第13章 集成傳感器

1、13.1 13.1 概述概述r 半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展。半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了傳感器技術(shù)的迅猛發(fā)展。 目前，傳感器正從傳統(tǒng)的分立式朝著單片集成化、智能化、目前，傳感器正從傳統(tǒng)的分立式朝著單片集成化、智能化、 網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化的方向發(fā)展。r 據(jù)預(yù)測(cè)，目前據(jù)預(yù)測(cè)，目前智能傳感器的市場(chǎng)智能傳感器的市場(chǎng)銷售量將以每年銷售量將以每年20%的速度的速度 增長(zhǎng)，應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，僅在汽車上使用的智能傳感增長(zhǎng)，應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，僅在汽車上使用的智能傳感 器就達(dá)幾十種，如：器就達(dá)幾十種，如： 加速度傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、液位傳感器

2、；加速度傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、液位傳感器； 還有高智能化的用于車道跟蹤、車輛識(shí)別、車距探測(cè)、衛(wèi)星還有高智能化的用于車道跟蹤、車輛識(shí)別、車距探測(cè)、衛(wèi)星 定位等新型傳感器。定位等新型傳感器。 單片集成傳感器作為單片集成傳感器作為21世紀(jì)最具有影響力和發(fā)展前景的一項(xiàng)世紀(jì)最具有影響力和發(fā)展前景的一項(xiàng) 高科技產(chǎn)品，必然引起國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的高度關(guān)注。高科技產(chǎn)品，必然引起國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的高度關(guān)注。13.1.1 13.1.1 智能傳感器基本特點(diǎn)智能傳感器基本特點(diǎn)r 智能傳感器的最大特點(diǎn)是將傳感器檢測(cè)信息的功能與微處理智能傳感器的最大特點(diǎn)是將傳感器檢測(cè)信息的功能與微處理 器的信息處理功能有機(jī)地融合在一

3、起，一定意義上看具有類器的信息處理功能有機(jī)地融合在一起，一定意義上看具有類 似人工智能的作用。智能傳感器的主要功能與特點(diǎn)如下：似人工智能的作用。智能傳感器的主要功能與特點(diǎn)如下： 智能傳感器的功能加智能傳感器的功能加 智能傳感器不僅可自動(dòng)檢測(cè)各種被測(cè)量，還具有自動(dòng)調(diào)零、智能傳感器不僅可自動(dòng)檢測(cè)各種被測(cè)量，還具有自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)調(diào)節(jié)平衡、自動(dòng)校準(zhǔn)、自標(biāo)定功能。自動(dòng)調(diào)節(jié)平衡、自動(dòng)校準(zhǔn)、自標(biāo)定功能。2.2.智能傳感器的特點(diǎn)智能傳感器的特點(diǎn) 與傳統(tǒng)傳感器相比，智能傳感器的主要特點(diǎn)是：高精度、寬與傳統(tǒng)傳感器相比，智能傳感器的主要特點(diǎn)是：高精度、寬量程、多功能化、高可靠性、量程、多功能化、高可靠性、高性價(jià)比、

4、自適應(yīng)能力、微型高性價(jià)比、自適應(yīng)能力、微型化、微功耗、高信噪比等?；?、微功耗、高信噪比等。 13.1.2 13.1.2 智能傳感器發(fā)展智能傳感器發(fā)展r 智能傳感器正朝著單片集成化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化、多功能、智能傳感器正朝著單片集成化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化、多功能、 高精度、高可靠性的方向發(fā)展。其發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下高精度、高可靠性的方向發(fā)展。其發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下 幾個(gè)方面：幾個(gè)方面：1.1.新的半導(dǎo)體工藝新的半導(dǎo)體工藝 計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了傳感器技術(shù)發(fā)展，這種計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了傳感器技術(shù)發(fā)展，這種技術(shù)和生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化使傳感器的研究和制作有新的突破功能。技術(shù)和生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)

5、化使傳感器的研究和制作有新的突破功能。指紋芯片指紋芯片，內(nèi)嵌指紋識(shí)別技術(shù)的芯片，能夠片上實(shí)現(xiàn)指紋的圖像，內(nèi)嵌指紋識(shí)別技術(shù)的芯片，能夠片上實(shí)現(xiàn)指紋的圖像采集、特征提取、特征比對(duì)的芯片采集、特征提取、特征比對(duì)的芯片 2.2.單片傳感器系統(tǒng)單片傳感器系統(tǒng) 單片系統(tǒng)的英文縮寫為單片系統(tǒng)的英文縮寫為SOCSOC（System On ChipSystem On Chip），可譯為），可譯為“系系 統(tǒng)級(jí)芯片統(tǒng)級(jí)芯片”或或“系統(tǒng)芯片系統(tǒng)芯片”，其含義是將一個(gè)可靈活應(yīng)用的系，其含義是將一個(gè)可靈活應(yīng)用的系 統(tǒng)集成在一個(gè)芯片上。統(tǒng)集成在一個(gè)芯片上。13.1.2 13.1.2 智能傳感器發(fā)展智能傳感器發(fā)展3.3.智能

6、微塵傳感器智能微塵傳感器 理想的智能微塵（理想的智能微塵（Smart Micro DustSmart Micro Dust）是一種具有電腦功能的）是一種具有電腦功能的 超微型傳感器。用肉眼看，它和一粒沙子差不多大，但是內(nèi)部超微型傳感器。用肉眼看，它和一粒沙子差不多大，但是內(nèi)部 包含了從信息收集、信息處理到信息傳輸所必需的全部部件。包含了從信息收集、信息處理到信息傳輸所必需的全部部件。 目前智能微塵直徑約為目前智能微塵直徑約為5mm5mm。 4.總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化總線技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化 傳感器的總線技術(shù)正逐步實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)傳感器的總線技術(shù)正逐步實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。目前智能型傳范化。目前智

7、能型傳 感器的總線主要有：感器的總線主要有：1-WIRE1-WIRE總線總線 單總線；單總線；USB USB 通用串行總線；通用串行總線；SPI SPI 三線串行總線；三線串行總線；I I2 2 C C 二線串行總線；二線串行總線；1 2 3GND I/O VDD13.1.2 13.1.2 智能傳感器發(fā)展智能傳感器發(fā)展5.5.虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器 所謂虛擬傳感器有虛擬儀器的概念，就是基于軟件系統(tǒng)開發(fā)和所謂虛擬傳感器有虛擬儀器的概念，就是基于軟件系統(tǒng)開發(fā)和研制智能傳感器。研制智能傳感器。 霍尼威爾的霍尼威爾的精密智能壓力傳感器精密智能壓力傳感器PPTPPT系列系列傳感器是

8、一個(gè)既非常精傳感器是一個(gè)既非常精確又標(biāo)準(zhǔn)的模擬電壓輸出裝置確又標(biāo)準(zhǔn)的模擬電壓輸出裝置, ,也是一個(gè)完善的、具有地址的也是一個(gè)完善的、具有地址的數(shù)字傳感器數(shù)字傳感器, ,并可在并可在RS232RS232總線上很多傳感器一起聯(lián)網(wǎng)使用。總線上很多傳感器一起聯(lián)網(wǎng)使用。PPTPPT傳感器可以幫助用戶向數(shù)字丈量系統(tǒng)過(guò)渡傳感器可以幫助用戶向數(shù)字丈量系統(tǒng)過(guò)渡, ,而不用增加新的而不用增加新的昂貴的硬件設(shè)備。昂貴的硬件設(shè)備。6.6.可靠性與安全性設(shè)計(jì)可靠性與安全性設(shè)計(jì) 智能傳感器一般具有自檢和自校準(zhǔn)功能。利用傳感器的自檢模智能傳感器一般具有自檢和自校準(zhǔn)功能。利用傳感器的自檢模式，可以模擬各種條件下的不同狀態(tài)，定

