電子設(shè)計(jì)大賽校內(nèi)培訓(xùn)傳感器PPT課件

1、全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽 校內(nèi)培訓(xùn) -傳感器篇 目錄 傳感器的功能 光/聲/磁/溫/角度等典型傳感器簡(jiǎn)介 傳感器與控制端之間的接口 往屆競(jìng)賽題分析 傳感器的功能 傳感器是智能感知的“觸角” 工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、 甚至文物保護(hù)等等極其廣泛的領(lǐng)域。 傳感網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)技術(shù)之一 按照傳感器的用途分類 ：位移、壓力、振動(dòng)、溫度傳感器 根據(jù)傳感器輸出信號(hào)：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào) 根據(jù)傳感器使用電源與否：有源傳感器和無(wú)源傳感器 傳感器的功能 按照物理原理分類： 電參量式傳感器：電阻式、電感式、電容式等； 磁電式傳感器：磁電感應(yīng)式、霍爾式、磁柵式等； 壓電式

2、傳感器：聲波傳感器、超聲波傳感器； 光電式傳感器：一般光電式、光柵式、激光式、光電碼盤式、光導(dǎo)纖維式、紅外式、 攝像式等； 氣電式傳感器：電位器式、應(yīng)變式； 熱電式傳感器：熱電偶、熱電阻； 波式傳感器：超聲波式、微波式等； 射線式傳感器：熱輻射式、射線式； 半導(dǎo)體式傳感器：霍耳器件、熱敏電阻； 其他原理的傳感器：差動(dòng)變壓器、振弦式等。 有些傳感器的工作原理具有兩種以上原理的復(fù)合形式,如不少半導(dǎo)體式傳感器，也 可看成電參量式傳感器。 傳感器的功能 控制類電賽題目：感知 + 控制 對(duì)競(jìng)賽而言，傳感器可分為基本功能傳感器和傳感器模塊； 主要來(lái)源： 新街口華龍電子商城，淘寶 全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽自2007

3、年起，出現(xiàn)控制類競(jìng)賽題目，近3屆都出 現(xiàn)了小車為平臺(tái)的競(jìng)賽題目，涉及到傳感器、電機(jī)控制、控制算法 （PID）等綜合性知識(shí)。但繼續(xù)出現(xiàn)小車為平臺(tái)可能性較小。 此外，還有各級(jí)的機(jī)器人大賽、智能小車競(jìng)賽 “穩(wěn)定” 是第一要素！ 在此基本功能上上考慮高性能拓展。 DS18b20溫度傳感器 測(cè)溫范圍 55+125， 固有測(cè)溫分辨率0.5 工作電源: 35V/DC 測(cè)量結(jié)果以912位數(shù)字量方式 串行傳送 DS18B20在出廠時(shí)以配置為12位，讀取溫度時(shí)共讀取16 位，所以把后11位的2進(jìn)制轉(zhuǎn)化為10進(jìn)制后在乘以 0.0625便為所測(cè)的溫度，還需要判斷正負(fù)。前5個(gè)數(shù)字 為符號(hào)位，當(dāng)前5位為1時(shí)，讀取的溫度為

4、負(fù)數(shù)；當(dāng)前5 位為0時(shí)，讀取的溫度為正數(shù)。 5元 14元 濕敏電阻模塊HR202 可以檢測(cè)周圍環(huán)境的濕度可以檢測(cè)周圍環(huán)境的濕度 靈敏度可調(diào)（圖中藍(lán)色數(shù)字電靈敏度可調(diào)（圖中藍(lán)色數(shù)字電 位器調(diào)節(jié)）位器調(diào)節(jié)） 工作電壓工作電壓3.3V-5V3.3V-5V 輸出形式輸出形式: : a a 模擬量電壓輸出模擬量電壓輸出 b b 數(shù)字開關(guān)量輸出數(shù)字開關(guān)量輸出 （0 0和和1 1） 9.5元 光敏電阻傳感器 可以檢測(cè)周圍環(huán)境亮度輸出?？梢詸z測(cè)周圍環(huán)境亮度輸出模 擬量擬量 可以設(shè)定某個(gè)亮度值輸出數(shù)字可以設(shè)定某個(gè)亮度值輸出數(shù)字 量量 靈敏度可調(diào)，性能穩(wěn)定靈敏度可調(diào)，性能穩(wěn)定 工作電壓工作電壓5V5V 數(shù)字量模擬

