中国民航大学航空自动化学院叶琳传感器课程设计
传感器课程设计学生姓名： 叶琳专 业： 自动化学 号： 121141135所属学院: 航空自动化学院 二一四年十二月目录：一绪论2二、设计任务及主要技术要求31.1设计任务31.2基本要求3三、电路原理分析33.1 电路部分：33.2 电源部分：33.3 布线：4四设计传感器电路效果检测点44.1灵敏度44.2反馈44.3动态范围54.4屏蔽5五安装与调试55.1安装55.2调试5六单片机程序设计思路66.1超声波模块的原理66.2单片机程序思路6七问题分析及实验内容与结果67.1问题详述67.2问题分析及解决方法及结果67.3实验内容及及结果：6八实验小结7九、附录7一绪论随着传感器和单片机控制技术的不断发展，非接触式检测技术已被广泛应用于多个领域。目前，典型的非接触式测距方法有超声波测距、CCD 探测、雷达测距、激光测距等。其中，CCD 探测具有使用方便、无需信号发射源、同时获得大量的场景信息等特点，但视觉测距需要额外的计算开销。雷达测距具有全天候工作，适合于恶劣的环境中进行短距离、高精度测距的优点，但容易受电磁波干扰。激光测距具有高方向性、高单色性、高亮度、测量速度快等优势，尤其是对雨雾有一定的穿透能力，抗干扰能力强，但其成本高、数据处理复杂。与前几种测距方式相比，超声波测距可以直接测量近距离目标，纵向分辨率高，适用范围广，方向性强，并具备不受光线、烟雾、电磁干扰等因素影响，且覆盖面较大等优点。目前，超声波测距已普遍应用在液位测量、移动机器人定位和避障等领域，应用前景广阔。本文将对超声波测距的原理及国内研究、应用现状进行综述，并对其发展趋势进行展望。二、设计任务及主要技术要求 1.1设计任务 1）.完成电路图的选择、安装和调试 2）.完成原理图的分析 3）.进行单片机程序的设计4）.得出实验结果并对主要问题进行解决 1.2基本要求 1）.掌握焊接调试的一般方法 2）.尽可能的提高精度和灵敏度 3）.尽可能的减小误差三、电路原理分析3.1 电路部分：附录一：3.2 电源部分：首先我们通过7805稳压芯片把7.4V交流电转变成5v的直流电，再用滤波电容尽可能的去除脉动电压的纹波成分。为防止大容量滤波电容存有一定感抗而妨碍某些高频成分的滤波，可在滤波电容旁边并联一些容量递减的电解电容，并在最后并联一个高频小电容，进一步改善滤波的效果。3.3 布线：在布线时，如果布线设计不合理或组合安装不当，即使采用了优质的元器件，同样会产生严重的导线电容，使测量电路产生误差。在布线时，以下几点原则可供参考：布线时，输入端与输出端的元器件应该尽量远离。输入端与输出端的信号线不能靠近，更不可平行，否则可能会引起电路工作不稳定甚至自激。多级电路应该按信号流程逐级排列，不能相互交叉，以免引起有害耦合和相互干扰。电感元件注意它们之间的互感作用。地线不能形成闭合回路，以免因地线环流产生噪声干扰。在布线时线宽度和线间距应该尽量大些，以保证电气要求和足够的机械强度。一般的电子制作里，可使线宽和线间距分别大于1mm。外壳不绝缘的元件之间应该有适当的距离，不可靠的太近，以免相碰造成短路。开关、电位器、可变电容和插座等器件应当放在外围，以方便调节。在布线时，可以说接地方式的正确与否对噪声的影响最大。与电力供应系统不同，这里的接地并非指安全接地，这里的“地”也非真正意义上的地，而是音响电路中的公共零电势参考点。这里的接地即是将与公共参考点等电位的点或面用导线连接起来，这称作工作接地。接地是抑制噪声和干扰的重要手段，不合理的接地会引起严重的交流噪声或使放大器出现自激震荡。四设计传感器电路效果检测点超声波测距传感器的主要作用是测量传感器与受测量面的举例，要求效率尽可能高。非线性失真尽可能小。4.1灵敏度对测距传感器来说，灵敏度一般指输出信号的对于测量距离的比值，因此也称为传感器灵敏度。4.2反馈也称为回授，一种将输出信号的一部分或全部回送到放大器的输入端以改变电路放大倍数的技术。负反馈导致放大倍数减小的反馈称为负反馈。负反馈虽然使放大倍数蒙受损失，但能够有效地拓宽频响，减小失真，因此应用极为广泛。正反馈使放大倍数增大的反馈称为正反馈。