9、期檢查系統(tǒng)的性能。式，可以模擬各種條件下的不同狀態(tài)，定期檢查系統(tǒng)的性能。13.2 13.2 單片智能溫度傳感器單片智能溫度傳感器 目前，溫度傳感器正向著單片集成化、數(shù)字化、智能化、目前，溫度傳感器正向著單片集成化、數(shù)字化、智能化、 網(wǎng)絡(luò)化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展。 實(shí)際應(yīng)用中單片集成式溫度傳感器分為：數(shù)字集成溫度傳實(shí)際應(yīng)用中單片集成式溫度傳感器分為：數(shù)字集成溫度傳 感器；模擬式集成溫度傳感器；智能溫度傳感器；通用感器；模擬式集成溫度傳感器；智能溫度傳感器；通用 智能溫度控制器。智能溫度控制器。 工作原理、輸出信號(hào)和使用方法上也有一定的差別。工作原理、輸出信號(hào)和使用方法上也有

10、一定的差別。 r 智能型智能型溫度傳感器溫度傳感器、溫控器溫控器是將是將 A/D 轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換電路，ROM存儲(chǔ)存儲(chǔ)器集成在一個(gè)芯片上，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)器集成在一個(gè)芯片上，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)。 智能傳感器的智能傳感器的總線技術(shù)總線技術(shù)已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化；傳感器作已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化；傳感器作為從機(jī)，通過(guò)專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通訊，傳輸數(shù)據(jù)。為從機(jī)，通過(guò)專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通訊，傳輸數(shù)據(jù)。13.2.1 13.2.1 基于基于1-WIRE1-WIRE總線的總線的DS18B20DS18B20型智能溫度傳感器型智能溫度傳感器 DS1820是是DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的的可

11、組網(wǎng)數(shù)字式可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器溫度傳感器 與其它溫度傳感器相比有以下特點(diǎn)：與其它溫度傳感器相比有以下特點(diǎn)：1 2 3GND I/O VDD兩種封裝形式；兩種封裝形式；I/O ：輸入：輸入/輸出端輸出端VDD ：外部電源：外部電源+5VGND ：地；：地；NC ：空腳：空腳DB18B20DB18B20引腳、封裝引腳、封裝 單線接口單線接口方式，可實(shí)現(xiàn)雙向通訊；方式，可實(shí)現(xiàn)雙向通訊； 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)18B20可并聯(lián)可并聯(lián) 在唯一的總線上實(shí)現(xiàn)在唯一的總線上實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫多點(diǎn)測(cè)溫； 內(nèi)部有唯一序列號(hào)；內(nèi)部有唯一序列號(hào)； 使用中使用中不需要任何外圍器件；不需要任何外圍器件；

12、 測(cè)量結(jié)果以測(cè)量結(jié)果以9位數(shù)字量方式串行傳送；位數(shù)字量方式串行傳送； 溫度范圍溫度范圍 -55+125 ； 供電電壓供電電壓 +3 +5.5V。 每一個(gè)DSl820包括一個(gè)唯一的64位長(zhǎng)的序號(hào)該序號(hào)值存放在DSl820內(nèi)部的ROM(只讀存貯器)中開始8位是產(chǎn)品類型編碼(DSl820編碼均為10H)接著的48位是每個(gè)器件唯一的序號(hào)最后8位是前面56位的CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn))碼F 基于基于1-WIRE總線的總線的DS18B20型智能溫度傳感器型智能溫度傳感器內(nèi)內(nèi)部部原原理理框框圖圖 DS18B20內(nèi)部電路框圖主要包括內(nèi)部電路框圖主要包括7個(gè)部分：個(gè)部分： 寄生電源、溫度傳感器、寄生電源、溫度傳感器

13、、64位位ROM與接口、便箋式與接口、便箋式 RAM、高速暫存器、高速暫存器、高溫高溫TH觸發(fā)寄存器、觸發(fā)寄存器、低溫低溫TL觸發(fā)寄存器，觸發(fā)寄存器，存儲(chǔ)與控制邏輯，存儲(chǔ)與控制邏輯，8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CRC）發(fā)生器。）發(fā)生器。 測(cè)溫原理測(cè)溫原理 低溫度系數(shù)振蕩器溫度影響小低溫度系數(shù)振蕩器溫度影響小，用于產(chǎn)生固定頻率信號(hào)送計(jì)數(shù)器，用于產(chǎn)生固定頻率信號(hào)送計(jì)數(shù)器1;1; 高溫度系數(shù)振蕩頻率隨溫度變化高溫度系數(shù)振蕩頻率隨溫度變化，產(chǎn)生信號(hào)脈沖送計(jì)數(shù)器，產(chǎn)生信號(hào)脈沖送計(jì)數(shù)器2 2； 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器1 1和溫度寄存器被和溫度寄存器被預(yù)置在預(yù)置在 -55-55對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的基數(shù)值基數(shù)值； 計(jì)

14、計(jì)數(shù)器數(shù)器1 1對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行減法計(jì)數(shù)；對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行減法計(jì)數(shù)； 當(dāng)計(jì)數(shù)器當(dāng)計(jì)數(shù)器1 1預(yù)置減到預(yù)置減到0 0時(shí)，溫度寄存器加時(shí)，溫度寄存器加1 1，計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器1 1預(yù)置重新裝入；預(yù)置重新裝入； 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器1 1重新對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器計(jì)數(shù)；重新對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器計(jì)數(shù)； 測(cè)溫原理測(cè)溫原理如此循環(huán)，直到計(jì)數(shù)器如此循環(huán)，直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止對(duì)溫度寄存器時(shí)，停止對(duì)溫度寄存器累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。高溫度系數(shù)振蕩器相當(dāng)于高溫度系數(shù)振蕩器相當(dāng)于T/ f 轉(zhuǎn)換器，將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器，將被測(cè)溫

15、度轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)成頻率信號(hào)f ；當(dāng)門打開時(shí)對(duì)低溫度系當(dāng)門打開時(shí)對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器計(jì)數(shù)；數(shù)振蕩器計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間有高計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間有高溫度系數(shù)振蕩器決定。溫度系數(shù)振蕩器決定。F DS18B20DS18B20型智能溫度傳感器接口電路型智能溫度傳感器接口電路v 第一種方法第一種方法 利用一個(gè)利用一個(gè)CMOS管，把傳感器的數(shù)據(jù)線接連接到電源的正，利用微管，把傳感器的數(shù)據(jù)線接連接到電源的正，利用微機(jī)來(lái)控制機(jī)來(lái)控制CMOS管的導(dǎo)通與截止，即給數(shù)據(jù)線提供一個(gè)很強(qiáng)的上拉管的導(dǎo)通與截止，即給數(shù)據(jù)線提供一個(gè)很強(qiáng)的上拉電壓；使用這種方法時(shí)，必須把傳感器第三引腳電壓；使用這種方法時(shí)，必須把傳感器第三引腳VDD

