電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)第2章常用傳感器及其在電子系統(tǒng)中的應(yīng)用（講稿）ppt課件

1、壓力傳感器,壓阻式壓力傳感器,利用壓阻效應(yīng)將壓力信號(hào)變換為電阻變化信號(hào)的傳感器。 利用檢測(cè)電路把壓阻式壓力傳感器的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?，即可被電子系統(tǒng)處理。 檢測(cè)電路通常是采用惠斯通電橋構(gòu)成的,壓力傳感器,惠斯通電橋構(gòu)成的恒壓源電阻測(cè)量電路,結(jié)論：恒壓源測(cè)量電路輸出電壓與溫度相關(guān)，必須進(jìn)行補(bǔ)償，而恒流源測(cè)量電路無(wú)需溫度補(bǔ)償，因此采用恒流源激勵(lì)是不錯(cuò)的選擇,可以用恒流源供電,幾種恒流源參考電路,類型1： 特征：使用運(yùn)放，高精度 輸出電流：Iout=Vref/Rs,類型2： 特征：使用并聯(lián)穩(wěn)壓器， 簡(jiǎn)單且高精度 輸出電流：Iout=Vref/Rs 檢測(cè)電壓：根據(jù)Vref不同 （1.25V或2.5

2、V,幾種恒流源參考電路,類型3： 特征：使用晶體管，簡(jiǎn)單，低精度 輸出電流：Iout=Vbe/Rs 檢測(cè)電壓：約0.6V,類型4： 特征：減少類型3的Vbe的溫度變化，低、中等精度，低電壓檢測(cè) 輸出電流：Iout=Vref/Rs 檢測(cè)電壓：0.1V0.6V,幾種恒流源參考電路,類型5： 特征：使用JEFT，超低噪聲 輸出電流：由JFET決定 檢測(cè)電壓：與JFET有關(guān),類型6： 特征：消除類型1基極電流誤差 輸出電流：Is=Iout-Ig,壓力傳感器在低成本電子秤中的應(yīng)用,電子秤基本結(jié)構(gòu),電子秤樣機(jī)電路,A：電阻應(yīng)變式稱重傳感器 B：RC濾波網(wǎng)絡(luò) 輸入模擬信號(hào)范圍為（-AVDD/2，AVDD/2

3、） SDI提供SPI（串行外設(shè)接口）與MCU通信,電子秤精度計(jì)算及分析,設(shè)傳感器輸出規(guī)格為1.6mV/V（即傳感器滿量程時(shí)，電源單位電壓對(duì)應(yīng)的輸出電壓大?。?5V電源對(duì)應(yīng)的滿量程差分輸出信號(hào)為：8mV。由FS1（電子秤滿量程）= 0.8 * FS0（傳感器的滿量程范圍），得傳感器的最大可提供信號(hào)為：6.4mV。設(shè)定SDI0818內(nèi)部PGA為：128，故SDI0818的最大可用信號(hào)為：6.4mV * 128 = 819.2mV。 假設(shè)電子秤內(nèi)部精度要做到10000點(diǎn)分度（d），則每個(gè)分度大小為：82uV，也就是SDI0818必需能分辨出82uV的信號(hào)。 SDI0818參考電壓AVDD為5V，則如

4、果每分度按照82uV來(lái)計(jì)算的話，則共有約60975個(gè)分度值（ 216），也就是說(shuō)SDI0816的不動(dòng)碼要達(dá)到16位以上才能實(shí)現(xiàn)。 SDI0816在PGA = 128的情況下，有效位為16位，不動(dòng)碼也是16位，能實(shí)現(xiàn)10000點(diǎn)左右的電子秤,霍爾傳感器,根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器。 霍爾效應(yīng)：如果把通有電流的導(dǎo)體放在垂直于它的磁場(chǎng)中，則在導(dǎo)體的兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生一電勢(shì)差，它與電流及磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，與導(dǎo)體厚度成反比,霍爾傳感器的基本應(yīng)用電路,控制電流（激勵(lì)電流）由電源E 供給，其大小可由調(diào)節(jié)電阻RP來(lái) 實(shí)現(xiàn)，霍爾片輸出端接負(fù)載Rj， Rj可以是一般電阻，也可以是 放大器的輸入電阻或指示器的 內(nèi)阻。

5、在磁場(chǎng)和控制電流的作 用下，負(fù)載上就有輸出電壓。 在實(shí)際使用中，輸入信號(hào)可為電 流I或磁感應(yīng)強(qiáng)度B，或者兩者同 時(shí)作為輸入，則輸出信號(hào)可正比 于I或B，或兩者之積,霍爾傳感器的典型應(yīng)用測(cè)量轉(zhuǎn)速,在非磁材料的圓盤邊緣上粘貼一塊磁鋼，將圓盤固定在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上，開關(guān)型霍爾傳感器固定在圓盤外緣附近，圓盤每旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器便輸出一個(gè)脈沖，用頻率計(jì)測(cè)量這些脈沖，便可知道轉(zhuǎn)速。 設(shè)頻率計(jì)的頻率為f，粘貼的磁鋼數(shù)為Z，則轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速為 n=60f/Z（r/min），若Z=60，則n=f，即轉(zhuǎn)速為頻率計(jì)的示值。 若粘貼6塊磁鋼，則轉(zhuǎn)速為 n=10f，這樣讀數(shù)與計(jì)算都比較方便,1）轉(zhuǎn)速測(cè)量原理,霍爾傳感器的典型應(yīng)用

