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传感器综合电路设计开发

添加时间:2018/09/17 所属栏目:毕业设计论文
涵盖了模拟式传感器、数字式传感器、混合式传感器以及相关应用的扩展,又包含了从硬件设计、制作到单片机软件编程和调试的整个产品开发过程,围范着传感器又涵盖了单片机应用、电子 CAD 绘图等相关软件的应用,可以说是个比较综合的设计。
  以下为本篇论文正文:

摘 要

  现代的传感器应用已经渗透到了工作和生活的方方面面,很多人希望能够更多的了解和学习传感器的知识,想要在市场上找到一个产品具有多种传感器的应用体验,或是能够用来学习传感器的使用,但相关的产品并不多见。

  现代的传感器大多数被厂家制作成了传感器模块,用户购买所需的传感器模块,根据产品说明书,搭建相应的驱动电路,大多数的传感器还需要编写相对应的单片机程序进行驱动识别。我们发现应用中根本没有涉及到传感器的原理,传感器的制造与使用是完全脱离的,因此,要了解学习传感器方法也应该有所改变。

  本设计基于单片机传感器综合电路就是多个传感器的载体,使让使用者在做和用的过程中,体验传感器模块的应用环境、过程和一般方法,具有传感器模块的应用能力。

  本设计在一块电路板中实现了超声波测距仪、导盲仪、数字温度计和红外报警器四个功能,让用户能够体验传感器产品从模块选型、电路设计、电路板制造、电路装配与调试、驱动程序编写、整体调试与修改等过程,使之对传感器的应用有了直观的经验。

  本设计已在高职院校使用了三年,在得到的反馈中,用户在应用中都取得了较好的效果。

  关键词:传感器,单片机,多功能,综合电路,电路设计

Abstract

  Now the application of sensor has penetrated into all aspects of the work and life. A lot of people want to be able to more understanding and learning the knowledge of the sensor. People Want to find a product-all sensor in one. Or can be used to learn the sensors. Such products are rare. Modern sensors most manufacturers were made into the sensor module, users to buy the required sensor module , according to the product specification, build the corresponding driver circuit, most of the sensor also need to write corresponding microcontroller program driven recognition. We found no involves sensor principle, manufacture and use of the sensor is completely out, therefore, the sensor course in higher vocational teaching contents and methods are in urgent need of reform. The design of sensor integrated circuit based on MCU is an application of multiple sensors.The application environment, the process and the general method of the sensor module are used in the process of making and using the sensor module, and the application capability of the sensor module is provided.

  This design has four functions: the ultrasonic range finder, guide device, digital thermometer and infrared alarm on a circuit board.Allow users to have the following experience to the sensor products:the module selection , circuit design , circuit board manufacturing , circuit assembly and debugging, the driver program, debug and modify the working process.Users have intuitive experience of the application of the sensor. This design has been used for three years in higher vocational colleges.In the feedback, users have achieved good results in the application.

  Key words:Sensor,MCU,Multifunctional, Integrated circuit,circuit design

  人类获取环境的信息,需要借助人身的各个器官,比如眼睛来看见图像,用耳朵来听见声音等等,在获取了这些信息后,人类用大脑对这些信息进行加工处理,产生各种对应的动作反应。

  在人类认识自然和改造自然的过程中,单单利用人类自身的器官来获取信息的效率就远远不够了,特别是各种机器的发明和电的发现以后。为适应各种机器和电气,就需要一种能代替人类感官器官的小东西,这就是传感器,它是机器的眼睛、耳朵,为机器获取环境信息。

  在现代的自动化、智能化工业生产过程中,需要大量的传感器来监视生产的每一个环节,比如:传送带传来的物料是否到位,加工过程中温度是否超标,甚至机器本身是否出现故障等等,有了这些传感器,自动化的工业生产才能一直保持最佳状态,工厂的自己的产品,才能得到用户的认可,可以这样说:各种各样,数量繁多的传感器,支撑起了工业的正常运转。

  现在,传感器早已渗透人类社会的方方面面,从大到宇宙飞船,小到手表、手机,从科学研究,到小孩的玩具,处处都能看到传感器的应用,可以说我们的生活已经到了离不开传感器的地步了。因此,传感器的发展是人类科技发展的重要组成部分。在传感器应用中,我们提到信息的获取利用传感器,而信息的处理我们则使用另一个器件——单片机。提到代替人类大脑对信息进行加工处理,有人会说应该使用计算机呀!是的,现代社会对信息的处理大量的使用计算机,但在工业生产中,计算机的体积和稳定性并不适合——想像一下您的智能手环上安装一台电脑会是怎样的体验呢?