16、接到電源的接接到電源的接地端；地端；v不對(duì)不對(duì)E2ROM進(jìn)行操作時(shí)，傳感器處于省電狀態(tài)。進(jìn)行操作時(shí)，傳感器處于省電狀態(tài)。v對(duì)對(duì)E2ROM進(jìn)行操作時(shí)，由導(dǎo)通的進(jìn)行操作時(shí)，由導(dǎo)通的CMOS管通過(guò)數(shù)據(jù)線給傳感器提供管通過(guò)數(shù)據(jù)線給傳感器提供一個(gè)較大的工作電流，這個(gè)時(shí)間至少要維持一個(gè)較大的工作電流，這個(gè)時(shí)間至少要維持10S以上。以上。省電方式連接省電方式連接F DS18B20DS18B20接口電路接口電路v 第二種方法第二種方法 把傳感器的數(shù)據(jù)線通過(guò)一個(gè)上拉電阻直接接到正電源的把傳感器的數(shù)據(jù)線通過(guò)一個(gè)上拉電阻直接接到正電源的上，同時(shí)把第三引腳也連接到正電源上。上，同時(shí)把第三引腳也連接到正電源上。v 使用

17、這種方法，在對(duì)使用這種方法，在對(duì)E2ROM進(jìn)行操作時(shí)，不要求通過(guò)進(jìn)行操作時(shí)，不要求通過(guò)傳感器的數(shù)據(jù)線來(lái)給傳感器提供工作電流，因此可以在傳感器的數(shù)據(jù)線來(lái)給傳感器提供工作電流，因此可以在該該I/O線上連接其它的驅(qū)動(dòng)。線上連接其它的驅(qū)動(dòng)。F DS18B20DS18B20接口電路接口電路v 在進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的時(shí)候，發(fā)出跳過(guò)內(nèi)存命令和轉(zhuǎn)換在進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的時(shí)候，發(fā)出跳過(guò)內(nèi)存命令和轉(zhuǎn)換啟動(dòng)命令即可。啟動(dòng)命令即可。v 需要注意的是在這種工作方式下，只要傳感器的需要注意的是在這種工作方式下，只要傳感器的3腳上腳上有正電壓，傳感器就處于工作狀態(tài)。有正電壓，傳感器就處于工作狀態(tài)。v 18B20的耗電比較小，無(wú)

18、須考慮省電狀態(tài)，這種方法的耗電比較小，無(wú)須考慮省電狀態(tài)，這種方法使用起來(lái)不但硬件電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也較簡(jiǎn)單。使用起來(lái)不但硬件電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)也較簡(jiǎn)單。F DS18B20DS18B20接口電路接口電路v 由于由于DS1820 輸出端屬于輸出端屬于漏極開路輸出漏極開路輸出，傳感器數(shù)據(jù)線通過(guò)，傳感器數(shù)據(jù)線通過(guò)上拉電阻時(shí)常態(tài)為高電平；上拉電阻時(shí)常態(tài)為高電平；v 可在可在I/O線連接其它驅(qū)動(dòng)?？赏瑫r(shí)在一根總線上進(jìn)行線連接其它驅(qū)動(dòng)?？赏瑫r(shí)在一根總線上進(jìn)行8個(gè)個(gè)溫溫度通道的測(cè)量。度通道的測(cè)量。v 溫度傳感器溫度傳感器18B20幾乎不需要什么外圍器件，有專門的轉(zhuǎn)換幾乎不需要什么外圍器件，有專門的轉(zhuǎn)換

19、以及讀寫指令。其轉(zhuǎn)換速度快，轉(zhuǎn)換一個(gè)以及讀寫指令。其轉(zhuǎn)換速度快，轉(zhuǎn)換一個(gè)12位的溫度數(shù)據(jù)不位的溫度數(shù)據(jù)不超過(guò)超過(guò)750ms，在溫度轉(zhuǎn)換期間，數(shù)據(jù)總線上必需達(dá)到，在溫度轉(zhuǎn)換期間，數(shù)據(jù)總線上必需達(dá)到1.5mA的電流。的電流。F DS18B20DS18B20操作指令操作指令v 18B20內(nèi)部自帶內(nèi)部自帶5個(gè)個(gè)ROM指令、指令、6條專用指令：條專用指令： ROM指令；指令； Read ROM(33h），）， 讀讀ROM Match ROM(55h)， 比較比較 Skip ROM(CCh)， 跳過(guò)跳過(guò)ROM Search ROM(F0h)， 搜索、查找搜索、查找 Alarm ROM(ECh)， 報(bào)警報(bào)警

20、 專用指令；專用指令； Write Scratchpad便簽式便簽式(4Eh)， 寫便簽寫便簽RAM Read Scratchpad(BEh), 讀數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù) Copy Scratchpad(48h), 復(fù)制復(fù)制 Convert T(44h), 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 Recall E2(B8h), 搜索、調(diào)用搜索、調(diào)用 Read Power Supply(B4h)， 讀電源電壓讀電源電壓F DS18B20DS18B20編程編程溫溫度度轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換關(guān)關(guān)系系表表通過(guò)數(shù)據(jù)線，利用串行傳輸方式，先發(fā)出跳過(guò)通過(guò)數(shù)據(jù)線，利用串行傳輸方式，先發(fā)出跳過(guò)ROM命令，命令，再發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令；再發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令；溫度傳感

21、器把采集到的溫度經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后，以十六進(jìn)制溫度傳感器把采集到的溫度經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后，以十六進(jìn)制 10H 表示表示1存儲(chǔ)于自帶的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)于自帶的存儲(chǔ)器 E2ROM 中；中；后發(fā)出讀數(shù)據(jù)指令，把溫度傳感器后發(fā)出讀數(shù)據(jù)指令，把溫度傳感器 E2ROM 中的數(shù)據(jù)讀入中的數(shù)據(jù)讀入單片機(jī)。單片機(jī)。在在E2ROM 中，當(dāng)溫度為負(fù)中，當(dāng)溫度為負(fù)值時(shí)，以補(bǔ)碼的形式表示。值時(shí)，以補(bǔ)碼的形式表示。復(fù)位時(shí)，其值為復(fù)位時(shí)，其值為+85。 溫溫度的低字節(jié)、溫度的高字節(jié)度的低字節(jié)、溫度的高字節(jié)分別裝入兩個(gè)單元分別裝入兩個(gè)單元13.3 13.3 集成濕度傳感器集成濕度傳感器 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外濕度傳感器取得了長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步，濕敏近年來(lái)，

22、國(guó)內(nèi)外濕度傳感器取得了長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步，濕敏傳感器從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方傳感器從簡(jiǎn)單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測(cè)的方向迅速發(fā)展，為開發(fā)濕度向迅速發(fā)展，為開發(fā)濕度/溫度測(cè)控系統(tǒng)和提高測(cè)量技術(shù)水平溫度測(cè)控系統(tǒng)和提高測(cè)量技術(shù)水平提供了有利條件。提供了有利條件。 目前，國(guó)外生產(chǎn)集成濕度傳感器的主要廠家及典型產(chǎn)品有：目前，國(guó)外生產(chǎn)集成濕度傳感器的主要廠家及典型產(chǎn)品有：Honeywell公司的公司的HIH-3602 HIH-3605 HIH-3610型；型；Humirel公司的公司的HM1500 HM1520 HTF3223 HF3223型；瑞士型；瑞士Sensiron

