傳感器原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　傳感器原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)題目：</b></p><p>　　1.基于AD590的溫度檢測(cè)系統(tǒng)。</p><p>　　2.光電計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　二 要求:</b></p><p>　　1.

2、溫度檢測(cè)系統(tǒng)所要達(dá)到的功能：</p><p>　?。?）測(cè)溫范圍－55℃～＋150℃。</p><p>　?。?）所需電路原理圖，放大電路部分，A/D轉(zhuǎn)換部分，顯示電路部分通過查閱資料，文獻(xiàn)，自行設(shè)計(jì)。</p><p><b>　?。?）明確設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　2.光電計(jì)數(shù)器所要達(dá)到的功能</p&

3、gt;<p>　　(1) 數(shù)碼管可以顯示產(chǎn)品個(gè)數(shù)（0-99），自由設(shè)定產(chǎn)品報(bào)警個(gè)數(shù)（比如 8），當(dāng)產(chǎn)品數(shù)目是8的個(gè)數(shù)時(shí)，發(fā)出報(bào)警（蜂鳴器響）。\</p><p>　　(2) 獨(dú)立設(shè)計(jì)電路，應(yīng)包括單片機(jī)小系統(tǒng)、紅外光電開關(guān)、數(shù)碼管顯示部分。</p><p><b>　　三．設(shè)計(jì)方案：</b></p><p>　　根據(jù)指導(dǎo)老師要求

4、需要將兩個(gè)設(shè)計(jì)題目整合到一個(gè)系統(tǒng)中。經(jīng)過分析和查找大量的資料以及同組成員的討論，得出以下設(shè)計(jì)方案：</p><p>　　1.選擇STC89C52單片機(jī)作為主控芯片。該芯片有32個(gè)I/O口，兩個(gè)外部中斷入口，兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器?？梢詫?shí)現(xiàn)此系統(tǒng)。</p><p>　　2.選用AD590作為溫度傳感器。</p><p>　　AD590工作原理及特性：</p>&

5、lt;p>　　（1） 其輸出電流是以絕對(duì)溫度零度(-273℃)為基準(zhǔn),每增加1℃,它會(huì)增加1μA輸出電流,因此在室溫25℃時(shí),其輸出電流Io=(273+25)=298μA。</p><p>　?。?） 可測(cè)量范圍-55℃至150℃。</p><p>　?。?） 供電電壓范圍+4V至+30V。精度高。</p><p>　?。?）AD

6、590 共有I、J、K、L、M 五檔，其中M 檔精度最高，在-55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差為±0.3℃。本次選用AD590JH，其非線形度+-1.5度測(cè)量范圍-55℃～+150℃。</p><p>　?。?）AD590封裝及典型電路</p><p>　　Vo的值為Io乘上10K,以室溫25℃而言,輸出值為2.98V(10K×298μA)。 量測(cè)Vo時(shí),不可分出

7、任何電流,否則量測(cè)值會(huì)不準(zhǔn)。</p><p>　　3.由于AD590輸出為電流量單片機(jī)不能直接讀取，因此需要通過串聯(lián)電阻將電流量轉(zhuǎn)換為電壓量，在由模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD0804將電壓量轉(zhuǎn)換為其對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，然后通過軟件將采集到的電壓量轉(zhuǎn)化為溫度進(jìn)行顯示。</p><p>　　AD0804工作原理及特性：</p><p>　?。?）AD0804引腳圖</p>

8、<p>　?。?）ADC0804 電氣特性： </p><p>　　(1) 高阻抗?fàn)顟B(tài)輸出 </p><p>　　(2) 分辨率：8 位(0~255) </p><p>　　(3) 存取時(shí)間：135 ms </p><p>　　(4) 轉(zhuǎn)換時(shí)間：100 ms </p><p>　　(5) 總誤差：-1~+1L

9、SB </p><p>　　(6) 工作溫度：ADC0804C為0度~70度；ADC0804L為-40 度~85度 </p><p>　　(7) 模擬輸入電壓范圍：0V~5V </p><p>　　(8) 參考電壓：2.5V </p><p>　　(9) 工作電壓：5V </p><p>　　(10) 輸出為三態(tài)結(jié)構(gòu)

