传感器课程设计

传感器课程设计（精选10篇）

传感器课程设计 篇1

设计题目：智能温控风扇传感器

这次传感器的课程设计题目我们小组选了温度控制风扇传感器，这个实验涉及了模电、电路的一些基础部分，同时也让我们了解了电路排版、焊接的一些基本技能。其实刚开始我们小组选的并不是这个温控风扇传感器，而是基于电阻式传感器而来的测重仪，后来去老师那里要材料老师说电阻式传感器设计的侧重仪所需要的单片机偏贵，叫我们最好换另外的。在一起商量以后我们决定换成了温控风扇传感器。

在我们做实物的时候我们也遇到了很多的麻烦和问题。在组装排版的时候由于洞洞板不是很大这就对我们的排版有了一定的要求，不然到时候焊接电路也会变得很繁琐。由于以前我们都没有接触过焊接刚开始的时候焊接的也不是很好，有时候还会不能连在一起的导线黏在一起，经过一定的练习之后慢慢掌握了要领焊接起来就很快乐。面对着看去很复杂的电路图我们在做的过程中也要做到很仔细的区观察并且在焊的时候要再去确认一遍电路的正确性。这样就减少了不必要的麻烦，省的到时候检查的时候错误过于多。

我在领了材料以后看了一下，以为没有温度传感器后来我才发现DS18B20是这么小，以至于我把他当成了三极管。这也是由于我没有对这个温度传感器的了解菜会产生这种情况的。当我们焊接了以后对这个喜欢干起进行调试，出现了数码管没有亮，后来经过寻找问题后发现一个地方没有焊接好。在经过纠正调试以后传感器成功运行。

传感器课程设计 篇2

一、基本知识

定向扩散路由无线传感器网络讲述一种基于定向扩散梯度场的传感器网络路由技术，主要工作过程分为两个阶段：定向扩散梯度场形成阶段和数据分组汇聚阶段。图1所示为一种基于跳数的定向扩散路由无线传感器网络工作原理。

图1(a）为定向扩散梯度场形成过程，初始时，汇聚节点sink的HC（最小跳数值）为0，其他节点的HC为∞。定向扩散梯度场的形成由sink节点启动，sink节点以短程通讯方式发送查询分组，在其一跳范围内的节点A、B能收到查询分组，其HC更新为1;A、B节点转发查询分组，节点C、D、E、F新收到查询分组，其HC更新为2;C、D、E、F节点转发查询分组，节点I、J、K新收到查询分组，其HC更新为3，定向扩散梯度场最终形成。图1(b）为数据分组汇聚过程，HC为3的节点I发送数据分组，在其一跳范围内且HC为2的节点E收到并转发数据分组，紧接着在E节点的一跳范围内且HC为1的节点A、B收到并转发数据分组，此后数据分组被在A、B节点一跳范围内且HC为0的sink节点收到，数据分组汇聚过程结束。

二、问题提出

定向扩散路由以受控flooding方式传送查询分组和数据分组，能限制传统flooding方式的洪泛广度和洪泛深度，从而节省能量和克服“环回”现象，这些优点源自路由所依赖的定向扩散梯度场。定向扩散梯度场的特征以及数据汇聚路径特征是掌握定向扩散路由行为特征的首要任务，在课程教学时可提出第1个问题：定向扩散梯度场有何特征；以及第2个问题：数据分组在定向扩散梯度场中沿什么样的路径汇聚，及其有何特征。

定向扩散路由技术曾被认为是无线传感器网络研究的里程碑，具有广泛的应用前景，但实际上迄今为止并没有得到广泛应用，究其原因，是因为在其实际应用中发现频繁出现数据传送不可靠和部分节点易失效等现象。为激发学生创新思维，在课程教学中可提出第3个问题：怎样提高数据汇聚的可靠性；以及第4个问题：怎样避免节点失效。

三、问题讨论及解答

（一）问题讨论

问题提出后，启发学生利用相关基楚知识以及定向扩散路由的工作原理讨论提出的问题，然后给出问题的初步答案。

对于第1个问题，学生联想到常见的无线电波的传播图，认为定向扩散梯度场具有类似于无线电波传播的轮廓图。

对于第2个问题，学生根据定向扩散路由工作原理，能大致理解某节点的感知数据分组沿HC减小的方向逐跳汇聚到sink节点的路径，但对汇聚路径的特征没有清晰地认识。

对于第3个问题，学生根据无线通讯链路不可靠的特点，认为是节点通讯半径小，参与转发的节点数少，从而导致数据汇聚不可靠，要提高数据汇聚的可靠性，应该加大节点通讯半径。

对于第4个问题，学生认为与第3个问题的原因相反，是节点通讯半径过大引起的，节点通讯半径大，参与转发的节点数多，网络负载重，从而导致节点容易失效。

让学生记录下经讨论后得出的问题初步答案，便于下一步对照验证、完善以及纠错。

（二）问题解答

得出问题初步答案后，引导学生通过仿真验证答案，鉴于MATLAB仿真软件可视化功能强、使用简便、应用范围广，推荐学生使用该软件，重点将与问题直接相关的定向扩散梯度场、数据分组汇聚路径、数据分组转发节点数、节点承受转发负载数的图形画出来，便于分析验证。

学生对节点通讯半径R=5m，节点密度，覆盖区域为30m*30m矩形区域的传感器网络仿真后，得到图2～图5几个基本趋同的仿真图形。

得到仿真图形后，对照问题初步答案，再次组织学生分析讨论、对仿真图形进行解析。

图2为定向扩散梯度场轮廓图，的确与无线电波的传播过程示意图类似，但要向学生强调的是，无线电波的传播图是示意无线电波从发射点向远处传播的过程，而定向扩散梯度场体现的是查询分组自sink节点向HC增大方向的节点逐跳转发的过程，类似于查询分组在网络节点覆盖区域中“逐跳造梯”后的“逐跳爬梯”。

图3为某数据源节点的数据分组汇聚路径，的确表现为自数据源节点向sink节点“逐跳下梯”的过程，但在数据汇聚过程中，各跳梯度中参与数据分组转发的节点数明显不同，呈现两端少（源端只数据源节点1个，终端只sink节点1个）、中间多的特征，说明数据汇聚流不均匀。

