傳感器原理及應用課程設計報告

1、傳感器原理及應用課程設計報告一、設計題目：1.基于ad590的溫度檢測系統(tǒng)。2.光電計數(shù)器的設計。二 要求:1.溫度檢測系統(tǒng)所要達到的功能：（1）測溫范圍55150。（2）所需電路原理圖，放大電路部分，a/d轉換部分，顯示電路部分通過查閱資料，文獻，自行設計。（3）明確設計目的2.光電計數(shù)器所要達到的功能(1) 數(shù)碼管可以顯示產品個數(shù)（0-99），自由設定產品報警個數(shù)（比如 8），當產品數(shù)目是8的個數(shù)時，發(fā)出報警（蜂鳴器響）。(2) 獨立設計電路，應包括單片機小系統(tǒng)、紅外光電開關、數(shù)碼管顯示部分。三設計方案： 根據(jù)指導老師要求需要將兩個設計題目整合到一個系統(tǒng)中。經過分析和查找大量的資料以及同組

2、成員的討論，得出以下設計方案：1.選擇stc89c52單片機作為主控芯片。該芯片有32個i/o口，兩個外部中斷入口，兩個定時計數(shù)器?？梢詫崿F(xiàn)此系統(tǒng)。2.選用ad590作為溫度傳感器。ad590工作原理及特性：（1）其輸出電流是以絕對溫度零度(-273)為基準,每增加1,它會增加1a輸出電流,因此在室溫25時,其輸出電流io=(273+25)=298a。（2）可測量范圍-55至150。（3）供電電壓范圍+4v至+30v。精度高。（4）ad590 共有i、j、k、l、m 五檔，其中m 檔精度最高，在-55+150范圍內，非線性誤差為0.3。本次選用ad590jh，其非線形度+-1.5度測量范圍-5

3、5+150。（5）ad590封裝及典型電路vo的值為io乘上10k,以室溫25而言,輸出值為2.98v(10k298a)。 量測vo時,不可分出任何電流,否則量測值會不準。3.由于ad590輸出為電流量單片機不能直接讀取，因此需要通過串聯(lián)電阻將電流量轉換為電壓量，在由模數(shù)轉換芯片ad0804將電壓量轉換為其對應的數(shù)字量，然后通過軟件將采集到的電壓量轉化為溫度進行顯示。ad0804工作原理及特性：（1）ad0804引腳圖（2）adc0804 電氣特性： (1) 高阻抗狀態(tài)輸出 (2) 分辨率：8 位(0255) (3) 存取時間：135 ms (4) 轉換時間：100 ms (5) 總誤差：-1

4、+1lsb (6) 工作溫度：adc0804c為0度70度；adc0804l為-40 度85度 (7) 模擬輸入電壓范圍：0v5v (8) 參考電壓：2.5v (9) 工作電壓：5v (10) 輸出為三態(tài)結構 （3）ad0804引腳功能：1 (cs )引腳：chip select，與rd、wr 接腳的輸入電壓高低一起判斷讀取或寫入與否，當其為低位準(low) 時會active。 2 ( rd ) 引腳：read。當cs 、rd 皆為低位準(low) 時，adc0804 會將轉換后的數(shù)字訊號經由db7 db0 輸出至其它處理單元。 3 (wr ) 引腳：啟動轉換的控制訊號。當cs 、wr 皆為低

5、位準(low) 時adc0804 做清除的動作，系統(tǒng)重置。當wr 由01且cs 0 時，adc0804 會開始轉換信號，此時intr 設定為高位準(high)。 4引腳和19引腳(clk in、clkr)：頻率輸入/輸出。頻率輸入可連接處理單元 的訊號頻率范圍為100 khz 至800 khz。而頻率輸出頻率最大值無法大于 640khz，一般可選用外部或內部來提供頻率。若在clk r 及clk in 加上電 阻及電容，則可產生adc 工作所需的時序，其頻率約為： 5 ( intr ) 引腳：中斷請求。轉換期間為高位準(high)，等到轉換完畢時intr會變?yōu)榈臀粶?low)告知其它的處理單元已

6、轉換完成，可讀取數(shù)字數(shù)據(jù)。 6引腳和7引腳(vin(+)、vin(-)：差動模擬訊號的輸入端。輸入電壓vinvin(+)vin(-)，通常使用單端輸入，而將vin(-)接地。 8 (a gnd) 引腳:模擬電壓的接地端。 9 (vref2) 引腳模擬參考電壓輸入端。vref 為模擬輸入電壓vin 的上限值。若pin9空接，則vin 的上限值即為vcc。 10 (d gnd) 引腳數(shù)字電壓的接地端。 11 18 (db7 db0) 引腳轉換后之數(shù)字數(shù)據(jù)輸出端。 20 (vcc) 引腳驅動電壓輸入端。 （4）ad0804典型接線圖頻率計算方法是fck=1/（1.1*r*c）以上圖為例r=10k，c