10、</p><p>　?。?）AD0804引腳功能：</p><p>　　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?qū)懭肱c否，當(dāng)其為低位準(zhǔn)(low) 時(shí)會(huì)active。 </p><p>　　2 ( RD ) 引腳：Read。當(dāng)CS 、RD 皆為低位準(zhǔn)(low) 時(shí)，ADC0804 會(huì)將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字訊號(hào)經(jīng)由DB7 ~ D

11、B0 輸出至其它處理單元。 </p><p>　　3 (WR ) 引腳：啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制訊號(hào)。當(dāng)CS 、WR 皆為低位準(zhǔn)(low) 時(shí)ADC0804 做清除的動(dòng)作，系統(tǒng)重置。當(dāng)WR 由0→1且CS ＝0 時(shí)，ADC0804 會(huì)開始轉(zhuǎn)換信號(hào)，此時(shí)INTR 設(shè)定為高位準(zhǔn)(high)。 </p><p>　　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(hào)

12、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(nèi)部來提供頻率。若在CLK R 及CLK IN 加上電 阻及電容，則可產(chǎn)生ADC 工作所需的時(shí)序，其頻率約為： </p><p>　　5 ( INTR ) 引腳：中斷請(qǐng)求。轉(zhuǎn)換期間為高位準(zhǔn)(high)，等到轉(zhuǎn)換完畢時(shí)INTR會(huì)變?yōu)榈臀粶?zhǔn)(low)告知其它的處理單元已轉(zhuǎn)換完成，可讀取數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。 </p>

13、;<p>　　6引腳和7引腳(VIN(+)、VIN(-))：差動(dòng)模擬訊號(hào)的輸入端。輸入電壓VIN＝VIN(+)－VIN(-)，通常使用單端輸入，而將VIN(-)接地。 </p><p>　　8 (A GND) 引腳:模擬電壓的接地端。 </p><p>　　9 (VREF∕2) 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

14、限值即為VCC。 </p><p>　　10 (D GND) 引腳︰數(shù)字電壓的接地端。 </p><p>　　11 ~ 18 (DB7 ~ DB0) 引腳︰轉(zhuǎn)換后之?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出端。 </p><p>　　20 (Vcc) 引腳︰驅(qū)動(dòng)電壓輸入端。 </p><p>　?。?）AD0804典型接線圖</p><p>　　頻

15、率計(jì)算方法是Fck=1/（1.1*R*C）</p><p>　　以上圖為例R=10KΩ，C=150PF則其內(nèi)部轉(zhuǎn)換頻率是</p><p>　　Fck=1/（101*10KΩ*150PF）=606KHz</p><p>　　更換不同的R,C值會(huì)有不同的轉(zhuǎn)換頻率，而頻率越高代表速度越快。R,C的組合，務(wù)必使頻率范圍在100KHz~1460KHz之間。</p>

16、<p><b>　　AD0804時(shí)序圖</b></p><p>　　首先CS片選端拉低AD0804時(shí)能</p><p>　　第三引腳（WR）來一個(gè)下降沿脈沖，開始進(jìn)行模擬/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換</p><p>　　轉(zhuǎn)換完畢后AD0804中斷輸出引腳INTR將高電位將至低電位</p><p>　　裝換完成后在CS低電

17、平期間AD0804第二引腳來一個(gè)下降沿脈沖讀取AD轉(zhuǎn)換結(jié)果</p><p>　　光電計(jì)數(shù)器采用反射式光電開關(guān)。光電開關(guān)有以下幾種：</p><p>　　@HQf*{M @i-V fS ]0⑴槽型光電開關(guān)黑龍江物聯(lián)網(wǎng)4t,snLlC&O</p><p>　　把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)的是槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見

18、光，在無阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過時(shí)，光被遮擋，光電開關(guān)便動(dòng)作。輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動(dòng)作。槽形開關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。黑龍江物聯(lián)網(wǎng)*|A h%Z4kL</p><p><b>　?、茖?duì)射型光電開關(guān)</b></p><p>　　若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測(cè)距離加大。由一個(gè)