图4为不同节点汇聚数据分组时下一跳的转发节点数情况，可见不同距离节点的数据分组转发节点数呈现为分段单调的情况，无论通讯半径多大，都会出现转发节点数极少、转发不可靠的情况，说明学生对第3个问题的初步答案并不全对，虽然增大节点通讯半径可能提高汇聚可靠性，但通讯半径大到一定程度后，不仅不能真正解决所有节点的数据汇聚可靠性问题，相反可能因碰撞加剧而导致新的数据汇聚不可靠问题，应该寻求新的解决问题的办法。

图5为不同节点承担转发负载数情况，可见不同距离节点承担转发负载数也呈现为分段单调的情况，只要节点通讯半径不是足够小，都会出现转发负载重、节点容易失效的情况，说明学生对第3个问题的初步答案并不全面。由于数据汇聚流不均匀，总会存在承担转发负载重的节点，为避免负载重的节点过早失效，延长网络整体寿命，除适当调整节点通讯半径外，还应该寻求新的解决问题的办法。

鼓励学生对未彻底解决的问题或新发现的问题继续进行深入探索。

四、知识总结

通过提出问题、分析问题以及解决问题，对定向扩散路由无线传感器网络课程内容可总结出如下几个知识点。

1.定向扩散梯度场呈现最小跳数值逐跳递增的阶梯形状，查询分组的传递过程表现为自sink节点“逐跳造梯”后“逐跳爬梯”的过程。

2.数据分组的汇聚表现为自数据源节点向sink节点“逐跳下梯”的过程，且数据汇聚流不均匀，表现为先自数据源节点发散、后收敛于sink节点的趋势。

3.定向扩散路由是一种受定向扩散梯度场限制的受控flooding路由方式，单纯靠增大节点通讯半径不能杜绝数据汇聚不可靠的现象，反而可能引起新的数据汇聚不可靠，需探索新的解决措施。

4.数据汇聚流不均匀，其中的热点节点可能过早失效。统一改变节点通讯半径并不能使数据汇聚流变得均匀，要较好解决节点过早失效问题，需采取其他措施对数据汇聚流进行精细化控制。

五、结语

在传感器网络课程教学中使用问题教学法，能够突出重点，激发学生寻求答案的欲望，从而在寻求答案的过程中培养分析问题、解决问题的能力，甚至发现新的问题，激发创新思维，不仅具有良好的学习效果，而且能培养学生的自学能力和创新能力。

摘要：为培养学生分析问题、解决问题的能力,以及提高传感器网络课程教学效果,以定向扩散路由无线传感器网络知识为例,讨论传感器网络课程教学中问题教学法的实施过程。实践证明,问题教学法的教学重点比较明确,教学内容比较集中,并通过问题讨论、验证的方式组织教学,有助于激发学生的学习兴趣和培养分析问题、解决问题的能力。

关键词：传感器网络,问题教学法,提出问题,分析问题,解决问题

参考文献

[1]丁敏.问题教学法在大学课堂教学中的应用[J].黑龙江教育(高教研究与评估),2011,962(8):83-84.

[2]KOOK-HEE HAN,YOUNG-BAE KO,JAI-HOON KIM.Anovel gradient approach for efficient data dissemination in wireless sensor networks[A].VTC2004-Fall[C].Washington:IEEE Computer Society,2004,60(4):2979-2983.

[3]薛定宇,陈阳泉.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用[M].北京:清华大学出版社,2002.

[4]胡四泉,王志良.无线传感器网络课程实验教学探讨[J].中国电力教育,2010,182(32):110-111.

浅析传感器技术课程教学 篇3

【摘要】传感器技术是当今信息社会发达国家竞相发展的高新技术，作为信息技术的三大支柱之一，传感器技术的应用领域非常广泛，是一门集电子、机械和物理等学科于一体的综合性技术，近年来已成为国内高校电子、电气信息类专业的一门重要专业课。目前，关于传感器技术课程教学内容和方法的研究探讨较少，本文基于该课程多学科交叉的特点，在教学内容、方法和效果等方面进行了探讨，以期推动该课程的教学质量水平。

【关键词】传感器技术 教学方法 教学质量

【中图分类号】G642 【文献标识码】A

一、引言

科学技术的飞速发展使当今社会跨入了信息技术时代，人类对信息资源的需求不断增长，掌握和利用信息技术是世界各国的迫切需求。传感器技术、通信技术和计算机技术三者共同构建了现代信息技术，通常，人们把能将被测对象的某一确定的信息按照一定规律转换成与之对应的可输出电信号的元器件或装置称为传感器。如果将计算机比喻为处理和识别信息的“大脑”，把通信系统比喻为传递信息的“神经”，那么传感器就是感知和获取信息的“感官”[1]。从三者的关系中不难看出传感器技术乃重中之重，因此，美国、日本等发达国家都将传感器技术列为各种尖端技术之首。传感器技术业已成为电子、电气及测控类专业的一门主干课程，由于该课程涉及到机械、电子、物理和化学等多门学科，属于高技术交叉学科范畴，学生通常在学习过程中掌握起来有较大难度，因此我们一直在教学内容和方法上努力探索，寻求更好的教学效果。本文结合平时授课情况，主要在教学内容和方法上提出了一些新的思路和见解。

二、教学内容的扩充与更新

目前，按照传感器技术教学大纲要求，在讲授该课程中，通常都是逐步深入地介绍电阻式、电感式、热电式、压电式和光电式等常用的经典传统传感器的工作原理、测量电路以及一般应用[2]。然而这些传感器大多数都是上世纪六七十年代开始发明应用的，有些已不能满足生产实践的需要，所以学生在听课过程中学习兴趣并不高。当给学生介绍最新发展的传感器及相关应用时，学生反而表现出了很大的学习积极性。例如在介绍电容式传感器时，将该传感器与当前流行的手机或平板电脑等触摸屏电子设备结合起来，让学生掌握电容式感应是一种以触摸操作为基础的感应形式，电容式感应技术可作为传统机械式按钮和滑动触头的一种替代技术，用来设计触摸屏、触摸板和接近感应装置。这项技术主要用于检测导电物体是否存在，一般情况下，用户的手指就是这个导电物体。如此讲授，使传感器原理与实际应用紧密结合起来，从而较好地激起了学生的学习热情。因此，在备课时通常都要在网上搜索与课程相关的大量资料，例如上一些专业的学术论坛，查询相关传感器的最新应用，了解不同传感器的安装、价格及特性，给学生介绍大量新型的传感器的应用实例以及传感技术在工程上应用的调整方法、技巧，通过以上这些教学内容的扩充与更新，使得原来的教材内容更加通俗易懂，贴近生活，最终学生的学习效率明显得到提高。