正反馈的作用与负反馈刚好相反，因此使用时应当小心谨慎。4.3动态范围测量输出与测量距离保持线性关系的阈值。 4.4屏蔽在电子装置或导线的外面覆盖易于传导电磁波的材料，以防止外来电磁杂波对有用信号产生干扰的技术。五安装与调试 5.1安装超声波测距传感器是一个小型电路系统，安装前要对整机线路进行合理布局，一般按照电路的顺序一级一级的布线，否则很容易产生自激。 1).准备好元器件 2).安装时尽量把各个部分的元器件，插在同一区域。 3).把原件插上去（按由低到高的顺序，一般先焊接电阻，因为电阻是较低的元件，然后在焊接其它比电阻高一点的元件，以此类推。） 4).焊接时动作干净利索，以免烧毁元件。 5.2调试 1).检查电路是否焊接正确。 2).确认电路正确后，先接上电源。 3).通过示波器观察电路的输出波形，六单片机程序设计思路6.1超声波模块的原理6.2单片机程序思路 使用P10口输出15us的高电平后反转，等待超声波模块返回信号。用外部中断0检测超声波返回信号的时间，当检测到返回高电平时进入中断，打开定时器进行定时直至高电平结束。读取定时器计时时间即为超声波传输时间。超声波速度为340m/s，通过数学计算后得出结果，并通过小灯显示。七问题分析及实验内容与结果7.1问题详述 1、超声波模块易损坏； 2、电路中的小灯保护；7.2问题分析及解决方法及结果 1、超声波模块的工作电压为4.55.5V，应使用相应的稳压电路，保证供电稳定并有足够大的电流；2、因为小灯的额定电压一般为3.7V左右，所以使用时应串联10k欧姆的电阻或换用高额定电压值的小灯。7.3实验内容及及结果：1.超声波传感器的工作过程经示波器显示得：附录二：2.设计程序见附录三；八实验小结通过这次制作与调试，我对以前所学的传感器知识有了更深层次的理解与巩固。设计一个很完整的电路，需要不断的尝试摸索，这在很大程度上提高了我考虑问题的全面性。设计完整的电路，还要考虑到它什么功能需要什么电路来实现。另外，还要考虑它的可行性，实用性等等。这样，也提高了我分析问题的能力。通过这次设计，我的理论知识上升到了一个实践的过程，我们需要多训练实际动手操作，增强我们的动手能力。我也深刻体会到了自己知识的匮乏。意识到自己所学的知识的肤浅，只是一个表面性的，理论性的，根本不能够解决在现实中还存在的很多问题。因此，学习中应多与实际应用相联系。总之，通过这次设计，不仅使我对所学过的知识有了一个新的认识。而且提高了我分析问题及动手操作的能力。使我的综合能力有了一个很大的提高。九、附录附录1 电路仿真原理图 附录2 超声波传感器时序图附录3 51单片机程序附录3:51单片机程序#include<reg52.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned intchar LOW,HIGH;sbit P1_0=P10;sbit P3_2=P32;void delay10us() /延时程序int t=50;while(t-);void int_0() interrupt 0 /外部中断0TL0=0;TH0=0;TR0=1;while(P32=1);TR0=0;LOW=TL0;HIGH=TH0;void main() /主函数uint a;TMOD=0X01; TR0=1;TH0=0;TL0=0;EA=1;IE=1;EX0=1;P1=0X01;HIGH=0;LOW=0;while(1)P1_0=1;delay10us();P1_0=0;while(P32=0);a=HIGH; /测量结果的高8位 a<<=8; /放入16位的高8位a=a|LOW; a*=340; a=a/2;if(a<1000000) /小灯输出P2=0x00;if(a>=1000000)&&(a<2000000)P2=0x01;if(a>=2000000)&&(a<3000000)P2=0x02;if(a>=3000000)&&(a<4000000)P2=0x04;if(a>=4000000)&&(a<5000000)P2=0x08;if(a=5000000)P2=0x10;delay10us(); 9