5、量雙輸出數(shù)字量模擬量雙輸出 8元 紅外復(fù)眼 由若干個(gè)紅外感光單元構(gòu)成的、 能夠同時(shí)多方位測(cè)量紅外光強(qiáng)弱 的電子部件。能夠只占用一個(gè)端 口，就可以實(shí)現(xiàn)方便、快捷地讀 取多個(gè)方向的火焰（紅外光）強(qiáng) 度，并且自動(dòng)運(yùn)算出最大值方向， 最小值方向等等 霍爾元件 霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這霍爾效應(yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這 一現(xiàn)象是美國(guó)物理學(xué)家霍爾一現(xiàn)象是美國(guó)物理學(xué)家霍爾 （A.H.HallA.H.Hall，1855185519381938）于）于 18791879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí) 發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通 過導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的垂直于磁場(chǎng)過導(dǎo)體時(shí)，

6、在導(dǎo)體的垂直于磁場(chǎng) 和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出 現(xiàn)電勢(shì)差，這一現(xiàn)象便是霍爾效現(xiàn)電勢(shì)差，這一現(xiàn)象便是霍爾效 應(yīng)。這個(gè)電勢(shì)差也被叫做霍爾電應(yīng)。這個(gè)電勢(shì)差也被叫做霍爾電 勢(shì)差。勢(shì)差。 E3F-DS30C4光電開關(guān) 光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān) 的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮 擋或反射，由同步回路選通電路，從而 檢測(cè)物體有無(wú)的。物體不限于金屬，所 有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電 開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信 號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的 強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。安防 系統(tǒng)中常見的光電開關(guān)煙霧報(bào)警器，工 業(yè)中經(jīng)常用它來(lái)記數(shù)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)次數(shù)。

7、 漫反射式漫反射式 有效檢測(cè)距離：有效檢測(cè)距離：30cm 20元左右 反射式光傳感器 TCRT5000 光電耦合器(簡(jiǎn)稱光耦)，是一種把發(fā) 光元件和光敏元件封裝在同一殼體內(nèi)， 中間通過電光電的轉(zhuǎn)換來(lái)傳輸電 信號(hào)的半導(dǎo)體光電子器件。光電耦合 器可根據(jù)不同要求，由不同種類的發(fā) 光元件和光敏元件組合成許多系列的 光電耦合器。目前應(yīng)用最廣的是發(fā)光 二極管和光敏三極管組合成的光電耦 合器 2元左右 灰度測(cè)量模塊（紅外反射式） 不同的物體對(duì)紅外線的反射率不 同，黑色最低，白色最高；它通 過發(fā)射紅外線并測(cè)量紅外線被反 射的強(qiáng)度來(lái)輸出反映物體顏色的 電壓信號(hào)，有效距離3-30毫米 1VCC 電源線 5V 2G

8、ND 地線 0V 3Vo 輸出信號(hào)線 0-3.3V 4發(fā)射接收對(duì)管 10元左右 灰度測(cè)量模塊 超聲測(cè)距傳感器 超聲測(cè)距的工作原理是通過記錄發(fā)送與 接收反射的波形間的時(shí)間差計(jì)算距離值。 信號(hào)經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換發(fā)送后碰到障礙物發(fā)射 回來(lái)，發(fā)射的波形被捕捉后經(jīng)放大電路放 大輸入單片機(jī)，單片機(jī)連續(xù)捕捉兩個(gè)信號(hào) 后會(huì)計(jì)算信號(hào)頻率與距離。如頻率為發(fā)送 頻率，則計(jì)算的距離被保存，經(jīng)I2C總線 發(fā)送給上位機(jī)。 5 150cm 精度1cm 紅外距離感應(yīng)模塊 發(fā)射紅外線并測(cè)量紅外線被反射 的強(qiáng)度來(lái)輸出反映和物體距離的 電壓信號(hào)，有效距離 1080厘米。 模擬量輸出，輸出電壓和探測(cè)距 離成比例 WDD35D-1WDD35