23、（森斯瑞）公司的（森斯瑞）公司的SHT11 SHT15型。這些產(chǎn)品主要分為四種型。這些產(chǎn)品主要分為四種類型：類型： ； ； ； 13.3.1 13.3.1 HM1500 / HM1520傳感器內(nèi)部包含一個(gè)由傳感器內(nèi)部包含一個(gè)由HS1101濕敏電容器濕敏電容器構(gòu)成的橋式振蕩器、低通濾波器和放大器，能夠輸出與相對(duì)濕度構(gòu)成的橋式振蕩器、低通濾波器和放大器，能夠輸出與相對(duì)濕度呈線性關(guān)系的直流電壓信號(hào)，輸出阻抗為呈線性關(guān)系的直流電壓信號(hào)，輸出阻抗為70，適配帶，適配帶ADC的單的單片機(jī)。采用片機(jī)。采用+5V電源供電，工作電流典型值為電源供電，工作電流典型值為0.4mA，漏電流，漏電流300A，工作溫度范

24、圍是，工作溫度范圍是-30+60。 HM1500屬于通用型濕敏傳感器，測(cè)量范圍屬于通用型濕敏傳感器，測(cè)量范圍0100%RH，輸，輸出電壓出電壓+1 V+ 4V，相對(duì)濕度為，相對(duì)濕度為55%時(shí)的標(biāo)稱輸出電壓為時(shí)的標(biāo)稱輸出電壓為2.48V。測(cè)量精度測(cè)量精度3%RH，靈敏度為，靈敏度為+25mV/RH，溫度系數(shù)為，溫度系數(shù)為+0.1% RH/，響應(yīng)時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間10s。1. HM1500 HM1520結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征 13.3.1 13.3.1 元件尺寸為元件尺寸為34mm（長(zhǎng)）（長(zhǎng)）22mm（寬）（寬）9mm（高），（高）， 3個(gè)引腳分別是：個(gè)引腳分別是：GND；Ucc（電源）；（電源）；Uo（電

25、壓輸出）；（電壓輸出）； 相對(duì)濕度在（相對(duì)濕度在（10%95%）RH范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，TA=+23時(shí)，時(shí)， 輸出電壓輸出電壓Uo與相對(duì)濕度與相對(duì)濕度RH的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表13-1。 輸出電壓的計(jì)算公式為：輸出電壓的計(jì)算公式為：2. HM1500 HM1520工作原理工作原理 1.0790.2568UoRH13.3.1 13.3.1 2. HM1500 HM1520工作原理工作原理 RH(%)101520253035404550Uo /V1.3251.4651.6001.7351.8601.9902.1102.2352.360RH(%)556065707580859095Uo /V2.4

26、802.6052.3702.8602.9903.1253.2603.4053.555 13.3.1 13.3.1 3. HM1500 HM1520典型應(yīng)用典型應(yīng)用 13.3.1 13.3.1 3. HM1500 HM1520典型應(yīng)用典型應(yīng)用 13.3.2 HTF322313.3.2 HTF3223型頻率型頻率/ /溫度集成濕度傳感器溫度集成濕度傳感器1. HTF3223的性能特點(diǎn)的性能特點(diǎn)13.3.2 HTF322313.3.2 HTF3223型頻率型頻率/ /溫度集成濕度傳感器溫度集成濕度傳感器2. HTF3223的原理與應(yīng)用的原理與應(yīng)用13.3.3 SHT1013.3.3 SHT10型數(shù)字

27、濕度型數(shù)字濕度/ /溫度傳感器溫度傳感器1. SHT10傳感器主要特性傳感器主要特性13.3.3 SHT1013.3.3 SHT10型數(shù)字濕度型數(shù)字濕度/ /溫度傳感器溫度傳感器2. SHT10接口電路與工作原理接口電路與工作原理 13.3.3 SHT1013.3.3 SHT10型數(shù)字濕度型數(shù)字濕度/ /溫度傳感器溫度傳感器2. SHT10傳感器主要特性傳感器主要特性13.4 13.4 單片硅壓力傳感器單片硅壓力傳感器13.4.1 MPX2100/4100/5100/570013.4.1 MPX2100/4100/5100/5700系列集成硅壓力傳感器系列集成硅壓力傳感器1. 單片集成硅壓力傳

28、感器性能與特征單片集成硅壓力傳感器性能與特征 13.4.1 MPX2100/4100/5100/570013.4.1 MPX2100/4100/5100/5700系列集成硅壓力傳感器系列集成硅壓力傳感器2. 單片集成硅壓力傳感器工作原理單片集成硅壓力傳感器工作原理 13.4.1 MPX2100/4100/5100/570013.4.1 MPX2100/4100/5100/5700系列集成硅壓力傳感器系列集成硅壓力傳感器2. 單片集成硅壓力傳感器工作原理單片集成硅壓力傳感器工作原理 13.4.1 MPX2100/4100/5100/570013.4.1 MPX2100/4100/5100/570

29、0系列集成硅壓力傳感器系列集成硅壓力傳感器2. 單片集成硅壓力傳感器工作原理單片集成硅壓力傳感器工作原理 13.4.1 MPX2100/4100/5100/570013.4.1 MPX2100/4100/5100/5700系列集成硅壓力傳感器系列集成硅壓力傳感器3. 單片集成硅壓力傳感器典型應(yīng)用單片集成硅壓力傳感器典型應(yīng)用13.4.1 MPX2100/4100/5100/570013.4.1 MPX2100/4100/5100/5700系列集成硅壓力傳感器系列集成硅壓力傳感器3. 單片集成硅壓力傳感器典型應(yīng)用單片集成硅壓力傳感器典型應(yīng)用13.4.2 ST300013.4.2 ST3000系列智

30、能壓力傳感器系列智能壓力傳感器13.4.2 ST300013.4.2 ST3000系列智能壓力傳感器系列智能壓力傳感器1. ST3000系列產(chǎn)品的性能特點(diǎn)系列產(chǎn)品的性能特點(diǎn)13.4.2 ST300013.4.2 ST3000系列智能壓力傳感器系列智能壓力傳感器1. ST3000系列產(chǎn)品的性能特點(diǎn)系列產(chǎn)品的性能特點(diǎn)13.4.2 ST300013.4.2 ST3000系列智能壓力傳感器系列智能壓力傳感器2. ST3000系列傳感器工作原理系列傳感器工作原理13.4.2 ST300013.4.2 ST3000系列智能壓力傳感器系列智能壓力傳感器2. ST3000系列傳感器工作原理系列傳感器工作原理1

31、3.4.2 ST300013.4.2 ST3000系列智能壓力傳感器系列智能壓力傳感器2. ST3000系列傳感器工作原理系列傳感器工作原理13.4.2 ST300013.4.2 ST3000系列智能壓力傳感器系列智能壓力傳感器3. ST3000系列傳感器應(yīng)用系列傳感器應(yīng)用 13.4.313.4.3 PPTPPT系列網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器系列網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器13.4.313.4.3 PPTPPT系列網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器系列網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器1. PPT、PPTR系列壓力傳感器的性能特點(diǎn)系列壓力傳感器的性能特點(diǎn) 13.4.313.4.3 PPTPPT系列網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器系列網(wǎng)絡(luò)化智能壓力