三、教学方法和考核方法的改进

在课堂上，传感器技术课程的讲授通常都以传感器原理讲授为主、辅以必要的验证性实验，而对于传感器的应用一笔带过[3]。这种教学方法通常教学效果都不太好，因为学生一般对传感器的真实应用求知欲较大，因此，我们把重点放在讲授传感器应用电路设计思想和测量方法，并利用ppt给学生列举该类型传感器的大量应用实例。此外，结合动画等技术，将传感器的机理模型和典型应用等以动态形式表现出来，从而提高学生对传感器的感性认识和理解，最终提升学生对该课程深入学习的兴趣。

在实验环节，为了使学生及时对理论教学内容进行深入理解，为了提高学生的学习兴趣，除了按时完成实验指导书上规定的几个常规性的验证性实验之外，我们通常会围绕一个较为综合的带有科研性的实验项目给学生演示讲解基本工作原理，之后将这个综合项目分解成几个部分，让学生独立完成实验，淡化教师的参与，即所谓的课程设计，这样可以为每个学生提供独立分析和解决问题的机会，从而加深学生对理论知识的进一步理解，并将为今后本科毕业设计起到推动作用。实践证明，学生在进行课程设计之后，其独立思考和分析问题的能力以及动手能力方面都有了很大的提高，更重要的是使学生学习的知识得到了应用，从而达到学以致用的目的。

在教学过程中，考核方式的改进也非常重要，根据多年的教学经验，我们一改以往由期末成绩决定学习成绩的方式，将学生最终成绩由期末考试、平时成绩、课程设计三部分按一定比例组成：期末考试改为开卷，主要考核学生分析和设计传感器电路的能力；平时成绩由平时学生回答课堂问题、参与小测试的情况决定；课程设计重点考察学生在实验过程中独立分析、解决问题和动手的能力。这种考核方式，虽然增加了教师的工作量，但可以将考核贯穿到整个教学环节中，从而推动了学生的学习。

四、总结

传感器技术课程的教学活动是一项与时俱进的系统工程，无论在理论教学还是在实验教学中，将该学科的最新科学前沿内容引入课堂无疑将为该课程注入新的血液。教学和科研从来都不是处在对立和矛盾之中，而是相辅相成的。在进行传感器技术基础教学的过程中，引入传感器的最新发展应用及态势，一方面可以使学生加深对课本知识的理解，另一方面也必然增加学生的学习兴趣。但是，在改进教学内容和教学方法的过程中，最终还是要一切从实际出发，紧紧围绕“是否能够提高教学效果”这个核心问题来开展。教学的最终母的还是要让学生能够成为独立思考、自主创新的有用人才。最后，我们希望通过以上对传感器技术课程教学改进，能够对该课程的教学质量水平具有一定的推动作用。

参考文献

[1] 张洪润，张亚凡，邓洪敏. 传感器原理及应用 [M]. 北京：清华大学出版社，2008.

[2] 曹良玉，赵堂春. 《传感器技术及其应用》课程改革初探[J]. 职教之窗，2005，12：62.

[3] 倪震松. 《传感器技术》课程教学方法探讨[J]. 中國科教创新导刊，2012，20：49.

作者简介

传感器原理及应用课程总结 篇4

组成：敏感元转，转换元件（调制作用），测量电路

分类：按输入量分类，按测量原理分类，按结构型和物理型分类【第2页】

第一章

静态特性：传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为稳态特性。

Y=a0+a1X+a2X2+…+anXn 【第4页 公式1-1 线性度：在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差裕满量程（F·S）输出值的百分比称为线性度。δL=±ΔYmax/YF·S×100％

灵敏度：指到达稳定工作状态时输出变化量与引起次变化的输入变化量之比。

【第7页 公式1-2】 动态特性：指传感器对随时间变化的输入量的响应特性。（传感器的动态特性是传感器的输出值能够真实地再现变化着的输入量能力的反映。）【第10~11页，0，1，2阶数学模型】 幅频特性，相频特性【第13~15页】

对系统响应测试时，常采用正弦和阶跃两种输入信号。这是由于任何周期函数都可以用傅里叶级数分解为各次谐波分量，并把它近似地表示为这些正弦量之和。而节约信号则是最基本的瞬变信号。

第二章（应变传感器 与 压阻式传感器相联系）

金属应变片，特点：1.精度高，测量范围广。2.频率响应特性好。3.结构简单，尺寸小，质量轻。4.可在高（低）温、告诉、高压、强烈震动、强磁场及核辐射和化学腐蚀等恶劣条件下正常工作。5.易于实现小型化，固态化。6.价格低廉，品种多样，便于选择。

缺点：大应变状态时明显非线性，半导体传感器非线性严重；输出信号微弱，抗干扰能力差；不能显示应力场中应力梯度变化。

金属丝：应变系数【第20页 公式2-6】

金属应变片：【第23页 公式2-7】 横向效应：金属应变片由于敏感栅的两端为半圆弧形的横栅，测量应变时，构件的轴向应变ε使敏感栅电阻发生变化，其横向应变εr也将使敏感栅半圆弧部分的电阻发生变化，应变片的这种既受轴向应变影响，又受横向应变影响而引起电阻变化的现象称为横向效应。温度误差：温度漂移→温度误差→因环境温度改变而引起电阻变化的两个主要因素：其一是应变片的电阻丝具有一定温度系数；其二是电阻丝材料与测试材料的线膨胀系数不同。