9、D-1精密導(dǎo)電塑料電位器精密導(dǎo)電塑料電位器 獨(dú)立線性精度: 0.5%、0.1%; 理論電氣轉(zhuǎn) 角:3452; 工作溫度范圍:-55-125; 機(jī)械轉(zhuǎn)角:360(連續(xù)); ENC-03M（陀螺儀傳感器）陀螺儀傳感器）模塊 板載ENC-03M低成本單周機(jī)械陀螺儀傳感器， 用于檢測(cè)角速度。 模擬信號(hào)輸出，關(guān)鍵電阻均采用1%精度電阻， 且使用磁珠對(duì)地進(jìn)行抗干擾處理。 支持2.7V-5.25V寬電壓輸入 機(jī)械臂，智能車，飛機(jī)模型 三軸加速度傳感器 Freescale公司生產(chǎn)性價(jià)比高微型 電容式加速度傳感器MMA7361芯片 典型應(yīng)用：墜落檢測(cè)、人類環(huán)境 學(xué)工具、游戲、文本滾動(dòng)、3 維 動(dòng)態(tài)撥打、計(jì)步器、

10、機(jī)器人技術(shù)、 虛擬現(xiàn)實(shí)輸入設(shè)備、裝運(yùn)/處理監(jiān) 控器、點(diǎn)擊靜音、設(shè)備平衡/監(jiān)控、 軸承磨損監(jiān)控、地震監(jiān)控等。 電子羅盤儀（磁阻傳感器） 測(cè)量芯片: 2塊Philips KMZ51Philips KMZ51原原 裝進(jìn)口裝進(jìn)口磁阻傳感器 電壓: 5V 電流: 20mA 分辨率: 0.1 degree 精度:0.1-0.8degrees0.1-0.8degrees 校準(zhǔn)后輸出方式： 1:時(shí)間脈沖1mS to 37mS以0.1mS間隔 輸 出方式 2:SPI 16SPI 16位位 接口接口, 0-365, 0-365SCL speed up to 1MHz 保持水平！ 激光傳感器 收發(fā)一體激光傳感器，激

11、光經(jīng)調(diào)制后發(fā)收發(fā)一體激光傳感器，激光經(jīng)調(diào)制后發(fā) 射，照射到黑白物體后發(fā)射回來(lái)，接收射，照射到黑白物體后發(fā)射回來(lái)，接收 部分感應(yīng)到激光后輸出狀態(tài)信號(hào)，用來(lái)部分感應(yīng)到激光后輸出狀態(tài)信號(hào)，用來(lái) 檢測(cè)黑白（深顏色和淺顏色）兩種顏色檢測(cè)黑白（深顏色和淺顏色）兩種顏色 ( (物體物體) )！ 測(cè)試地面或者賽道信息測(cè)試地面或者賽道信息 其他 水銀開關(guān) 傾角傳感器 聲音傳感器 傳感器接口 IIC總線 串口/485 IO口 AD SPI總線 主控板： MSP430、ARM Cortex-M3內(nèi)核芯片、 51系列單片機(jī)、凌陽(yáng)單片機(jī)等 往屆競(jìng)賽題分析 2007年 “電動(dòng)車蹺蹺板” 基本要求基本要求 在不加配重的情況

12、下，電動(dòng)車完成以下運(yùn)動(dòng)： （1）電動(dòng)車從起始端A出發(fā)，在30秒鐘內(nèi)行駛到 中心點(diǎn)C附近； （2）60秒鐘之內(nèi)，電動(dòng)車在中心點(diǎn)C附近使蹺蹺 板處于平衡狀態(tài)，保持平衡5秒鐘，并給出明顯的 平衡指示； （3）電動(dòng)車從（2）中的平衡點(diǎn)出發(fā)，30秒鐘內(nèi) 行駛到蹺蹺板末端B處（車頭距蹺蹺板末端B不大 于50mm）； （4）電動(dòng)車在B點(diǎn)停止5秒后，1分鐘內(nèi)倒退回起 始端A，完成整個(gè)行程； （5）在整個(gè)行駛過程中，電動(dòng)車始終在蹺蹺板上， 并分階段實(shí)時(shí)顯示電動(dòng)車行駛所用的時(shí)間。 發(fā)揮部分。 往屆競(jìng)賽題分析 2009年 “聲音引導(dǎo)系統(tǒng)” 往屆競(jìng)賽題分析 2011年 追逐小車 往屆競(jìng)賽題分析 跑道寬40cm 車寬1