7、=150pf則其內部轉換頻率是fck=1/（101*10k*150pf）=606khz更換不同的r,c值會有不同的轉換頻率，而頻率越高代表速度越快。r,c的組合，務必使頻率范圍在100khz1460khz之間。（5） ad0804時序圖1. 首先cs片選端拉低ad0804時能2. 第三引腳（wr）來一個下降沿脈沖，開始進行模擬/數(shù)字信號轉換3. 轉換完畢后ad0804中斷輸出引腳intr將高電位將至低電位4. 裝換完成后在cs低電平期間ad0804第二引腳來一個下降沿脈沖讀取ad轉換結果5. 光電計數(shù)器采用反射式光電開關。光電開關有以下幾種：hqf*m i-v fs 0槽型光電開關黑龍江物聯(lián)網

8、4t,snllc&o把一個光發(fā)射器和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側的是槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光。但當被檢測物體從槽中通過時，光被遮擋，光電開關便動作。輸出一個開關控制信號，切斷或接通負載電流，從而完成一次控制動作。槽形開關的檢測距離因為受整體結構的限制一般只有幾厘米。黑龍江物聯(lián)網*|a h%z4kl對射型光電開關若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測距離加大。由一個發(fā)光器和一個收光器組成的光電開關就稱為對射分離式光電開關，簡稱對射式光電開關。它的檢測距離可達幾米乃至幾十米。使用時把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側，檢測物通過時阻擋光路，收光

9、器就動作輸出一個開關控制信號。反光板型光電開關 黑龍江物聯(lián)網;g)!p1ed7b反光板型光電開關黑龍江物聯(lián)網;g)!p1ed7bw;aj,i1 把發(fā)光器和收光器裝入同一個裝置內，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開關。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來被收光器收到；一旦光路被檢測物擋住，收光器收不到光時，光電開關就動作，輸出一個開關控制信號。黑龍江物聯(lián)網:e3k-t u);?4s |光電開關在沒有障礙物遮擋時輸出為高電平，當有障礙物遮擋時輸出為低電平。因此可將光電開關輸出引腳接到單片機的外部中斷引腳。每檢測到一次物體單片機產生一

10、次中斷計數(shù)值加一。黑龍江物聯(lián)網wj%g z7擴散反射型光電開關它的檢測頭里也裝有一個發(fā)光器和一個收光器，但前方沒有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。當檢測物通過時擋住了光，并把光部分反射回來，收光器就收到光信號，輸出一個開關信號。綜合考慮本次設計采用反光板型光電開關。5.采用四位數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。采用動態(tài)顯示。 數(shù)碼管前兩位顯示溫度，后兩位顯示計數(shù)值和設定計數(shù)上限值（兩種數(shù)據(jù)分時顯示）交替顯示。6.通過四個獨立按鍵設置計數(shù)報警值。只有在按下k1鍵才可以設定產品報警個數(shù)。每按一次k2設定值加一，加到100自動清0。每按一次k3設定值減一，減到0再按一次設定值為99。按下k4保存設定

11、值并退出設置模式。7.按照數(shù)據(jù)手冊單片機，ad590，ad0804數(shù)碼管均采用5v電源供電即可正常工作。四.具體實現(xiàn)1.系統(tǒng)組成框圖如下：按鍵電源時鐘復位電路數(shù)碼管顯示電路光電開關ad0804ad590 stc89c522.原理圖見附錄。五各部分定性說明以及定量計算：電路分析ad590的輸出電流i=(273+t)a(t為攝氏溫度),因此量測的電壓v=(273+t)a 10k= (2.73+t/100)v。為了將電壓量測出來又需使輸出電流i不分流出來,我們使用電壓追隨器其輸出電壓v2等于輸入電壓v。 利用可變電阻分壓,其輸出電壓v1需調整至2.73v。 接下來我們使用差動放大器其輸出vo為 (1

12、00k/10k)(v2-v1)=t/10v。如果現(xiàn)在為攝氏28度,輸出電壓為2.8v。 六調試： d590串聯(lián)10k電阻供電電壓為4.82v（供電電壓5v由于壓降減為4.82v）輸出電壓與理論值相差很大，測試時室溫約20c輸出電壓理論值應為2.93v。但是實際輸出只有2.62v，而且輸出電壓不會隨ad590溫度的升高而升高。此現(xiàn)象不正確。多次檢查電路，電路連接正確。檢查不出電路有錯誤，又詳細閱讀ad590的數(shù)據(jù)手冊。結論是ad590連接正常。經過認真思考并與同組隊員討論決定加大ad590的電壓。加到12v電壓試驗輸出正常。最后改變電路，給ad590供12v電壓。后又經反復測試，發(fā)現(xiàn)ad590供電電壓只要大于5.5v