電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐2011744107128課件

電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐2011.08.29負(fù)責(zé)教師侯汝舜王鵬傅志斌張金彭波盧孟燕為什么要上這門(mén)課？機(jī)械專(zhuān)業(yè)的本科生必修實(shí)踐課傳感器、電路與測(cè)試知識(shí)的綜合應(yīng)用掌握典型電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法為縮短研究性工作適應(yīng)期打基礎(chǔ)特點(diǎn)：綜合性。以傳感器為研究對(duì)象、電路為手段、應(yīng)用為目的、實(shí)踐為重點(diǎn)

培養(yǎng)綜合應(yīng)用已學(xué)知識(shí)、開(kāi)拓新思路的設(shè)計(jì)能力以及團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。（1）自己設(shè)計(jì)，自己調(diào)試，自己總結(jié)。（2）教師對(duì)個(gè)別問(wèn)題提示解決辦法，針對(duì)共性問(wèn)題集中講解。（3）對(duì)于難度較大的題目，達(dá)到基本要求后，有興趣的可由實(shí)驗(yàn)室提供條件繼續(xù)深入研究。

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課程以自學(xué)為主，親自動(dòng)手什么是傳感器？

傳感器（Sensor）定義：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置，它通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。（1）敏感元件是指能直接感測(cè)或響應(yīng)被測(cè)量的部件。（2）轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成傳輸或測(cè)量的電信號(hào)部分。

在傳感器設(shè)計(jì)中，習(xí)慣上將敏感元件稱(chēng)為傳感器，而轉(zhuǎn)換元件與信號(hào)調(diào)節(jié)/轉(zhuǎn)換電路合稱(chēng)為傳感器轉(zhuǎn)換電路。傳感器有哪些特性？靜態(tài)特性：在靜態(tài)條件下，傳感器的輸出量與輸入量之間的關(guān)系特性，又稱(chēng)穩(wěn)態(tài)特性。包括：線(xiàn)性度、靈敏度、精確度、重復(fù)性、零漂和溫漂等。動(dòng)態(tài)特性：反映傳感器輸出信號(hào)跟蹤輸入信號(hào)變化的響應(yīng)能力和特性。線(xiàn)性度是指?jìng)鞲衅鲗?shí)際輸出－輸入曲線(xiàn)與理論直線(xiàn)之間的最大偏差與輸出滿(mǎn)度值之比。靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)定條件下，輸出變化量與輸入變化量的比值。重復(fù)性是指?jìng)鞲衅鬏斎肓吭谕环较蜃鋈砍虄?nèi)連續(xù)重復(fù)測(cè)量所得輸出－輸入特性曲線(xiàn)不一致的程度。零漂是指?jìng)鞲衅髟谳斎肓繛榱銜r(shí)輸出的變化。溫漂是指?jìng)鞲衅鬏敵鲭S外界溫度變化的變化。精確度是指測(cè)量量偏差的綜合指標(biāo)。設(shè)計(jì)完成熱敏電阻的橋式測(cè)溫電路，實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大、壓頻轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行三位數(shù)碼管（小數(shù)點(diǎn)后一位）的溫度值顯示（通過(guò)調(diào)零、調(diào)增益和分頻/倍頻實(shí)現(xiàn)）和溫度超限報(bào)警（采用發(fā)光二極管報(bào)警）。A、橋式測(cè)溫主電路，信號(hào)放大電路，壓頻轉(zhuǎn)換電路，波形放大、整形電路；B、報(bào)警電路，三位數(shù)碼管顯示電路；A、B共同完成：采用室溫和人體手心處溫度兩點(diǎn)溫度標(biāo)定，獲取活體采樣數(shù)據(jù)，確定傳感器零漂和重復(fù)性等指標(biāo)；每人完成5000字左右報(bào)告一份。技術(shù)指標(biāo)：測(cè)溫范圍：25℃～45℃輸出頻率：小于100kHz靈敏度：1kHz/℃

題目一、熱敏電阻人體體溫測(cè)量報(bào)警系統(tǒng)電路熱敏電阻集成溫度傳感器選用AD590JH，為電流輸出型器件，設(shè)計(jì)完成電流－電壓轉(zhuǎn)換主電路，信號(hào)放大電路；壓頻轉(zhuǎn)換電路；進(jìn)行三位數(shù)碼管（小數(shù)點(diǎn)后一位）顯示，報(bào)警電路（采用發(fā)光二極管報(bào)警）。A、主電路，信號(hào)放大電路，壓頻轉(zhuǎn)換電路，波形放大、整形電路；B、報(bào)警電路，三位數(shù)碼管顯示電路；A、B共同完成：采用室溫和人體手心處溫度兩點(diǎn)溫度標(biāo)定，獲取活體采樣數(shù)據(jù)，確定傳感器零漂和重復(fù)性等指標(biāo)；每人完成5000字左右報(bào)告一份。技術(shù)指標(biāo)：測(cè)溫范圍：25℃～45℃輸出頻率：小于100kHz靈敏度：1kHz/℃題目二、集成溫度傳感器體溫測(cè)量報(bào)警系統(tǒng)電路集成溫度傳感器設(shè)計(jì)PWM電路驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，控制給定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，要求圈數(shù)輸入方便、直觀，能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，并能夠顯示預(yù)置值（兩位數(shù)碼管顯示）和電機(jī)實(shí)際旋轉(zhuǎn)圈數(shù)（兩位數(shù)碼管顯示）。其中，電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，顯示值正向增加；電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，顯示值反向減小。同組同學(xué)兩名，共同完成總體方案設(shè)計(jì)，具體任務(wù)自行組內(nèi)分工。每人完成5000字左右報(bào)告一份。技術(shù)指標(biāo)：記錄至少十個(gè)設(shè)定圈數(shù)及控制結(jié)果；電機(jī)轉(zhuǎn)圈數(shù)的控制范圍：正向5～99圈；轉(zhuǎn)動(dòng)精度：±1圈題目三、繞線(xiàn)機(jī)圈數(shù)測(cè)控系統(tǒng)電路電機(jī)正反轉(zhuǎn)信號(hào)由光電傳感器（發(fā)光二極管和光敏二極管）獲得。實(shí)驗(yàn)電機(jī)題目五、超聲波測(cè)距測(cè)量系統(tǒng)電路利用超聲波換能器實(shí)現(xiàn)物體間距離（位移）的測(cè)量。設(shè)計(jì)傳感器的信號(hào)放大電路、脈沖放大/整形電路、定時(shí)計(jì)數(shù)，并進(jìn)行三位數(shù)碼管顯示。具體分工：同組同學(xué)兩名，共同完成總體方案設(shè)計(jì)；每人完成5000字左右報(bào)告一份。