  单片机是“单片微型计算机”的缩写,顾名思义,单片机是一种特殊的计算机,它将控制器、运算器、存贮器、I/O 口等设备集成到一块芯片上,相当于一台微型计算机。而与普通计算机相比,它的体集足够小——在一块芯片上;它的价格足够便宜——简单功能的单片机零售价不到一毛钱;稳定性高——工业定制产品工作稳定。可以说,单片机才是在工业生产中最为配套的大脑!

  而我们传感器应用中,传感器传来的数据一般是数字或模拟的数据,并不能直接控制机器的运转,中间必须通过单片机进行识别处理,产生控制机器的信号来让机器运行,这样,就能完成实现生产的自动化了。可以说,机器的大脑,单片机才是最适合的。

  高职教育是职业教育的一种,职业教育中目前提到最多的就是项目化。项目化的由来是职业教育的目地决定的,因为职业教育的目的是培养“职业人”,即能够适应特定岗位工作的人,因此要求在教育过程中体现工作过程,而教育不等同于工作,因此产生了将典型的工作过程项目化,以适应职业教育。项目就是一个完整的、典型的工作,学生通过对这样一个项目的学习,能够获得某种工作能力。

  而现在的传感器课程开设现状并不能满足职业教育的需求,大多数学校目前传感器课程,依旧是传统高校的教学模式,讲的是传感器都有哪些类型,各种类型的传感器都通常采用什么样的材料,利用怎样的原理将环境信号转变成的电信号,又利用怎么样的电路把这电信号进行初步处理。而好些的学校则是在以上这些内容的基础上,加上几个典型的传感器应用电路设计。而这样的传感器课程已经不能满足现代高职教学的需求了。

  现代的传感器应用,已经脱离了基础物理的研究——那是厂家的事,现在的传感器很多都是集成到一块电路板中,用户需要什么功能,根据产品说明书,搭建相应的驱动电路,大多数的传感器还需要编写相对应的单片机程序进行驱动识别。我们发现应用中根本没有涉及到传感器的原理,传感器的制造与使用是完全脱离的,因此,高职传感器课程教学内容和方法手段急需改革。

  本设计的基于单片机的教学用传感器综合电路就是为了高职传感器项目化课程设计的一个载体,用以支撑高职传感器项目化教学,使学生在设计和制作过程中,体验传感器模块的应用环境、过程和一般方法,具有传感器模块的应用能力。现在的高职传感器课程应该是以具体的传感器应用产品为例,让学生通过几个典型传感器产品的设计生产过程来掌握将来工作中,如遇到新的传感器时,应该怎么使用的思路和步骤。

  本设计已在高职院校使用三年,应用于机电一体化等相关专业的《传感器技术》课程的项目化教学,取得了较好的效果。学生通过对这一课程的学习,能够体验传感器产品从模块选型、电路设计、电路板制造、电路装配与调试、驱动程序编写、整体调试与修改等工作过程,跟随课程进度经历电路设计部门、电路板生产部门、产品装配部门、单片机开发部门的变迁,让学生对传感器的应用有了直观的经验,为学生在未来从事相关工作时,有经验可循。

  传感器综合电路软件设计:

US-100 测距时序图
US-100 测距时序图

DS18b20 说明书中给出的写时序图
DS18b20 说明书中给出的写时序图

显示电路测试通过
显示电路测试通过

温度电路测试通过
温度电路测试通过

超声波电路测试通过
超声波电路测试通过

超声波测距仪测试图
超声波测距仪测试图

数字温度计功能测试
数字温度计功能测试

使用按键改变功能号
使用按键改变功能号

从对应功能中退出
从对应功能中退出

目 录

  摘 要
  Abstract
  第 1 章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究主要内容和目的
    1.3 本设计主要实现功能
  第 2 章 主要器件选择及其简介
    2.1 单片机(STC89C52RC)
    2.2 超声波模块(US-100)
    2.3 温度传感器模块(18b20)
    2.4 红外传感器(E18-D80NK)
    2.5 人机对话相关器件
  第 3 章 系统硬件设计
    3.1 电源设计
    3.2 测距与导盲仪电路设计
    3.3 温度计电路的设计
    3.4 红外报警电路设计
    3.5 超声信号滤波器设计
    3.6 总体硬件电路设计及制作
  第 4 章 系统软件设计
    4.1 功能选择
    4.2 测距仪功能
    4.3 导盲仪功能
    4.4 数字温度计功能
    4.5 红外报警功能
    4.6 整体调试
  第 5 章 总结
  参考文献
  附 录
  作者简介
  致 谢

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