氣壓傳感器課程設(shè)計論文

傳感器原理與應(yīng)用課程設(shè)計專業(yè)：設(shè)計題目：班級：測控1042學(xué)生姓名：學(xué)號:指導(dǎo)教師：分院院長:教研室主任：電氣工程學(xué)院信息處理技術(shù)取得的進展以及微處理器和計算機的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應(yīng)的進展。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測量領(lǐng)域和控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來越重要了。傳感器已成為自動化系統(tǒng)中的關(guān)鍵作用，作為系統(tǒng)中的一個結(jié)構(gòu)組成，其重要性越來越明顯。傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)成可供測量的信號。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。所以學(xué)習(xí)與掌握各種傳感器的應(yīng)用對于我們這類專業(yè)顯得尤為重要。也是把握科技最新前沿的一條途徑。關(guān)鍵字：傳感器，檢測，自動控制目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章課程設(shè)計內(nèi)容及要求1\o"CurrentDocument"1.1設(shè)計目的1\o"CurrentDocument"1.2設(shè)計內(nèi)容11.3設(shè)計要求11.3.1設(shè)計要求1\o"CurrentDocument"1.3.2系統(tǒng)設(shè)計1\o"CurrentDocument"第二章傳感器選擇及簡介2\o"CurrentDocument"2.1傳感器的選擇2\o"CurrentDocument"2.2傳感器工作原理2\o"CurrentDocument"2.3氣壓傳感器的應(yīng)用22.4US9111-015s簡介3\o"CurrentDocument"第三章硬件電路設(shè)計4\o"CurrentDocument"3.1電源電路模塊4\o"CurrentDocument"3.2氣壓傳感器模塊5\o"CurrentDocument"3.3信號放大模塊5\o"CurrentDocument"3.4整體的電路設(shè)計6圖3-4整體電路圖6\o"CurrentDocument"第四章硬件電路的安裝調(diào)試7\o"CurrentDocument"4.1焊接時注意事項74.2電路的調(diào)試8\o"CurrentDocument"心得體會9參考文獻10附錄11第一章課程設(shè)計內(nèi)容及要求1.1設(shè)計目的1、了解和掌握氣壓傳感器的特點及應(yīng)用。2、掌握和應(yīng)用氣壓傳感器、放大電路在實際電路中的應(yīng)用。3、熟練的掌握焊接技術(shù)。1.2設(shè)計內(nèi)容1、本設(shè)計題目以US9111-015s氣壓傳感器為主要器件進行設(shè)計，并采用分壓電路進行電壓輸入，放大電路進行放大輸出。2、完成電路設(shè)計、器件挑選、電路焊接及系統(tǒng)的整體測試調(diào)試。3、撰寫課程設(shè)計報告。1.3設(shè)計要求1.3.1設(shè)計要求1、通過上網(wǎng)查詢完成US9111-015s傳感器的電路設(shè)計。2、挑選電路所需器件。3、完成電路的焊接工作并調(diào)試電路。1.3.2系統(tǒng)設(shè)計采用電阻分壓和LM358進行電路放大，通過氣壓傳感器us9111-015s將氣壓信號送入后端差分放大電路，之后進行輸出，將輸出信號送示波器進行顯示。如圖1-1所示。圖1-1系統(tǒng)整體方塊圖1第二章傳感器選擇及簡介2.1傳感器的選擇方案一：采用電容式壓力傳感器。電容式傳感器具有靈敏度高、溫度穩(wěn)定性好等優(yōu)點。由于網(wǎng)上購買不到，我們從血壓計成品中拆出一個。但由于沒有相關(guān)數(shù)據(jù)手冊，在網(wǎng)上也找不到關(guān)于此傳感器的任何信息。最終，放棄使用此傳感器。方案二：采用壓力傳感器US9111-015s。它是細(xì)微加工硅材料而成的傳感器，也是六腳雙列直插式封裝的傳感器。它是一種比較理想的元件，不需要補償，而且具有低滯后性、高可靠性和穩(wěn)定性。把感應(yīng)到的壓力信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號，并且是線性對應(yīng)的。我們采用此傳感器。2.2傳感器工作原理一些氣壓傳感器主要的傳感元件是一個對壓強敏感的薄膜，它連接了一個柔性電阻器。當(dāng)被測氣體的壓強降低或升高時，這個薄膜變形，該電阻器的阻值將會改變。電阻器的阻值發(fā)生變化。從傳感元件取得0-5V的信號電壓，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換由數(shù)據(jù)采集器接受，然后數(shù)據(jù)采集器以適當(dāng)?shù)男问桨呀Y(jié)果傳送給計算機。一些氣壓傳感器的主要部件為變?nèi)菔焦枘ず?。?dāng)該變?nèi)莨枘ず型饨绱髿鈮毫Πl(fā)生變化時，單晶硅膜盒隨著發(fā)生彈性變形，從而引起硅膜盒平行板電容器電容量的變化。2.3氣壓傳感器的應(yīng)用對于喜歡登山的人來說，都會非常關(guān)心自己所處的高度。海拔高度的測量方法，一般常用的有2種方式，一是通過GPS全球定位系統(tǒng)，二是通過測出大氣壓，然后根據(jù)氣壓值計算出海拔高度。由于受到技術(shù)和其它方面原因的限制，GPS計算海拔高度一般誤差都會有十米左右，而如果在樹林里或者是在懸崖下面時，有時候甚至接收不到GPS衛(wèi)星信號。而氣壓的方式可選擇的范圍會廣些，而且可以把成本可以控制在比較低的水平。另外像GalaxyNexus等手機的氣壓傳感器還包括溫度傳感器，它可以捕捉到溫度來對結(jié)果進行修正，以增加測量結(jié)果的精度。