6、測(cè)量轉(zhuǎn)速,2）測(cè)量轉(zhuǎn)速電路,測(cè)量轉(zhuǎn)速的裝置,UGN3040是集電極開路元件，外接上拉電阻。當(dāng)磁性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，霍 爾IC的輸出也隨之變化，B點(diǎn)是經(jīng)過(guò)三極管反相后的輸出。后續(xù)電路 可用計(jì)數(shù)器記錄轉(zhuǎn)速,光電傳感器,將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的傳感器。 按光電元件輸出量性質(zhì)可分為模擬式光電傳感器和脈沖（開關(guān)）式光電傳感器兩類,光電傳感器,常用光敏器件光敏電阻器,一結(jié)構(gòu)與原理 光敏電阻利用光電導(dǎo)效應(yīng)制成。當(dāng)入射光子使電子由價(jià)帶躍升到導(dǎo)帶時(shí)，導(dǎo)帶中的電阻和價(jià)帶中的空穴二者均參與導(dǎo)電，因此電阻顯著減小，稱為光敏電阻。 二光敏電阻有以下優(yōu)點(diǎn) 1.光譜響應(yīng)相當(dāng)寬

7、。 2.所測(cè)的光強(qiáng)范圍寬，即可對(duì)強(qiáng)光響應(yīng)，也可對(duì)弱光響應(yīng)。 3.無(wú)極性之分，使用方便，成本低，壽命長(zhǎng)。 4.靈敏度高，工作電流大，可達(dá)數(shù)毫安,光敏電阻的符號(hào)和連接電路,此電路在實(shí)際應(yīng)用中還需改進(jìn)，如樓道照明增加聲控開關(guān)、路燈控制增加抗干擾附加電路,光敏電阻的應(yīng)用電路照明燈自動(dòng)控制電路,光敏二極管又稱光電二極管，其原理是利用PN結(jié)施加反向電壓時(shí)，在光線照射下反向電阻由大變小進(jìn)行工作的。 光敏二極管使用時(shí)要反向接入電路中，即正極接電源負(fù)極，負(fù)極接電源正極,常用光敏器件光敏二極管,運(yùn)放A1構(gòu)成光電流/電壓變換器，A2構(gòu)成電壓/電流變換器；該電路可構(gòu)成光控裝置,光敏二極管的應(yīng)用電路照度計(jì),白天，亮度大

8、于一定程度時(shí)，光敏二極管D呈現(xiàn)低阻狀態(tài)1K，使三極管V截止，其發(fā)射極無(wú)電流輸出，單向可控硅VS因無(wú)觸發(fā)電流而阻斷。此時(shí)流過(guò)燈泡H的電流2.2mA,燈泡H不能發(fā)光。電阻R1和穩(wěn)壓二極管DW使三極管V偏壓不超過(guò)6.8V，對(duì)三極管起保護(hù)作用。夜晚，亮度小于一定程度時(shí)，光敏二極管D呈現(xiàn)高阻狀態(tài) 100K，使三極管V正向?qū)?，發(fā)射極約有0.8V的電壓，使可控硅VS觸發(fā)導(dǎo)通，燈泡H發(fā)光。RP是清晨或傍晚實(shí)現(xiàn)開關(guān)轉(zhuǎn)換的亮度選擇元件,光敏二極管的應(yīng)用電路光控電子開關(guān),此處光敏二級(jí)管的連接還待斟酌,常用光敏器件光敏三極管,光敏三極管受光面通過(guò)電流，使T飽和，74HC4093輸出高電平，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)輸出脈沖序列，測(cè)得

9、脈沖個(gè)數(shù)和圓盤每周孔數(shù)，即可算出旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)角,光敏三極管的應(yīng)用電路光電測(cè)速裝置,光電傳感器,常用光敏器件光電耦合器,在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換,功能： 隔離、控制作用 接口電路 構(gòu)成邏輯電路,光耦器件應(yīng)用電路舉例,1）機(jī)械有觸點(diǎn)開關(guān)量輸入接口電路,光耦器件應(yīng)用電路舉例,2）電子無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)量輸入接口電路,光耦器件應(yīng)用電路舉例,3）直流繼電器接口電路,光耦器件應(yīng)用電路舉例,4）交流接觸器接口電路,光耦器件應(yīng)用電路舉例,5）固態(tài)繼電器接口電路,光耦器件應(yīng)用電路舉例,6）交流電源過(guò)零檢測(cè)器,光電傳感器,補(bǔ)充：熱釋電人體紅外傳感器,基