技術(shù)指標(biāo)：測(cè)量范圍：0～1m；精度：2%。超聲波傳感器題目六、磁場(chǎng)強(qiáng)度檢測(cè)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)完成霍爾磁強(qiáng)計(jì)電源電路、信號(hào)放大電路和壓頻轉(zhuǎn)換電路；進(jìn)行三位數(shù)碼管（小數(shù)點(diǎn)后兩位）顯示磁場(chǎng)強(qiáng)度值（即與磁場(chǎng)強(qiáng)度相同數(shù)碼的頻率值，通過(guò)調(diào)零、調(diào)增益和分頻電路實(shí)現(xiàn)）。具體分工：同組同學(xué)兩名，共同完成總體方案設(shè)計(jì)；每人完成5000字左右報(bào)告一份。

技術(shù)指標(biāo)：測(cè)量范圍：0～2T

輸出頻率：小于200kHz

靈敏度：100Hz/10G霍爾傳感器題目七、脈搏波檢測(cè)系統(tǒng)由發(fā)光二級(jí)管和光敏二極管組成脈搏波檢測(cè)傳感器。其工作原理是:利用手指動(dòng)脈血在血液循環(huán)過(guò)程中周期性的脈動(dòng)變化，通過(guò)發(fā)光二極管發(fā)出的光透射過(guò)手指,經(jīng)過(guò)手指組織的血液吸收和衰減，由光敏二極管接收。光敏二極管輸出信號(hào)的變化反映了動(dòng)脈血的脈動(dòng)變化。

任務(wù)：設(shè)計(jì)完成恒流源發(fā)光電路，接收信號(hào)放大電路，濾波整形電路，壓頻轉(zhuǎn)換電路。兩位數(shù)碼管顯示脈搏。（數(shù)/每分）。具體分工：同組同學(xué)兩名，共同完成總體方案設(shè)計(jì)；每人完成5000字左右報(bào)告一份。

技術(shù)指標(biāo)：頻率范圍：0.1-10Hz

精度：3%±1個(gè)字實(shí)驗(yàn)設(shè)備：實(shí)驗(yàn)臺(tái)、示波器和數(shù)字式萬(wàn)用表電源：±12V,±5V，共地；鍵盤(pán)和數(shù)碼管顯示：4＊4鍵盤(pán)，8位七段LED數(shù)碼管，可任選顯示器驅(qū)動(dòng)方式和顯示位數(shù)；面包板：用戶(hù)設(shè)計(jì)調(diào)試電路；計(jì)數(shù)器/頻率計(jì)：8位七段LED數(shù)碼管顯示；信號(hào)發(fā)生器：輸出頻率為小于1Hz–300kHz的三角波、方波和正弦波；PWM電路：直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路主電路－功率放大電路。實(shí)驗(yàn)臺(tái)組成鍵盤(pán)和數(shù)碼顯示電機(jī)控制電路面包板鍵盤(pán)電源實(shí)驗(yàn)臺(tái)前面板1、器件管腳的排列：DIP（U型順序排列），其他封裝形式查手冊(cè)，各管腳定義查手冊(cè)或網(wǎng)上查詢(xún)：21。2、測(cè)量?jī)x器：萬(wàn)用表：測(cè)直流電壓、低頻交流電壓，查線(xiàn)，測(cè)三極管、二極管的好壞。示波器，頻率計(jì)：信號(hào)輸入兩根線(xiàn)（地線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)）。信號(hào)發(fā)生器：輸出波形、頻率（輸出不可對(duì)接）。面包板：要求插接線(xiàn)整齊（一便于查線(xiàn)，二電路工作可靠），作為考核的一項(xiàng)。3、注意實(shí)驗(yàn)安全：檢查電源、輸入/出，接線(xiàn)正確方可上電；電源指示燈不正常時(shí)立即斷電！注意事項(xiàng)課程進(jìn)度安排8.29日上午，課程、題目介紹、分組8.29日下午，資料收集、基礎(chǔ)訓(xùn)練8.30日全天，方案設(shè)計(jì)、電路仿真（熟悉軟件：WorkBench

和Multisim），與教師進(jìn)行方案討論。8.31～9.5日，