【公式2-16，17，18】（补偿方式？）

应变极限：【第25页 公式2-11】与测量电路联系起来看 测量电路：电桥： 相邻相异，相对相同【第30页 公式2-27】

应用：看书后习题【第332页】

第三章

电容表达式：C=ε0εrS/dε=ε0εr

三种类型：变面积型，变介质介电常数型，变间距型【第46页】

变间距型，采用差动式电容传感器，使灵敏度提高已被，而且使非线性误差可以减小一个数量级。线性度极大减少？【第49页】 测量电路：【第53页 图3-10】

差动脉冲宽度调制电路：分析【第55页】

误差分析：寄生分布电容，边缘效应【第59页】

边缘效应：边缘效应的影响相当于传感器并联一个附加电容，引起了传感器的灵敏度下降和非线性增加。消除方法：增大初始电容C0，即增大极板面积，减小极板间距，加装等位环。寄生分布电容：一般电容传感器的电容值很小，如果激励电源频率较低，则电容传感器的容抗很大。因此，对传感器绝缘电阻要求很高；另一方面传感器除有极板间电容外，极板与周围物体也产生电容联系，这种电容称为寄生电容。寄生电容极不稳定，导致传感器特性不稳定，产生严重干扰。措施：静电屏蔽，将电容器极板放置在金属壳体内，并将壳体与大地相连。电极引出线也必须用屏蔽线，屏蔽线外套要求接地良好。

第四章

电涡流传感器

电涡流传感器工作原理：当被测物体与传感器间的距离d改变时，传感器的Q值和等效阻抗Z、电L均发生变化，越是把位移量转化为电量。

为何说被测导体是传感器一部分：1.无被测导体，不发生电涡流效应，必要条件。2.被测导体变化，传感器特性也变化。

如何测，测量参数，影响因素【第89页】

第五章

压电式传感器是一种典型的有缘传感器。

压电效应：某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在他的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复不带电状态。压电陶瓷和晶体有何不同，有极性为何不显电性 电致伸缩效应 正负压电效应

测量电路：原理 【第105页】

内部泄露：传感器内部不可能没有泄露，外电路负载也不可能无穷大，只有外力以较高频率不断地作用，传感器的电荷才能得以补充，从这个意义上讲，压电晶体不适合于静态测量。电压放大器【第106页 图5-17 公式5-18】模值，峰峰值，理想输出

电荷放大器

压电加速度传感器【第110页】阻尼系数，固有频率

第六章

数字式传感器：直接采用数字式传感器可将被测参数直接转换成数字信号输出【第114页】 光栅式传感器：由照明系统、光栅副和光电接收元件组成。

摩尔条纹形成【第120页】

辨向原理：如果能够在物体正向移动时，将得到的脉冲数累加，而物体反向移动时可从已累加的脉冲数中减去反向移动的脉冲数，这样就能得到正确的测量结果。

细分技术【第123页】 光栅传感器特性

第八章 霍尔效应，霍尔系数【第167页】

为何选N型材料：输出电势小，受温度影响小，线性度较好 磁敏传感器温度补偿：【第173页】半导体材料的电阻率、迁移率和载流子浓度等随温度变化的缘故。因此，霍尔元件性能参数，如内阻、霍尔电势等都将随温度变化。为减少霍尔元件温度误差，可：1.选温度系数小的材料。2.采用恒温措施。3.采用恒流源供电。4.采用补偿电路 为何尺寸，外形有要求？ 测量电路，概念，两种符号，各种特性，形状系数，不等位电势

光敏传感器

光电效应

外光电效应：在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面，向外发射的现象称为外光电效应。内光电效应：受光照的物体导电率发生变化，活产生光生电动势的效应叫内光电效应 各种元件的基本特性，原理 负载，功率的选择

应用【第367页 例8-5】

光电传感器的类型及应用【第201页】

类型划分，按原理，按测量量（连续，断续）

光纤传感器 特点，原理，计算公式，结构，分类

特点：1.电绝缘2.抗电磁干扰3.非侵入性4.高灵敏度5.容易实现队被测信号的远距离监控 原理：斯奈尔定理：当光由光密物质射出至光疏物质时，发生折射，其折射角大于入射角。

【第245页】

智能传感器的设计 篇5

在智能传感器的设计中应采用高精度的数据采集芯片。它的功能是以比较低的成本获得极高的分辨率，芯片上集成有多路开关、可编程增益放大器、增益及零点校正等, 可以直接处理传感器输出的微弱信号, 这样不但简化了设计, 而且在提高系统性能的同时降低了成本。

2.1 系统结构及组成

只能传感器系统由以下3 部分组成：传感模块、信号处理模块和通讯模块。

2.1.1 传感模块

传感模块将各种物理量转换为电量，主要由具体的传感单元来实现，如温湿度传感单元、光敏传感单元及气敏传感单元等，其输出包括模拟量、数字量、开关量等。它需要对信号进行检测，这主要是通过对MAX1400的编程来实现的。MAX1400内部各部分电路的工作状态由一组内部寄存器控制。这些内部寄存器包括8个可单独寻址的寄存器。其中通信寄存器主要控制对内部寄存器的访问;两个全局设置寄存器主要用来选择模拟输入通道、设置调制频率、数字抽取滤波器抽取因子、数字滤波器频率响应和其他工作状态;特殊功能寄存器用于控制整个器件;3个传输函数寄存器分别用来设置对应于3个模拟输入通道的PGA 增益和DAC 偏移量;数据寄存器用于保存转换结果。

2.1.2 信号处理模块

信号处理模块以微处理器为核心，主要完成AD 转换、数字信号处理和数据输出调度。从智能传感器高可靠性、低功耗、微体积等特点来考虑，选用Winbond 公司的W78E58 单片机，该型号的单片机性价比高、速度快、程序空间大，能很好地满足设计要求。信号处理单元包含微处理芯片和存储器。一方面用来存储传感器的物理特征: 偏移、灵敏度、校准参数,甚至传感器的厂家信息，另一方面微处理器需要根据实际的需要对传感器的输入进行处理和变换, 用来实现数据的处理和补偿, 以及输出校准。网络接口实现智能传感器之间以及它们与检测控制设备之间的互连, 设计中必须保证网络中所有的节点能够满足共同的协议, 实现即插即用功能, 它是对网络中的每个设备最基本的要求。

2.1.3 通讯模块

通讯模块用来实现本地数据的远程传送及接收远程控制命令等。工业应用中采用的网络形式有多种，现在一般都采用各种现场总线等，我们可以在PC 机上广泛使用的TCPIP 协议，这是因为TCPIP协议已经成为计算机网络通信中的事实标准协议, 它具有开放性、低成本、高速度、高可靠性等特点, 而且连网方便, 有众多的应用和开发软件。实现网络接口的方式一般有两种: 软件方式和硬件方式。软件方式是开发者将所采用的协议模式嵌入到特定的芯片中，这种方式的优点是成本低，但实施起来具有一定的困难;硬件方式是直接使用已经嵌入了协议的芯片，使用这些芯片操作简单、使用方便，但它所需要的成本太高，利用这些芯片组网动辄几千元。综合考虑实现的方便性及设备的成本问题, 这里采用的是软硬件结合的方式，就是把协议写入到单片机中，用单片机驱动8029 芯片的网卡来实现网络接口。