32、傳感器 2. 傳感器工作原理傳感器工作原理 13.4.313.4.3 PPTPPT系列網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器系列網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器 2. 傳感器工作原理傳感器工作原理 13.4.313.4.3 PPTPPT系列網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器系列網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器 2. 傳感器工作原理傳感器工作原理 13.4.313.4.3 PPTPPT系列網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器系列網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器 3. 智能壓力傳感器的應(yīng)用智能壓力傳感器的應(yīng)用13.4.313.4.3 PPTPPT系列網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器系列網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器 3. 智能壓力傳感器的應(yīng)用智能壓力傳感器的應(yīng)用13.4.313.4.3 PPTPPT系

33、列網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器系列網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器 3. 智能壓力傳感器的應(yīng)用智能壓力傳感器的應(yīng)用13.4.313.4.3 PPTPPT系列網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器系列網(wǎng)絡(luò)化智能壓力傳感器 3. 智能壓力傳感器的應(yīng)用智能壓力傳感器的應(yīng)用 目前，單片集成磁場(chǎng)傳感器有著非常廣泛的應(yīng)目前，單片集成磁場(chǎng)傳感器有著非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它不僅可以用領(lǐng)域，它不僅可以測(cè)量磁場(chǎng)測(cè)量磁場(chǎng)（如磁場(chǎng)強(qiáng)度、（如磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁通密度），還可以磁通密度），還可以測(cè)量電量測(cè)量電量（如頻率、相位）（如頻率、相位）以及以及非電量測(cè)量非電量測(cè)量（如振動(dòng)、位移、位置、轉(zhuǎn)速、（如振動(dòng)、位移、位置、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)數(shù)、導(dǎo)磁產(chǎn)品的計(jì)數(shù)等）。轉(zhuǎn)數(shù)、導(dǎo)磁產(chǎn)品的

34、計(jì)數(shù)等）。 單片集成磁場(chǎng)傳感器是把單片集成磁場(chǎng)傳感器是把磁敏電阻、霍爾元件磁敏電阻、霍爾元件以及信號(hào)調(diào)理電路以及信號(hào)調(diào)理電路集成在一個(gè)芯片上，使磁場(chǎng)集成在一個(gè)芯片上，使磁場(chǎng)傳感器的性能、可靠性、穩(wěn)定性、靈敏度以及傳感器的性能、可靠性、穩(wěn)定性、靈敏度以及實(shí)用性大大提高。實(shí)用性大大提高。 下面主要介紹基于磁敏電阻的下面主要介紹基于磁敏電阻的HMC系列系列單片單片集成磁場(chǎng)傳感器和基于集成磁場(chǎng)傳感器和基于霍爾元件的霍爾元件的AD22151線線性輸出式集成磁場(chǎng)傳感器。性輸出式集成磁場(chǎng)傳感器。1 12 23 34 45 56 67 78 8 HMC1001HMC1001（SIP-8SIP-8）封裝）封裝

35、HMC系列是美國(guó)霍尼威爾（系列是美國(guó)霍尼威爾（Honeywell）公司生）公司生產(chǎn)的產(chǎn)的單片集成化磁場(chǎng)傳感器單片集成化磁場(chǎng)傳感器，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱 MR（磁敏電（磁敏電阻）阻）傳感器。傳感器。該系列有該系列有6種型號(hào)：其中種型號(hào)：其中HMC1001、1021D、1021S、1021Z為為單軸單軸磁場(chǎng)傳感器，磁場(chǎng)傳感器，HMC1002、1022屬于屬于雙軸雙軸磁場(chǎng)傳感器磁場(chǎng)傳感器。單軸磁場(chǎng)和雙軸磁場(chǎng)傳感器配套使用，可構(gòu)成單軸磁場(chǎng)和雙軸磁場(chǎng)傳感器配套使用，可構(gòu)成3軸軸（X、Y、Z軸軸）磁場(chǎng)傳感器，測(cè)量立體）磁場(chǎng)傳感器，測(cè)量立體空間空間磁場(chǎng)。磁場(chǎng)。 這種傳感器體積小、靈敏度高、價(jià)格低，可用于這種傳感器體積

36、小、靈敏度高、價(jià)格低，可用于地球磁場(chǎng)地球磁場(chǎng)探測(cè)儀、導(dǎo)航系統(tǒng)、磁療設(shè)備以及自動(dòng)探測(cè)儀、導(dǎo)航系統(tǒng)、磁療設(shè)備以及自動(dòng)化裝置中。化裝置中。1 12 23 34 45 56 67 78 8 HMC1001HMC1001（SIP-8SIP-8）封裝）封裝 HMC1022HMC1022SOIC-16SOIC-16封裝封裝1 12 23 34 45 56 67 78 816161515141413131212111110 10 9 9A AB B傳感器內(nèi)部有傳感器內(nèi)部有4只半導(dǎo)體磁敏電阻（只半導(dǎo)體磁敏電阻（HMC1001典型值為典型值為850）構(gòu)成構(gòu)成MR電橋，當(dāng)受到外部磁場(chǎng)作用時(shí)橋臂電阻會(huì)發(fā)生變化，電橋，

37、當(dāng)受到外部磁場(chǎng)作用時(shí)橋臂電阻會(huì)發(fā)生變化，使電橋輸出一個(gè)差分電壓信號(hào)；使電橋輸出一個(gè)差分電壓信號(hào)；靈敏度：對(duì)磁場(chǎng)的敏感程度可達(dá)靈敏度：對(duì)磁場(chǎng)的敏感程度可達(dá)3nT;測(cè)量范圍測(cè)量范圍: 可達(dá)可達(dá)610-4T（地球磁場(chǎng)僅為（地球磁場(chǎng)僅為510-5T）。）。1.1.HMC系列傳感器性能特點(diǎn)系列傳感器性能特點(diǎn)UBR供電供電橋壓橋壓+5V，GND公共地；公共地；OUT+、OUT-差分電壓輸出端；差分電壓輸出端；OFFSET+、OFFSET-為內(nèi)部補(bǔ)償線圈引線，為內(nèi)部補(bǔ)償線圈引線，表示電流極性表示電流極性 ；S/R+、S/R-為置位、復(fù)位線圈引出端，為置位、復(fù)位線圈引出端， 改變改變電流的極性可分別實(shí)現(xiàn)置位、

38、復(fù)位；電流的極性可分別實(shí)現(xiàn)置位、復(fù)位；圖中小尖頭代表圖中小尖頭代表MR傳感器靈敏度的方向傳感器靈敏度的方向。雙軸磁場(chǎng)傳感器的引腳圖中，芯片內(nèi)部有雙軸磁場(chǎng)傳感器的引腳圖中，芯片內(nèi)部有A、B兩組兩組MR傳感器適合測(cè)量平面磁場(chǎng)傳感器適合測(cè)量平面磁場(chǎng)。1 12 23 34 45 56 67 78 8 HMC1001 SIP-8封裝S/R+S/R+OFFSET+OFFSET+S/R-S/R-GNDGNDOUT+OUT+OFFSET-OFFSET-UBRUBROUT-OUT- HMC1022HMC1022SOIC-16SOIC-16封裝封裝1 12 23 34 45 56 67 78 8161615151