13、2cm h 圖2.1 紅外測(cè)距構(gòu)造平面圖 6cm 地 紅外測(cè)距 往屆競(jìng)賽題分析 長(zhǎng)安大學(xué)的優(yōu)秀作品 往屆競(jìng)賽題分析 2011年 “基于自由擺的平衡板控制系統(tǒng)” 往屆競(jìng)賽題分析 2012年 省 “激光槍自動(dòng)射擊裝置” 在圖形點(diǎn)陣顯示器上顯示胸環(huán)靶 的相應(yīng)圖形，并閃爍顯示彈著點(diǎn)。 自動(dòng)控制激光槍，在15秒內(nèi)將激 光束光斑從胸環(huán)靶上的指定位置 迅速瞄準(zhǔn)擊中靶心（即10環(huán)區(qū) 域）。 可根據(jù)任意設(shè)定的環(huán)數(shù)，控制激 光槍瞄準(zhǔn)擊中胸環(huán)靶上相應(yīng)位置。 其他 往屆競(jìng)賽題分析 還缺點(diǎn)什么？ 往屆競(jìng)賽題分析 認(rèn)識(shí)自己 序號(hào)模塊名稱功能與測(cè)試 1主控板1430 2主控板2TI cortex M3 3步進(jìn)電機(jī)Io控制

14、4點(diǎn)陣液晶屏中文、數(shù)字、簡(jiǎn)單繪圖 。 分工與優(yōu)勢(shì)互補(bǔ) 還缺點(diǎn)什么？ 多種傳感器應(yīng)用經(jīng)驗(yàn) 多種主控板使用經(jīng)驗(yàn) 失敗經(jīng)歷 資金+時(shí)間投入 運(yùn)氣 堅(jiān)持到底！ The END 濕敏電阻模塊HR202 可以檢測(cè)周圍環(huán)境的濕度可以檢測(cè)周圍環(huán)境的濕度 靈敏度可調(diào)（圖中藍(lán)色數(shù)字電靈敏度可調(diào)（圖中藍(lán)色數(shù)字電 位器調(diào)節(jié)）位器調(diào)節(jié)） 工作電壓工作電壓3.3V-5V3.3V-5V 輸出形式輸出形式: : a a 模擬量電壓輸出模擬量電壓輸出 b b 數(shù)字開關(guān)量輸出數(shù)字開關(guān)量輸出 （0 0和和1 1） 9.5元 光敏電阻傳感器 可以檢測(cè)周圍環(huán)境亮度輸出?？梢詸z測(cè)周圍環(huán)境亮度輸出模 擬量擬量 可以設(shè)定某個(gè)亮度值輸出數(shù)字可以設(shè)定某個(gè)亮度值輸出數(shù)字 量量 靈敏度可調(diào)，性能穩(wěn)定靈敏度可調(diào)，性能穩(wěn)定 工作電壓工作電壓5V5V 數(shù)字量模擬量雙輸出數(shù)字量模擬量雙輸出 8元 E3F-DS30C4光電開關(guān) 光電開關(guān)（光電傳感器）是光電接近開關(guān) 的簡(jiǎn)稱，它是利用被檢測(cè)物對(duì)光束的遮 擋或反射，由同步回路選通電路，從而 檢測(cè)物體有無(wú)的。物體不限于金屬，所 有能反射光線的物體均可被檢測(cè)。光電 開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信 號(hào)射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的 強(qiáng)弱或有無(wú)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)。安防 系統(tǒng)中常見的光電開關(guān)煙霧報(bào)警器，工 業(yè)中經(jīng)常用它來(lái)記數(shù)機(jī)械臂的