2.2 智能传感器软硬件结构的设计

硬件结构的设计：智能传感器的硬件结构应该包含网络化接口, 这样便于与远程Internet 进行通讯的实现，复杂可编程逻辑器件用于进行单片机与网络芯片8029 之间的逻辑转换，AM 作为收发网络数据缓冲区，EEPROM 用于存放断电需保存的数据, 如本机IP 地址、网关IP 地址等, 这些设置都是智能传感器的硬件结构设计中所必须的设备。

软件结构的设计：只能传感器软件设计中的网络接口的实现，采取的是软硬件结合的形式，微处理器2是整个软件设计的核心。一方面, 它要处理传统传感器部分传过来的数据;另一方面, 它要根据IP 地址和端口把待发送的数据压缩成能直接在Internet 传输的数据包送给网络芯片8029 发送, 又要根据8029 芯片的逻辑时序, 对8029 进行控制, 实现网络数据的发送和接收。由上分析可知, 网络接口设计的关键在于完成对待收发数据的解包打包及实现对8029 芯片的控制。

3 结语

智能传感器是测量技术、半导体技术、计算技术、信息处理技术、微电子学、材料科学互相结合的综合密集型技术。我们需要对其进行进一步的研究，从而与国际自动化技术水平接轨。

参考文献：

[1]王汝文, 宋政湘, 杨伟. 电器智能化原理及应用[M ]. 北京: 电子工业出版社, .

无线红外温度传感器的设计 篇6

摘 要：文章介绍了一种基于MLX90614ESF-BAA的无线红外温度传感器，具有非接触、体积小、精度高，成本低等优点。文章主要给出了传感器的硬件电路设计及节点的软件设计。硬件设计主要包括电源电路，采集电路和无线射频电路，软件设计主要包括数据采集和通信协议的设计。最后对设计的传感器节点进行了射频性能和传感器精度的测试验证。

关键词：红外温度传感器;Modbus协议;433MHz无线通讯

引言

红外测温是根据被测物体的红外辐射能量来确定物体的温度，不与被测物体接触，温度分辨率高、响应速度快、测温范围广、稳定性好等特点，近年来常被应用于高精度无接触测量，在智能家居、智能电网、汽车电子等领域都有广泛的应用。

本文设计的传感器具体应用场景是配电室，用于测量线缆温度。本设计采用MLX90614BAA红外温度传感器，具有非接触，体积小、精度高，成本低等优点。传感器采集的数据通过工业现场总线协议DDModbus协议进行传输，并采用433MHz无线模块进行数据通信。无线通信方式，避免了有线通信电缆安装的不便，选用433MHz频段具有较远的通信距离和穿墙能力，适用于配电室这一特定应用场景。

1 无线频段的选取

结合传感器的具体应用场景的实际使用需要，综合考虑耗电量、传输距离、数据速率、安全性和成本等因素，本设计的无线通信频段选用433MHz。由于配电室环境复杂，设备装置多，数据传输的路径弯曲程度大。在相同的弯曲度路径情况下，433MHz的无线射频衰减率为：0.577dB/m;915Mhz的无线射频衰减率为：0.676dB/m;2.4G的无线射频衰减率为0.761dB/m。由此可见：无线设备工作在433MHz频段更有利于在弯曲路径时的通信。在芯片的选型上遵循低功耗，低成本，微型化的原则，因此本文中设计的传感器采用CC1101芯片。

2 硬件设计

无线红外温度传感器的硬件设计包含电源供电电路，数据采集电路，无线数据传输模块电路几个部分。

电源供电部分主要是把3.7V电池电压转换为3.3V，作为各个部分的供电电源，以及5V电源给电池充电两个部分，使用Maxim公司的MAX8881作为3.7V转3.3V的降压芯片，MAX1555作为5VDC电源给电池充电的芯片。

数据采集部分采用Melesix公司的MLX90614红外温度传感器。此款传感器第一文库网环境温度范围为-40°～+125°，物理温度范围-70°～+380°，电源电压3.3v。MLX90614 是由内部状态机控制物体温度和环境温度的测量和计算，进行温度后处理，并将结果通过 PWM 或是SMBus模式输出，本设计选用SMBus模式。

433MHz无线射频模块采用的STM32F103RBT6作为主控芯片，CC1101作为无线射频芯片。主控模块通过SPI总线通信接口拖带无线射频通信模块，可以实现对无线通信模块的寄存器的`读写，从而完成对模块通信参数的配置，进一步控制模块对无线数据的收发。

3 软件设计

软件设计部分包含温度数据的采集、处理，无线数据收发和Modbus通信协议几个部分。

3.1 数据采集与处理

红外温度传感器采集温度数据传输时序如下图所示，START位定义为当SCL为高时，SDA线为从高到低的转换。STOP位定义为当SCL为高时，SDA为从低到高的转换。每个字节包括8位，在总线上传送的每个字节必须跟随一个确认位，和确认关联时钟脉冲是由主控器产生的。读取数据是以字节为单位进行的。每次发送一个字节，然后就判断对方是否有应答，如果有应答，就接着发送下一个字节;如果没有应答，多次重发该字节，直到有应答，就接着发送下一个字节，如果多次重发后，仍然没有应答，就结束。接收数据时，每次接收一个字节，然后向对方发送一个应答信号，然后就可以继续接收下一个字节。

本文中设计的无线红外温度传感器上电初始化后，等待上位机通过集中器无线模块发送的数据采集命令，再对数据进行采集，并将采集到的数据按照Modbus协议处理后，通过无线模块传输到集中器中。

3.2 Modbus通信协议

Modbus通信协议是一种工业现场通用协议，主要规定了应用层报文传输的格式，使得不同生产厂商的设备可以连成网络，集中监控。Modbus协议可分为在TCP/IP上的实现与串行链路上的实现，即Modbus-TCP和Modbus-RTU。传感器内部实现的是Modbus-RTU协议。Modbus协议使用的是客户机/服务器(C/S)的通信模式，主站向从站发送请求的模式有两种：单播和广播，本文实现的是单播的模式。