39、41413131212111110 10 9 9A AB BYX1.1.HMC系列傳感器性能特點(diǎn)系列傳感器性能特點(diǎn) 以以HMC 1001為例，為例，HMC1001內(nèi)部電路框圖包括：內(nèi)部電路框圖包括：集成工藝制成的集成工藝制成的MR電橋；電橋；兩個(gè)帶繞式線圈；兩個(gè)帶繞式線圈；一個(gè)一個(gè)補(bǔ)償線圈補(bǔ)償線圈可等效于可等效于2.5的標(biāo)稱電阻的標(biāo)稱電阻; 另一個(gè)是另一個(gè)是置位置位/復(fù)位線圈復(fù)位線圈，等效，等效1.5的標(biāo)稱電阻。的標(biāo)稱電阻。HMC1001MR電橋電橋 RRRRUBROUT+OUT-GND OFFSET+OFFSET-S/R+S/R-補(bǔ)償線圈補(bǔ)償線圈 置位置位/復(fù)位線圈復(fù)位線圈 YX當(dāng)線圈上有電

40、流通過(guò)時(shí)，當(dāng)線圈上有電流通過(guò)時(shí)，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)就耦合到所產(chǎn)生的磁場(chǎng)就耦合到MR電橋上。電橋上。這兩個(gè)線圈具有磁場(chǎng)信號(hào)這兩個(gè)線圈具有磁場(chǎng)信號(hào)調(diào)理調(diào)理功能。功能。 2.2.HMC系列傳感器工作原理系列傳感器工作原理接入電源后，傳感器能測(cè)接入電源后，傳感器能測(cè)量沿水平軸方向的環(huán)境磁量沿水平軸方向的環(huán)境磁場(chǎng)或外加磁場(chǎng)；場(chǎng)或外加磁場(chǎng)；外部磁場(chǎng)加到傳感器時(shí)改外部磁場(chǎng)加到傳感器時(shí)改變磁敏電阻的電阻值，產(chǎn)變磁敏電阻的電阻值，產(chǎn)生變化率生變化率R/R，使，使MR輸出電壓隨外部磁場(chǎng)信號(hào)輸出電壓隨外部磁場(chǎng)信號(hào)變化，配上數(shù)字電壓表即變化，配上數(shù)字電壓表即可測(cè)量磁場(chǎng)。可測(cè)量磁場(chǎng)。YX2.2.HMC系列傳感器工作原理系列傳

41、感器工作原理 補(bǔ)償線圈可實(shí)現(xiàn)下述功能：補(bǔ)償線圈可實(shí)現(xiàn)下述功能：1） 無(wú)檢測(cè)磁場(chǎng)時(shí)，補(bǔ)償線圈上有電流通過(guò)，就形成無(wú)檢測(cè)磁場(chǎng)時(shí)，補(bǔ)償線圈上有電流通過(guò)，就形成X軸方向軸方向的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)（敏感方向），利用這個(gè)磁場(chǎng)可以（敏感方向），利用這個(gè)磁場(chǎng)可以抵消環(huán)境磁場(chǎng)抵消環(huán)境磁場(chǎng)（地磁）的影響。（地磁）的影響。 因?yàn)檠a(bǔ)償電流從因?yàn)檠a(bǔ)償電流從-端流向端流向+端時(shí)，補(bǔ)償線圈產(chǎn)生一個(gè)與原磁場(chǎng)方向端時(shí)，補(bǔ)償線圈產(chǎn)生一個(gè)與原磁場(chǎng)方向相反的磁場(chǎng)；相反的磁場(chǎng)；25mA電流產(chǎn)生磁通電流產(chǎn)生磁通510-5T 使原磁場(chǎng)減弱，只要使原磁場(chǎng)減弱，只要合理選擇調(diào)節(jié)補(bǔ)償電流合理選擇調(diào)節(jié)補(bǔ)償電流IOFFSET值就可以值就可以完全抵消環(huán)境磁場(chǎng)

42、完全抵消環(huán)境磁場(chǎng)和和鐵磁鐵磁性物質(zhì)性物質(zhì)對(duì)測(cè)量的影響。對(duì)測(cè)量的影響。2）補(bǔ)償線圈可作為閉環(huán)反饋元件，）補(bǔ)償線圈可作為閉環(huán)反饋元件，消除待測(cè)磁場(chǎng)的影響；消除待測(cè)磁場(chǎng)的影響；3）補(bǔ)償線圈用于）補(bǔ)償線圈用于MR電橋自動(dòng)校準(zhǔn)；電橋自動(dòng)校準(zhǔn)；4）當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，）當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，MR傳感器的傳感器的靈敏度會(huì)變化，利用補(bǔ)償線圈可靈敏度會(huì)變化，利用補(bǔ)償線圈可檢測(cè)沿靈敏軸方向的靈敏度。檢測(cè)沿靈敏軸方向的靈敏度。YX2.2.HMC系列傳感器工作原理系列傳感器工作原理該線圈主要作用是在測(cè)量磁場(chǎng)時(shí)能保持該線圈主要作用是在測(cè)量磁場(chǎng)時(shí)能保持MR傳感器的高靈傳感器的高靈敏度特性，當(dāng)被測(cè)弱磁場(chǎng)受到一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)干擾時(shí)，敏度

43、特性，當(dāng)被測(cè)弱磁場(chǎng)受到一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)干擾時(shí)，MR傳傳感器的輸出信號(hào)有可能被干擾信號(hào)所淹沒，造成輸出信感器的輸出信號(hào)有可能被干擾信號(hào)所淹沒，造成輸出信號(hào)丟失。為減小這種影響并使輸出信號(hào)最大化，需要利號(hào)丟失。為減小這種影響并使輸出信號(hào)最大化，需要利用置位用置位/復(fù)位線圈。復(fù)位線圈。置位置位/復(fù)位線圈必須通過(guò)幾安的脈復(fù)位線圈必須通過(guò)幾安的脈沖電流，持續(xù)時(shí)間沖電流，持續(xù)時(shí)間2s ；該線圈產(chǎn)生沿該線圈產(chǎn)生沿Y軸方向的磁場(chǎng)，軸方向的磁場(chǎng)，這是這是MR最最不敏感的方向不敏感的方向；利用置位（或復(fù)位）可改變利用置位（或復(fù)位）可改變輸出極性。輸出極性。 置位置位/復(fù)位線圈功能：復(fù)位線圈功能：YX1.0 0.5 0

44、0.5 1.00 B/101.0 0.5 0 0.5 1.00 B/10-4-4T T40402020 0 0-20-20-40-40-60-60-80-80置位曲線置位曲線復(fù)位曲線復(fù)位曲線U UO O/mV/mV當(dāng)置當(dāng)置/復(fù)位脈沖電流通過(guò)引腳復(fù)位脈沖電流通過(guò)引腳S/R+時(shí)時(shí),輸出響應(yīng)曲線斜率為正值輸出響應(yīng)曲線斜率為正值,反之為負(fù)反之為負(fù)值值,可改變輸出電壓的極性；可改變輸出電壓的極性；電流方向電流方向S/R+ S/R- 輸出輸出 UoSET，電流方向電流方向S/R- S/R+輸出輸出 UoRESET 輸出電壓差值能消除溫漂和非線性輸出電壓差值能消除溫漂和非線性影響。影響。UO=(UOSET-