2.4US9111-015s簡介US9111-015S是氣壓傳感器的一種主要用于醫(yī)療設(shè)備（如血壓計、止血帶等）等，是一種經(jīng)濟實用的傳感器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為惠更斯電橋，利用電橋法來進行試驗，其電壓范圍為3-15V。圖2-1us9111-015s結(jié)構(gòu)圖圖2-2us9111-015s內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能第三章硬件電路設(shè)計在得到課程設(shè)計題目，小組經(jīng)過討論設(shè)計，將整體電路分為幾大版塊分別進行設(shè)計，最后將采集到的大氣壓力通過氣壓傳感器電路經(jīng)放大輸出到示波器顯示。3.1電源電路模塊本次課程設(shè)計所用的us9111-015s氣壓傳感器采用恒壓源供電，由于本傳感器工作電壓在3-15V之間所以采用分壓電路，經(jīng)過R1與R2進行分壓（其中電容器濾波作用）其中點1.2.3出電壓相同：(3-1)圖3-1電路電源模塊根據(jù)上述公式，但如數(shù)據(jù)R1=R2=4.3k,VCC=12V，求得U1=6VO

3.2氣壓傳感器模塊將圖3-2電源模塊部分與傳感器模塊相連，給傳感器供給6V穩(wěn)定的直流電壓，保證傳感器工作。3.3信號放大模塊由于氣壓傳感器輸出的信號十分微弱，因此要進行信號的放大。采用簡單的差分放大電路，電路圖如圖3-3所示：圖3-3差分放大電路雖然此放大電路放大倍數(shù)及效果不如三運放放大電路效果好，但其結(jié)構(gòu)簡單，放大倍數(shù)也不錯，故本組采用此放大電路。3.4整體的電路設(shè)計氣壓傳感器的工作原理，本質(zhì)上是惠斯通電橋，這里采用的是最常見的氣壓傳感器。它得到廣泛應(yīng)用的原因是溫度特性好，減小溫度變化帶來的誤差。氣體的壓力使得電橋不平衡，從而產(chǎn)生一個差動的輸出信號，這種結(jié)構(gòu)的基本特性之一是它的差動輸出電壓u與偏置電壓u成正比關(guān)系，這種關(guān)系隱含壓力測量精度直接決定偏置電源的容限值，當(dāng)四個橋臂電阻達(dá)到相應(yīng)的關(guān)系時，電橋輸出為零。本次課程設(shè)計的整體電路如圖3-4所示，電路的輸出端連接到示波器上，當(dāng)氣壓傳感器接收到密封軟管中的氣壓變化時，示波器上顯示的電壓變化即為本次課程設(shè)計所需要的結(jié)果。圖3-4整體電路圖第四章硬件電路的安裝調(diào)試4.1焊接時注意事項1、呈圓焊接順序元器件裝焊順序依次為：電阻器、電容器、二極管、三極管、集成電路、大功率管，其它元器件為先小后大；2、芯片與底座都是有方向的，焊接時，要嚴(yán)格按照PCB板上的缺口所指的方向，使芯片，底座與PCB三者的缺口都對應(yīng)；3、焊接時，要使焊點周圍都有錫，將其牢牢焊住，防止虛焊；4、在焊接圓形的極性電容器時（一般電容值都是比較大的），其電容器的引腳是分長短的，以長腳對應(yīng)“+”號所在的孔；5、芯片在安裝前最好先兩邊的針腳稍稍彎曲，使其有利于插入底座對應(yīng)的插口中；6、取電阻時，找到所需電阻后，拿剪刀剪下所需數(shù)目電阻，并寫上電阻，以便查找；7、裝完同一種規(guī)格后再裝另一種規(guī)格，盡量使電阻器的高低一致。焊完后將露在印制電路板表面多余引腳齊根剪去；8、焊接集成電路時，先檢查所用型號，引腳位置是否符合要求。焊接時先焊邊沿對腳的二只引腳，以使其定位，然后再從左到右自上而下逐個焊接；9、對引腳過長的電器元件（如電容器，電阻等），焊接完后，要將其剪短；10、當(dāng)有連線接入時，要注意不要使連線深入過長，以至于將其旋在電線的橡膠皮上，出現(xiàn)斷路的情況；11、當(dāng)電路連接完后，最好用清洗劑對電路的表面進行清洗，以防電路板表面附著的鐵屑使電路短路；12、在多臺儀器老化的時候，要注意電線的連接，零線對零線，火線對火線；13、當(dāng)最后組轉(zhuǎn)時，應(yīng)將連線扎起，以防線路混亂交叉；14、要進行老化工藝，可發(fā)現(xiàn)很多問題，連線要接緊，螺絲要旋緊，當(dāng)反復(fù)插拔多次后，要注意連線接頭是否有破損；15、焊接上錫時，錫不宜過多，當(dāng)焊點焊錫錐形時，即為最好。4.2電路的調(diào)試當(dāng)一個電路板焊接都完成后，在檢查該電路板是否可以正常工作時，通常不要直接給電路板供電，而是要按下面的步驟進行檢查，確保每一步都沒有問題后在上電也不遲，以免造成不必要的危險。1、連線是否正確2、電源接口是否有短路現(xiàn)象3、元器件安裝情況心得體會通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了有關(guān)傳感器方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗不足。實踐出真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。過而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。最終的檢測調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學(xué)習(xí)實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠(yuǎn)不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠(yuǎn)不可能得到社會及他人對你的認(rèn)可！課程設(shè)計誠然是一門專業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門辯思課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時，設(shè)計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認(rèn)識。通過這次課程設(shè)計，我掌握了元器件的識別和測試以及如何提高放大電路的性能等，我認(rèn)為在這學(xué)期的課程設(shè)計中，不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，在各種