Modbus通用帧即ADU应用数据单元分为附加地址、功能码、数据和差错校验4个部分，其中功能码和数据部分为PDU协议数据单元。传感器接收到上层rtu帧命令后，首先进行从站地址和差错校验码的判断，若不正确直接丢弃命令帧，若正确则进行rtu帧解包获取命令并进行温度采集，数据采集后进行rtu帧封包，最终通过无线模块与上层设备进行数据通信。

4 测试结果

在排除433MHz频段其他设备干扰的情况下，对无线红外温度传感器进行射频性能的测试，每次发送1000个数据包，保证丢包率为0%的情况下，有效直线传输距离为120米，穿透性为两层楼。

无线红外温度传感器精度的测试，在相同环境中，使用市场上购买的手持红外温度仪与本文中设计的传感器进行温度监测数据的对比，温度值的误差保持在±0.5°C以内。

5 结束语

本文中设计了一种使用Modbus通信协议并通过433MHz频段无线通信的红外温度传感器，介绍了频段及射频芯片选择的原则，给出了传感器的硬件及软件设计方案。较详尽的介绍了MLX90614红外温度传感器的数据采集时序及原理，以及本设计中应用的Modbus协议。最后对传感器设备进行了射频测试及精度测试，测试结果表明，该传感器具有非接触性，高精度，通信距离远，穿墙能力强等优势。

参考文献

[1]Melexis公司.MLX90614红外温度计数据表.

[2]沙春芳.红外温度计MLX90614及其应用[J].现代电子技术，2007年22期.

[3]吴永宏，高峰.基于MLX906014的红外测温仪[J].仪表技术与传感器.2008年02期.

传感器技术课程教学方法研究 篇7

关键词：传感器技术,课程教学,教学方法

作为与现代科学技术紧密相连的一门学科, 传感器技术正在快速发展, 且种类很多, 它涉及到机械、电子、力学、光学、电磁学、热学、材料学、控制学等知识。该课程的开设目的在于培养和锻炼学生组建非电测量和控制系统的实际能力, 进而在综合运用各种知识的基础上, 能够理论联系实际, 合理选择、使用传感器, 基于它的理论性、实践性都很强, 是一门综合性课程, 学生在学习的过程中普遍感到其理论知识抽象难懂, 实践内容难以把握。所以在传感器技术课程的教学过程中如何调动学生学习的积极性, 提高学习兴趣, 进而提高学生的学习成绩及动手能力和创新能力是十分必要的。

1 调动学生积极性

若想让教学效果得到明显提高, 学生主动学习的状态是很重要的, 这就需要把学生从被动学习的状态变为主动, 那么如何才能改变学生的学习状态调动学生学习的积极性呢, 笔者认为应从以下几个方面着手:

1.1 采用任务教学法

学期初开课前把全班同学分成几个学习小组, 每组四到六个人为宜, 教师在每个教学课题中设计一些相关题目, 讲授新课之前都事先布置预习任务, 下发任务书, 使学生明确学习方向, 了解新课题的重点难点及相关知识背景, 学生通过亲自查阅整理资料整理问题答案, 这样, 在掌握课本知识的同时, 提高了他们的自学能力, 拓宽了他们的眼界及思路, 同时也让他们有一种收获的满足感。

1.2 安排设计性实验

对于传感器技术的实验教学, 学生需在实验室完成实验指导书要求的十余种传感器的验证性实验, 除此之外, 在学期末安排每个学习小组完成两个综合性实验, 要求学生通过学习小组成员的集体努力, 独立完成设计、安装和调试的全过程。实践证明, 设计实验对于培养学生综合素质和提高学生的学习积极性具有重要的意义。

1.3 设计分组讨论

设计相关题目, 比如让学生比较在同一场合都可使用的几种传感器的优缺点, 从产品价格、材料性能、使用寿命等方面考虑设计最优方案, 通过小组讨论, 充分调动大家的积极性和思考力, 然后通过小组推荐成员上台演讲, 让大家充分表达自己的观点和看法, 在交流的过程中相互学习并排忧解难。

教学中以上几种方法的应用, 确实调动了学生的学习积极性和主动性, 提高了教学效果和教学效率。同时, 学生的自学能力、团结协作能力和个人素质也同步得到提高。

2 整合教学内容

在传感器技术课程教学过程中打好扎实稳固的基础对日后的学习发展是至关重要的。由于传感器课程信息量大, 要在有限的课时内让学生掌握所学内容, 我们就要在教学过程中遵循“够用为度”的原则, 在课堂组织和教学设计上下功夫, 根据高职院校特点和学生实际, 采用工学结合的教学做一体化项目教学法培养学生能力。

在理论教学过程中, 整合教学内容, 采用案例教学, 侧重实用, 不讲或略讲那些应用性不强的理论推导, 结合专业特点, 强调知识的运用, 使每个课堂鲜活生动, 学生能以饱满的热情参与教学活动中并能从中获取有用的知识, 让单纯的理论学习课堂不再枯燥乏味。例如, 在讲解霍尔式传感器的教学过程中, 将霍尔效应的讲解过程简化, 利用多媒体播放霍尔效应产生动画, 直接给出霍尔电压和外加磁场、通过霍尔元件的电流之间的关系, 然后结合生产实际, 强调其在测量位移、无触点发信、无触点开关、高斯计等方面的应用。

3 培养学生动手能力

在实践教学过程中, 注重学生能力的培养, 给学生多提出一些研究性、启发性学习, 在实验指导过程中, 提示学生自己绘制电路图, 注重规范操作, 仔细观察实验现象, 分析实验结果, 从中发现问题, 通过分析问题, 可以解决问题。例如在电阻应变式传感器线性特性实验中, 提醒学生思考是什么原因可能造成根据测量的结果描出的V-x特性曲线不是直线这样的结果, 半桥和全桥的实验结果有什么样的关系, 排除误差因素是否有操作不当或者电路连接有问题?这样, 学生通过设计电路图, 动手操作, 实验观察并思考, 解决教师所提出的问题, 从而可以对所学理论知识有一个很好的巩固和加深。另外, 鼓励学生课外自己动手创新设计, 从而丰富了学生的课余生活, 学会了学以致用, 也会为今后步入工作岗位打下良好的基础。

4 结语

作为电子信息工程、机电一体化等专业的一门专业必修课, 传感器技术课程的改革对学生能力的培养起着关键作用, 加上传感器技术的迅速发展不断的给教学改革提出了新的目标和要求, 我们在教学过程中作了大量工作, 不断地在教学内容、教学方法、教学手段等方面积极探索, 通过多种途径提高教学质量, 取得了满意的效果, 调动了学生的学习热情, 增加了学生的自信心, 提高了学生的学习成绩和动手动脑能力。

参考文献

[1]魏延萍.传感器技术课程教学方法研究[J].科技信息, 2011 (1) .