45、UORESET)/2置位和復(fù)位曲線是對(duì)稱的置位和復(fù)位曲線是對(duì)稱的;由于工藝使橋臂不可能完全一致由于工藝使橋臂不可能完全一致,可可采用補(bǔ)償技術(shù)使采用補(bǔ)償技術(shù)使MR電橋平衡電橋平衡.具體辦法在輸出之間跨接一只電阻具體辦法在輸出之間跨接一只電阻,使零磁場(chǎng)時(shí)輸出電壓為零使零磁場(chǎng)時(shí)輸出電壓為零.MR電橋 R RR RR RR RUBRUBROUT+OUT+OUT-OUT-GND GND OFFSET+OFFSET+ OFFSET-OFFSET-S/R+S/R+S/R-S/R-補(bǔ)償線圈 置位/復(fù)位線圈 IOFFSET 輸出響應(yīng)曲線：輸出響應(yīng)曲線：3.3.HMC系列磁場(chǎng)傳感器應(yīng)用系列磁場(chǎng)傳感器應(yīng)用接近開關(guān)接

46、近開關(guān) HMC1001接運(yùn)放接運(yùn)放AMP04（做比較器使用），構(gòu)成接近開關(guān)（做比較器使用），構(gòu)成接近開關(guān)電路，磁鐵接近時(shí)電路，磁鐵接近時(shí)MR輸出電壓達(dá)到輸出電壓達(dá)到30mV，使比較器翻轉(zhuǎn)，使比較器翻轉(zhuǎn)，輸出變低輸出變低LED發(fā)光。可用來(lái)檢測(cè)位移、轉(zhuǎn)速等非電量。發(fā)光。可用來(lái)檢測(cè)位移、轉(zhuǎn)速等非電量。7 854UBROUT+OUT-GNDAMP04磁磁鐵鐵LED 特斯拉計(jì)特斯拉計(jì) 由由HMC1001/1002構(gòu)成系統(tǒng)，構(gòu)成系統(tǒng)，可測(cè)量小于可測(cè)量小于10nT的磁場(chǎng)，的磁場(chǎng)，S/R脈沖電流幅度需大于脈沖電流幅度需大于4A。3.3.HMC系列磁場(chǎng)傳感器應(yīng)用系列磁場(chǎng)傳感器應(yīng)用接近開關(guān)接近開關(guān) HMC1001

47、接運(yùn)放接運(yùn)放AMP04（做比較器使用），構(gòu)成接近（做比較器使用），構(gòu)成接近開關(guān)電路，磁鐵接近時(shí)開關(guān)電路，磁鐵接近時(shí)MR輸出電壓達(dá)到輸出電壓達(dá)到30mV，使比較，使比較器翻轉(zhuǎn)，輸出變低器翻轉(zhuǎn)，輸出變低LED發(fā)光?？捎脕?lái)檢測(cè)位移、轉(zhuǎn)速等發(fā)光。可用來(lái)檢測(cè)位移、轉(zhuǎn)速等非電量。非電量。7 854UBROUT+OUT-GNDAMP04磁磁鐵鐵LED 特斯拉計(jì)特斯拉計(jì) 由由HMC1001/1002構(gòu)成系統(tǒng)，構(gòu)成系統(tǒng)，可測(cè)量小于可測(cè)量小于10nT的磁場(chǎng)，的磁場(chǎng)，S/R脈沖電流幅度需大于脈沖電流幅度需大于4A。3.3.HMC系列磁場(chǎng)傳感器應(yīng)用系列磁場(chǎng)傳感器應(yīng)用用用HMC1052雙軸磁場(chǎng)傳感器實(shí)現(xiàn)的環(huán)境磁場(chǎng)檢測(cè)電

48、路雙軸磁場(chǎng)傳感器實(shí)現(xiàn)的環(huán)境磁場(chǎng)檢測(cè)電路信號(hào)采集與接口電路原理圖信號(hào)采集與接口電路原理圖 3.3.HMC系列磁場(chǎng)傳感器應(yīng)用系列磁場(chǎng)傳感器應(yīng)用 HMC1052雙軸磁場(chǎng)傳感器信號(hào)采集與接口電路雙軸磁場(chǎng)傳感器信號(hào)采集與接口電路 電路組成：由磁場(chǎng)傳感器、放大器、單片機(jī)、輸入輸出電路組成：由磁場(chǎng)傳感器、放大器、單片機(jī)、輸入輸出接口；接口； 圖中磁敏傳感器圖中磁敏傳感器HMC1052L把測(cè)量到的電磁信號(hào)直接轉(zhuǎn)把測(cè)量到的電磁信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為電壓輸出；換為電壓輸出； 由由LMV358組成運(yùn)算放大器，把微弱信號(hào)放大到單片機(jī)能組成運(yùn)算放大器，把微弱信號(hào)放大到單片機(jī)能夠檢測(cè)到的電壓；夠檢測(cè)到的電壓； 通過(guò)單片機(jī)通過(guò)單片

49、機(jī)Atmega16L自帶的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，把模擬信號(hào)自帶的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算處理后在轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算處理后在LCD1602液晶顯示液晶顯示屏上顯示出磁場(chǎng)大小值。屏上顯示出磁場(chǎng)大小值。 1. 1. AD22151磁場(chǎng)傳感器性能特點(diǎn)磁場(chǎng)傳感器性能特點(diǎn) AD22151型線性集成磁場(chǎng)傳感器內(nèi)型線性集成磁場(chǎng)傳感器內(nèi)置溫度傳感置溫度傳感器器可檢測(cè)環(huán)境溫度，并提供溫度參考電壓，通可檢測(cè)環(huán)境溫度，并提供溫度參考電壓，通過(guò)溫度補(bǔ)償電路去調(diào)節(jié)霍爾元件的控制電流，過(guò)溫度補(bǔ)償電路去調(diào)節(jié)霍爾元件的控制電流，從而補(bǔ)償霍爾元件及外部磁場(chǎng)因溫度變化引起從而補(bǔ)償霍爾元件及外部磁場(chǎng)因溫度變化引起的

50、漂移。的漂移。 AD22151有有兩種工作模式兩種工作模式：雙極性模式和單極：雙極性模式和單極性模式。雙極性模式是將磁場(chǎng)零點(diǎn)偏置在電源性模式。雙極性模式是將磁場(chǎng)零點(diǎn)偏置在電源電壓的中點(diǎn)位置（電壓的中點(diǎn)位置（Ucc /2），使），使AD22151的靜態(tài)的靜態(tài)輸出電壓輸出電壓U0 = 0V。AD22151引腳圖引腳圖 2. 2. AD22151磁場(chǎng)傳感器工作原理磁場(chǎng)傳感器工作原理 芯片內(nèi)主要包括芯片內(nèi)主要包括7各部分：內(nèi)置溫度傳感器；溫度補(bǔ)償放各部分：內(nèi)置溫度傳感器；溫度補(bǔ)償放大器（大器（A1）；霍爾元件；為霍爾元件提供工作電流的可）；霍爾元件；為霍爾元件提供工作電流的可調(diào)電流源；開關(guān)式調(diào)制器、放

51、大器（調(diào)電流源；開關(guān)式調(diào)制器、放大器（A2）、解調(diào)器；緩）、解調(diào)器；緩沖器（沖器（B）；輸出放大器（）；輸出放大器（A3）。）。 其中內(nèi)置電阻其中內(nèi)置電阻RA、RB ，溫度補(bǔ)償放大器，溫度補(bǔ)償放大器A1的的A、B兩點(diǎn)兩點(diǎn)溫度系數(shù)分別為：溫度系數(shù)分別為：TA 300010-6/；TB -300010-6/。 2. 2. AD22151磁場(chǎng)傳感器工作原理磁場(chǎng)傳感器工作原理AD22151AD22151內(nèi)部電路框圖內(nèi)部電路框圖 3. 3. AD22151磁場(chǎng)傳感器典型應(yīng)用磁場(chǎng)傳感器典型應(yīng)用 根據(jù)內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)可知，放大器根據(jù)內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)可知，放大器A1采用的是差分輸出結(jié)采用的是差分輸出結(jié)構(gòu)，需外接溫度補(bǔ)

