测量的结果将比较准确，如果有耦合力进入该支路传感器，则由于耦合的影响，传感器的精度会降低，并且耦合因素是降低传感器精度的一个重要原因，因此，就需要设计合理的结构将耦合应力影响降到最小，从而提高测量精度。本文在结构解耦设计上，主要在2个方面进行改进:一是尽量减少耦合力的引入;另一方面是尽量提高结构的抗耦合能力。
1．1支路去耦结构优化设计
传感器维间耦合的产生是在主测量载荷作用时会伴随着非测量方向载荷的干扰影响。根据Stewart六维力传感器的特点与工作原理，传感器耦合形式主要是各支路传感器会受到额外的弯曲和沿轴线的扭转作用。对此，本文设计了一种支路传感器去耦结构可以很好地减小耦合扭曲、弯曲的影响。它由球头球窝组件、十字槽链接杆部件等部分构成，如图2所示。设计思路如下:1)将传统的球铰面接触改为锥头球窝的点接触，连接杆一端为锥状半球型，套入在半球形的窝中，基本实现点接触，这样，在对传感器施加力时，力比较集中，大大减小了杂散力的影响，提高了载荷传递的稳定性，并且通过接触面的减小降低了耦合影响。2)在连接杆上加工可等效为弹性铰链的正交十字槽结构，当有弯曲力矩施加到支路传感器上时，由于有弹性铰链效应，弯曲力矩的影响将会大大减小，使得力传递基本上按照设计的方向进行，力的传递越集中，传感器的精度就越高。
1．2支路传感器优化设计
为了提高传感器整体抗耦合性，各支路传感器结构须具有很好抗扭、抗弯曲能力。本文根据力学分析，将板环结构改为圆环内嵌十字梁结构，圆环内嵌十字梁结构集合了板环结构线性好、输出灵敏度高、刚性好的优点，同时具备工作区应变稳定、对称、抗弯曲、抗扭转等特性。其力学模型如图3所示。圆环内嵌十字梁结构测量的是梁上的拉/压应力，当环受拉向或压向载荷作用时，垂直与水平直径位移方向相反，在十字梁的根部(图3(b)中1，2，3，4处)会产生弯曲和拉伸两类变形，其中拉伸应变可通过全桥接线测量，环上的弯曲应力具有很好的对称性，因此，传递到梁上的工作应变为纯拉/压应变，工作应变区如图3(b)的1，2，3，4处。本文利用Solidworks软件为对优化前后样机进行仿真受力分析，比较工作区应变，验证优化结构的合理性。仿真时对优化前后的传感器都进行装配体受力分析，严格按照实际参数(材料、约束、配合、载荷)进行仿真。载荷施加方法:在轴向载荷基础上附加额外的弯矩与扭矩，测试其对工作应变区影响。两结构施加载荷大小、方向、作用点都一致，其中对于扭矩加力，是直接施加于上端铰座面上;对于弯矩加力，是在同一面上施加侧向力荷来等效，如图4。根据仿真的结果，得到的数据由表1所示。由仿真数据可得:1)优化后支路传感器的抗耦合力矩能力明显强于未优化传感器的抗耦能力。比如:在附加100力矩时，优化后的传感器其微应变值增加了(1105－951)×10－6=154×10－6，而未优化的传感器微应变值增加了(1510－956)×10－6=554×10－6，因此，优化后的结构其抗扭能力大大加强。2)优化后支路传感器的抗侧向力的能力明显强于未优化传感器的抗侧向能力。比如:在附加测向力为200N时，优化后的传感器其微应变值增加了(1215－951)×10－6=264×10－6，而未优化的传感器微应变值增加了(1460－956)×10－6=504×10－6，因此，新结构抗侧向力效果明显。2．3支路传感器的优化结构根据以上的分析结果，新的支路传感器利用了各种去耦方式，得到的总体结构如图5所示。
2六维力传感器的标定
依据要研制的传感器量程和精度，设计了相应的标定系统，该系统的实现主要是通过比对的方法来进行，在施加力的路径上串联一个高精度的S型传感器，精度为0．03%，满足本系统要求。将优化前后传感器在完全相同的试验条件下进行加载并记录测量结果，利用线性解算法求解各自的映射关系矩阵，最后验证比对测量精度。试验标定过程中对传感器6支路通道依次进行标定，每路各取不少于6个标定点，并进行递增、递减加载各3次，然后对递增、递减的标定数据进行均值化处理即为最终的标定数据。对于六维力传感器，解耦的优劣和传感器的精度息息相关，一个方向的加载很难对传感器的解耦能力做出全面的评价，截至目前为止，大部分的论文只是在试验时只是加载了一维力，只有个别的文章提及到二维加载［11］，还没有三维加载的试验数据。本文为了验证传感器的耦合情况，进行了三维复合加载，标定数据见表2～表4。
3结束语