19、發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開關(guān)就稱為對(duì)射分離式光電開關(guān)，簡稱對(duì)射式光電開關(guān)。它的檢測(cè)距離可達(dá)幾米乃至幾十米。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測(cè)物通過路徑的兩側(cè)，檢測(cè)物通過時(shí)阻擋光路，收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。</p><p>　?、欠垂獍逍凸怆婇_關(guān) 黑龍江物聯(lián)網(wǎng);G){@!P1ed7b</p><p>　　反光板型光電開關(guān)黑龍江物聯(lián)網(wǎng);G){@!P1ed7bW;aj,}i

20、1[ 把發(fā)光器和收光器裝入同一個(gè)裝置內(nèi)，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(guān)。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(cè)物擋住，收光器收不到光時(shí)，光電開關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。黑龍江物聯(lián)網(wǎng):E3`K-t U)\;?4s |光電開關(guān)在沒有障礙物遮擋時(shí)輸出為高電平，當(dāng)有障礙物遮擋時(shí)輸出為低電平。因此可將光電開關(guān)輸出引腳接到單片機(jī)的外部中斷

21、引腳。每檢測(cè)到一次物體單片機(jī)產(chǎn)生一次中斷計(jì)數(shù)值加一。</p><p>　　黑龍江物聯(lián)網(wǎng)Wj%g z7⑷擴(kuò)散反射型光電開關(guān)</p><p>　　它的檢測(cè)頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器，但前方?jīng)]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(dāng)檢測(cè)物通過時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來，收光器就收到光信號(hào)，輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)。</p><p>　　綜合考慮本次設(shè)計(jì)

22、采用反光板型光電開關(guān)。</p><p>　　5.采用四位數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。采用動(dòng)態(tài)顯示。 數(shù)碼管前兩位顯示溫度，后兩位顯示計(jì)數(shù)值和設(shè)定計(jì)數(shù)上限值（兩種數(shù)據(jù)分時(shí)顯示）交替顯示。</p><p>　　6.通過四個(gè)獨(dú)立按鍵設(shè)置計(jì)數(shù)報(bào)警值。只有在按下K1鍵才可以設(shè)定產(chǎn)品報(bào)警個(gè)數(shù)。每按一次K2設(shè)定值加一，加到100自動(dòng)清0。每按一次K3設(shè)定值減一，減到0再按一次設(shè)定值為99。按下K4保存設(shè)定值并退出

23、設(shè)置模式。</p><p>　　7.按照數(shù)據(jù)手冊(cè)單片機(jī)，AD590，AD0804數(shù)碼管均采用5V電源供電即可正常工作。</p><p><b>　　四.具體實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　1.系統(tǒng)組成框圖如下：</p><p><b>　　2.原理圖見附錄。</b></p><

24、p>　　五．各部分定性說明以及定量計(jì)算：</p><p>　　電路分析AD590的輸出電流I=(273+T)μA(T為攝氏溫度),因此量測(cè)的電壓V=(273+T)μA ×10K= (2.73+T/100)V。為了將電壓量測(cè)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(diào)整至2.73V。 接下來我們使用差動(dòng)放大器其輸出Vo為

25、 (100K/10K)×(V2-V1)=T/10V。如果現(xiàn)在為攝氏28度,輸出電壓為2.8V。 </p><p><b>　　六．調(diào)試：</b></p><p>　　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(cè)試時(shí)室溫約20°C輸出電壓理論值應(yīng)為2.93V。但是實(shí)際輸出只有2.62V，

26、而且輸出電壓不會(huì)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(cuò)誤，又詳細(xì)閱讀AD590的數(shù)據(jù)手冊(cè)。結(jié)論是AD590連接正常。經(jīng)過認(rèn)真思考并與同組隊(duì)員討論決定加大AD590的電壓。加到12V電壓試驗(yàn)輸出正常。最后改變電路，給AD590供12V電壓。后又經(jīng)反復(fù)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)AD590供電電壓只要大于5.5V就能工作正常。</p><p><b>　　七．設(shè)計(jì)心得體會(huì)：&

27、lt;/b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，雖然AD590傳感器手冊(cè)制出指出 AD590的工作電壓4～30 V。實(shí)際情況并不是這樣。供4.8V電壓不能正常工作。如果只是讀數(shù)據(jù)手冊(cè)而不動(dòng)手做實(shí)物是不可能發(fā)現(xiàn)這些問題的?！?.</p><p><b>　　八．參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　《單片機(jī)原理.接口技術(shù)