52、償電阻構(gòu)，需外接溫度補(bǔ)償電阻R1，根據(jù)需要，根據(jù)需要R1可接在可接在TC1 TC3之間，也可接在之間，也可接在TC2 TC3兩端之間。兩端之間。 當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，TC3端端輸出的信號(hào)通過(guò)可調(diào)電流源改變輸出的信號(hào)通過(guò)可調(diào)電流源改變霍爾傳感器上控制電流的大小，霍爾傳感器上控制電流的大小，保證溫度變化時(shí)霍爾元件的輸出保證溫度變化時(shí)霍爾元件的輸出電壓（電壓（U1）不隨溫度變化，從而）不隨溫度變化，從而達(dá)到溫度補(bǔ)償目的。達(dá)到溫度補(bǔ)償目的。 13.6 13.6 電容式集成傳感器電容式集成傳感器 硅電容式集成傳感器大體由硅電容式集成傳感器大體由壓力敏感壓力敏感電容器電容器、轉(zhuǎn)換電

53、路轉(zhuǎn)換電路和和輔助電路輔助電路三部分三部分組成；組成；其中壓力敏感的電容器是核心部件，其中壓力敏感的電容器是核心部件，壓力敏感的電容器所傳感的電容量信壓力敏感的電容器所傳感的電容量信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再由號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再由調(diào)理電路處理后輸出。調(diào)理電路處理后輸出。 從原理上講，電容式集成傳感器與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型電容傳感器從原理上講，電容式集成傳感器與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型電容傳感器沒有區(qū)別，只是集成式電容傳感器采用了集成工藝，特點(diǎn)是沒有區(qū)別，只是集成式電容傳感器采用了集成工藝，特點(diǎn)是電容尺寸很小，并將電容器與信號(hào)處理電路集成在一起；電容尺寸很小，并將電容器與信號(hào)處理電路集成在一起；硅梁

54、硅梁芯片芯片13.6 13.6 電容式集成傳感器電容式集成傳感器 結(jié)構(gòu)：是在玻璃基底上鍍一層金屬結(jié)構(gòu)：是在玻璃基底上鍍一層金屬鋁（鋁（AL）膜做電容器的一個(gè)極板，）膜做電容器的一個(gè)極板，在硅（在硅（Si）片上是電容器的另一個(gè)）片上是電容器的另一個(gè)極板，極板，硅膜厚幾十微米硅膜厚幾十微米。 硅電容式集成傳感器結(jié)構(gòu)硅電容式集成傳感器結(jié)構(gòu)電容器電容量由兩個(gè)電容極板面積和間距決定，極板間電容器電容量由兩個(gè)電容極板面積和間距決定，極板間介質(zhì)為空氣，當(dāng)硅膜片受力變形時(shí)電容的變化量介質(zhì)為空氣，當(dāng)硅膜片受力變形時(shí)電容的變化量C與壓與壓力差力差P大小有關(guān)。大小有關(guān)。1. 硅電容式集成傳感器結(jié)構(gòu)原理硅電容式集成傳

55、感器結(jié)構(gòu)原理實(shí)際硅壓力敏感電容傳感器的工作原理是在一個(gè)實(shí)際硅壓力敏感電容傳感器的工作原理是在一個(gè)硅膜上制作兩個(gè)圓形電容器，電容尺寸相同，分硅膜上制作兩個(gè)圓形電容器，電容尺寸相同，分別為別為受力電容受力電容、參考電容參考電容，參考電容不受外力作，參考電容不受外力作用，補(bǔ)償溫度影響。當(dāng)硅膜片兩側(cè)有壓差存在受用，補(bǔ)償溫度影響。當(dāng)硅膜片兩側(cè)有壓差存在受力變形時(shí)，電容兩極間距變化引起電容量變化。力變形時(shí)，電容兩極間距變化引起電容量變化。壓差與變形量呈線性關(guān)系。壓差與變形量呈線性關(guān)系。擴(kuò)散硅電容器擴(kuò)散硅電容器的靈敏度是結(jié)構(gòu)型電容傳感器靈敏度的的靈敏度是結(jié)構(gòu)型電容傳感器靈敏度的1010倍。倍。從原理上講硅電

56、容器與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型壓敏傳感器沒有區(qū)別，從原理上講硅電容器與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型壓敏傳感器沒有區(qū)別，只是采用集成工藝制作，電容尺寸很小，可與信號(hào)處理電只是采用集成工藝制作，電容尺寸很小，可與信號(hào)處理電路集成在一起。路集成在一起。壓力敏感的電容器所傳感的電容量信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成壓力敏感的電容器所傳感的電容量信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，再由調(diào)理電路處理后輸出。電壓信號(hào)，再由調(diào)理電路處理后輸出。1. 硅電容式集成傳感器結(jié)構(gòu)原理硅電容式集成傳感器結(jié)構(gòu)原理2. 硅電容式集成傳感器內(nèi)部電路硅電容式集成傳感器內(nèi)部電路2. 硅電容式集成傳感器內(nèi)部電路硅電容式集成傳感器內(nèi)部電路3. 硅電容式集成傳感器應(yīng)用硅電容式集成

57、傳感器應(yīng)用它由一它由一變?nèi)輭毫鞲衅髯內(nèi)輭毫鞲衅髟?、元件、一個(gè)一個(gè)溫度傳感溫度傳感元件和一個(gè)元件和一個(gè)界界面電路面電路(具有喚醒功能具有喚醒功能)組成，組成，所有這三個(gè)元件都在單塊芯所有這三個(gè)元件都在單塊芯片中片中(如后圖所示如后圖所示)。MPXY8020A可與遙控車門開可與遙控車門開關(guān)關(guān)(RKE)系統(tǒng)結(jié)合使用，提系統(tǒng)結(jié)合使用，提供一個(gè)高度集成的低成本系供一個(gè)高度集成的低成本系統(tǒng)。統(tǒng)。 胎壓監(jiān)測(cè)傳感器胎壓監(jiān)測(cè)傳感器MPXY8020AMPXY8020A是一款高集成度產(chǎn)品是一款高集成度產(chǎn)品3. 硅電容式集成傳感器應(yīng)用硅電容式集成傳感器應(yīng)用7 7） 智能型電容傳感器智能型電容傳感器 正溫度系數(shù)正溫度系數(shù)溫度傳感器溫度傳感器 胎壓監(jiān)測(cè)傳感器胎壓監(jiān)測(cè)傳感器MPXY8020A是一款高集成度產(chǎn)品是一款高集成度產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)傳感器運(yùn)動(dòng)傳感器3. 硅電容式集成傳感器應(yīng)用硅電容式集成傳感器應(yīng)用MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）（微機(jī)電系統(tǒng)）是面向汽車安全應(yīng)用的傳感器技是面向汽車安全應(yīng)用的傳感器技術(shù)的一個(gè)亮點(diǎn)。專家最新提出一個(gè)術(shù)的一個(gè)亮點(diǎn)。專家最新提出一個(gè)汽車汽車“黑匣子黑匣子”的概的概念，該念，該“黑匣子黑匣子”用以監(jiān)