[2]刘佳.传感器技术课程教学探讨[J].科技创新导报, 2009 (11) .

传感器课程设计 篇8

关键词：物联网专业；传感器技术；教学改革

当前，物联网在国内得到了广泛的应用，教师要针对物联网专业的人才培养目标来设计制定相应的课程，其中传感器技术课程是物联网专业的核心课程。以往高职院校的传感器技术这门课程在教学中过多地倾向于传感器原理的介绍，关于测量电路的分析以及传感器的应用实例也多为理论分析，实践机会较少。目前，大多数院校尝试对这门课程进行改革，笔者也针对传感器技术课程教学改革谈几点意见。

一、课程教学内容的调整

高职物联网专业更注重学生应用能力的培养。物联网应用以电子标签技术、传感技术、中间件技术及网络和移动通信技术为支撑。传感器是构成物联网的基础单元，是物联功能的前提，根据物联网专业的知识结构，传感器技术课程教学内容也需要更新。

1.课程内容主线的确定

目前传感器技术这门课程教学内容安排主要是两种：一种按传感器类别划分讲解测量原理，另外一种按被测量的类型来划分讲解测量原理及应用情况。传统的传感器种类已有几十种，并且新功能传感器还在不断推出，随着物联网的不断发展，新知识还要及时补充到课程里去。按照被测量的类别来划分教学内容更易于拓展学生的思维。提出一个被测量物后，教师可以提供几种典型的传感器，简要分析它们的测量原理，然后引导学生根据不同类别的传感器来思考相应的测量方案，分析几种方案的优缺点，考察传感器的工作特性。这样的教学内容安排更灵活，使学生明白传感器提供的是检测手段和方法。

2.光电传感技术

光电传感技术以光电传感器为核心器件，用光电的方法对某些物理量进行信息转换。近年来，光电传感技术发展较迅速，并且光电传感器与其他传感器相比，具有明显的优越性，是一种应用极其广泛的传感器件。物联网技术中较多使用光电传感器节点，所以在课程的教学内容中应加强光电传感技术的介绍，它主要包括典型光电器件、红外传感、激光传感、光纤传感、光栅传感及图像传感技术等方面的内容。

3.传感器网络与节点

物联网应用实现的是对感知获取的数据进行分析和处理后，能有针对性地对标的物进行连续控制、整体控制、动态控制、有效控制。它是一个完整的、流程化的全自动控制过程，因此用来感知数据的“感知层”作为物联网的底层应该做到“全面感知”。另外，智能传感器的开发和大量使用，导致了在分布式控制系统中对传感信息交换提出了许多新的要求，单独的传感器数据采集已经不能适应现代控制技术和检测技术的发展，取而代之的是传感器网络。物联网专业的传感器技术课程中需要重点讲解传感器网络，包括传感器网络的结构、信息交换体系、通信协议、OSI开放系统互连参考模型等都是需要补充的内容，其中无线传感网络、传感器节点的设计是教学重点。无线传感网络是由大量移动或静止传感器节点，通过无线通信方式组成的自组织网络，它的结构和应用是本课程中的重点。传感器节点的设计主要包括传感器模块、处理器模块、无线通信模块和电源模块设计。因为我院自主开发了物联网实验台，并且自行设计了几个典型的传感器节点，所以正好可以作为教学案例，让学生了解传感器节点的主要模块的功能和设计。

4.实训项目

以往的传感器技术课程中实训项目并不多，学校购买的传感器实验台以传统的传感器实验为主，现在学校新建立了物联网实验基地，其中包含物联网传感器实训室，新增了光电、红外、光纤、超声、图像、指纹等新型传感器，实训项目明显增加。另外，学校自主开发的典型传感器节点就可以作为“传感器网络”部分的实训项目。

二、整合教学方法，注重教学效果

采用以学生为主体、教师为主导的现代教学模式，发挥了学生的学习主体作用，利用情境、协作等学习环境激发学生的学习兴趣，挖掘学生的学习潜能和创新能力，最终达到使学生掌握知识和技能、提高综合素质的目的。

1.多种教学方法综合运用

课堂教学中，教师要改变单一的教学方式，结合多媒体、传感器实物来教学，淡化理论推导，注重应用实例。实训教学中，教师要采用“任务驱动”教学方法，基于学校已有的实训设备，安排典型“任务”，并引导学生由简到繁、由易到难、循序渐进地完成一系列“任务”。在完成“任务”的过程中，培养了学生分析问题、解决问题的能力，大大提高了学生的学习效率。

2.细化考核方式

为提高教学质量，保证教学的有效性，教師必须全面了解教学目标的完成情况，并且以此为据及时调整教学过程。教师还应重视学生平时所学知识和能力的检查和测试，及时做好每个学生的学习情况记录，学生的总评成绩包括平时成绩、理论考核、实训考核。其中，理论考核的比例可适当降低，实训考核的比例要提高。

三、结束语

教学设计：使用红外线传感器 篇9

第11课 使用红外线传感器 教学设计

教学目标：

1．知识和技能目标：

⑴了解红外传感器的使用方法与工作原理。⑵了解选择结构语句的使用方法。2．过程与方法目标： ⑴学会红外传感器。

⑵学会编写含有选择结构的程序。

⑶学会应用红外传感器处理日常生活中的一些问题。3．情感目标：

⑴培养学生分析问题、解决问题的能力，认真思考调试中出现的现象，并根据现象确定其原因。

⑵培养学生相互协作的精神，共同随失败，分享成功。

教学重、难点：

1．教学重点： ⑴红外传感器的使用。⑵编写带有选择结构的程序。2．教学难点： ⑴红外传感器检测原理。⑵选择结构程序的理解与编写。

教学课时： 课时

教学过程：

一、谈话导入

今天我们来学习新课：“红外测障”。（板书课题）

二、新课教学

师播放机器人视频，生观看。

师：刚才同学们观看了视频，知道了机器人在散步时都做了哪些动作，如：前进、左转、右转、停止等等，下面请同学们跟我一起来学习程序的流程图。师分析流程图，提出：机器人之所以会做出反应是因为通过它的“眼睛”──红外传感器来接收外面的信息。

板书：检测前方是否有人。

师：当机器人正前方的红外传感器探测到有人的时候，机器人开始前进。下面请同学们以自学方式完成本知识点的操作。

1．生自学，师巡视，指导。

2．提示： “数字输入”参数有0、1两个，当红外传感器检测到障碍物时，返回的数值是1，否则为0。

3．师请做好的学生讲解并展示。4．师生共同点评。

5．师对学生操作予以肯定，鼓励学生继续学下去。板书：检测左右是否有人。

师：前面我们已经学习过了，如果机器人探测到前方有人，它就会开始前进，当机器人的左方有人时，机器人左转调整方向；右方有人时，机器人右转调整方向，下面请同学们看老师的操作步骤。

①师演示操作步骤。（过程略）②学生观看。③师请学生动手操作。④生动手操作，师巡视，指导。⑤师对学生操作情况予以小结。

三、全课总结

四、反思

传感器课程设计 篇10

关键词：ccd 驱动时序 放大器

1引言

电荷耦合器件(ccd)是20世纪60年代末期出现的新型半导体器件。目前随着ccd器件性能不断提高。ccd驱动器有两种：一种是在脉冲作用下ccd器件输出模拟信号，经后端增益调整电路进行电压或功率放大再送给用户：另一种是在此基础上还包含将其模拟量按一定的输出格式进行数字化的部分，然后将数字信息传输给用户，通常的线阵ccd摄像机就指后者，外加机械扫描装置即可成像[1]。所以根据不同应用领域和技术指标要求。选择不同型号的线阵ccd器件，设计方便灵活的驱动电路与之匹配是ccd应用中的关键技术之一。

2ccd工作原理

ccd是以电荷作为信号，而不同于其他大多数器件是以电流或者电压为信号，其基本功能是信号电荷的产生、存储、传输和检测。当光入射到ccd的光敏面时，ccd首先完成光电转换，即产生与入射光辐射量成线性关系的光电荷。ccd的工作原理是被摄物体反射光线到ccd器件上，ccd根据光的强弱积聚相应的电荷，产生与光电荷量成正比的弱电压信号，经过滤波、放大处理，通过驱动电路输出一个能表示敏感物体光强弱的电信号或标准的视频信号。基于上述将一维光学信息转变为电信息输出的原理，线阵ccd可以实现图像传感和尺寸测量的功能。

3驱动电路的实现

图像传感器tcd1501c的主要技术指标如下：像敏单元数为5 000；像元尺寸为7μm×7μm；像元中心距为7μm；像元总长为35mm；光谱响应范围为400nm-1000nm．光谱响应峰值波长为550nm，灵敏度为10.4v／lx.s～15.6v／lx.s。使ccd芯片正常工作的驱动电路主要有两大功能：一是产生ccd工作所需的多路时序脉冲；二是对ccd输出的原始模拟信号进行处理，包括增益放大、差分信号到单端信号的转换[2]。最后驱动器输出用户所需的模拟或视频信息。

3.1 基于vhdl的驱动时序设计

本部分的设计是基于xilinx公司的cpld xc9572一pc44-10，在ise6.1环境下开发实现的。ccd器件需要复杂的三相或四相交叠驱动脉冲，多数面阵ccd都是三相或四相驱动，多数线阵ccd都是二相驱动。ccd为容性负载，工作频率高时有一定的功耗，因此需要对cpld输出的复位脉冲rs、移位脉冲(又称光积分脉冲)sh、箝位脉冲cp、采样脉冲sp，以及二相时钟脉冲φ1e、φ2e等各路驱动脉冲采用74hc14进行整形和驱动能力的放大，然后再送至tcd1501c器件的相应输入端，在ccd的模拟信号输出端将得到信号0s和补偿信号dos。tcdl501c正常工作时要有76个哑像元输出，一个扫描行周期内至少应包含有5 076个时钟脉冲，即tsh=5076×φ1e0.1μs，在本设计中tsh=5200×φ1e。由此可见，改变时钟脉冲频率或增加光积分脉冲周期内的时钟脉冲数，可以改变光积分周期，通常φ1e的频率设置为可调节的，这样可以根据ccd器件的实际应用环境灵活运用ccd器件的优点以改变光积分时间。只要条件允许，为降低ccd的电荷转移损失率。ccd驱动脉冲的频率应尽可能小。驱动脉冲的频率降低时，可以在示波器上观察到ccd输出信号幅值明显增强。

3.2 基于ad623的ccd输出信号差分驱动设计

ccd在驱动脉冲的作用下，经移位寄存器顺序输出视频信号，复位脉冲rs每复位一次，ccd输出一个光脉冲信号。差分信号测量电路里差模和共模电压，vdiff是信号差模电压，vcm是信号共模电压，信号输出vout=r2/r1·vdiff=g·vdiff理想状态下，一般差模增益g≥1，而共模增益(％mismatch／100)×g／(g+1)接近于零，因此可以看出共模增益主要是电阻不匹配的函数，在实际测量电路中可能会由于电阻值的微小不匹配而导致两个输入端的共模电压不一致，而使电路的直流共模增益不为零。共模抑制比(cmrr)就是差模增益g与共模增益的比值[3]。用对数形式表示：201g[(100／％mismatch)×(g+1)]。实际工程应用中，电路工作在一个很大的噪声源中，如50hz交流电源线的噪声、设备的开关噪声、无线信号的传输噪声，这些干扰信号作用在差分输入端，将会在输出端产生一个共模信号，因此差分信号处理除了要求有高的dc cmrr．还要有高的ac cmrr。

图2 ccd的os端和dos端输出波形

在电路设计中选用了adi公司的仪器仪表放大器ad623。ad623集成了3路运放，将视频信号及其补偿输出分别送至ad623的反相和同相输入端．在ad623的输出端接一级射极跟随器以增强信号的驱动能力。选用该器件可消除采用普通运放和外围电阻所引起的输出信号的温度漂移。

4结束语