觸覺傳感器前期材料

-.z序號：常州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計〔論文〕前期材料〔2012屆〕學(xué)生胡鑫學(xué)號08446415學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級電子082題目智能聽覺傳感器的設(shè)計類別畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)論文□校內(nèi)指導(dǎo)教師陸貴榮專業(yè)技術(shù)職務(wù)副教授校外指導(dǎo)教師專業(yè)技術(shù)職務(wù)材料目錄序號名稱數(shù)量備注1畢業(yè)設(shè)計〔論文〕任務(wù)書12文獻綜述〔設(shè)計類〕13外文翻譯〔封面、譯文、原文〕2二○一二年六月**：08446415常州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計〔論文〕文獻綜述〔2012屆〕題目：智能聽覺傳感器的設(shè)計學(xué)生：胡鑫學(xué)院：信息科學(xué)與工程專業(yè)班級：校內(nèi)指導(dǎo)教師：陸貴榮專業(yè)技術(shù)職務(wù)：副教授校外指導(dǎo)教師：專業(yè)技術(shù)職務(wù)：題目：智能聽覺傳感器的設(shè)計一、前言1．課題研究的背景、意義；課題研究現(xiàn)狀和開展趨勢從20世紀(jì)90年代開場，機器人研究開場于其他領(lǐng)域和學(xué)科穿插，特別是與傳感器技術(shù)、控制技術(shù)和計算機技術(shù)的穿插。傳感器技術(shù)的進步，將是機器人智能化的關(guān)鍵和特色，特別是新型傳感器的應(yīng)用等將成為新一代機器人實現(xiàn)更高級智能行為的根底，如佐治亞技術(shù)學(xué)院的一個小組開發(fā)的水下聽覺傳感器，它能準(zhǔn)確地判定聲源的方向，從而改良那些早期的水聽器。該傳感器的靈感來源于魚的內(nèi)耳解剖構(gòu)造，它用絨毛的運動對聲波作出響應(yīng)，因此傳感器采用鉸鏈連接的兩個平板。一個平板固定在*個位置，另一個是采用與水密度相匹配復(fù)合材料制造的可自由運動平板。智能傳感器的概念是上世紀(jì)七十年代由美國宇航局首次提出，是在傳統(tǒng)的傳感器根底上開展起來的。傳統(tǒng)傳感器通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換器件組成，智能傳感器除了具有傳統(tǒng)傳感器的功能外，還是一種帶有微處理器，兼有信息檢測和處理功能的傳感器。作為信息電子化不可或缺的部件之一，傳感器感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用信號，是一項當(dāng)今世界令人矚目的迅猛開展起來的高新技術(shù)之一，當(dāng)通信技術(shù)、集成電路、計算機技術(shù)飛速開展時，人們才逐步認(rèn)識信息攝取裝置——傳感器沒有跟上信息技術(shù)的開展而驚呼“大腦興旺、五官不靈〞。作為電子信息工程專業(yè)的畢業(yè)生，加強智能傳感器的研究是非常重要和必要的。研究過程將會遇到開發(fā)一個傳感系統(tǒng)時信息的獲取、處理、電路設(shè)計及仿真等問題，是非常有實踐意義的。2.課題的研究目標(biāo)；課題欲解決哪一方面的問題觸覺的主要任務(wù)是為獲取對象與環(huán)境信息和為完成*種作業(yè)任務(wù)而對機器人與對象、環(huán)境相互作用時的一系列物理特征量進展檢測或感知。接觸覺傳感器不僅可以判斷是否接觸物體，而且還可以大致判斷物體的形狀。一般傳感器裝于機器人末端執(zhí)行器上。除微動開關(guān)外，接觸覺傳感器還采用碳素纖維及聚氨基甲酸酯為根本材料構(gòu)成觸覺傳感器。機器人與物體接觸，通過碳素纖維與金屬針之間建立導(dǎo)通電路，與微動開關(guān)相比，碳素纖維具有更高的觸電安裝密度、更好的柔性、可以安裝于機械手的曲面手掌上。接觸覺是通過與對象物體彼此接觸而產(chǎn)生的，所以最好使用手指外表高密度分布觸覺傳感器陣列，它柔軟易于變形，可增大接觸面積，并且有一定的強度，便于抓握。接觸覺傳感器可檢測機器人是否接觸目標(biāo)或環(huán)境，用于尋找物體或感知碰撞。觸覺是機器人獲取環(huán)境信息的一種僅次于視覺的重要知覺形式，是機器人實現(xiàn)與環(huán)境直接作用的必需媒介。與視覺不同，觸覺本身有很強的敏感能力，可直接測量對象和環(huán)境的多種性質(zhì)特征，因此觸覺不僅僅只是視覺的一種補充。機器人觸覺傳感器主要有檢測和識別功能。檢測功能包括對操作對象的狀態(tài)、機械手與操作對象的接觸狀態(tài)、操作對象的物理性質(zhì)進展檢測。識別功能是在檢測的根底上提取操作對象的形狀、大小、剛度等特征以進展分類和目標(biāo)識別。機器人觸覺能到達(dá)的*些功能，雖然其它感覺如視覺也能完成，但具有其它感覺難以替代的特點。與機器人視覺相比，許多功能為觸覺獨有。國內(nèi)外許多技術(shù)人員致力于觸覺傳感器的研究，現(xiàn)在已經(jīng)研制出了許多觸覺傳感器的樣機，并有一些觸覺傳感器進入商品化階段。隨著機器人技術(shù)的開展，開發(fā)和研制實用的觸覺傳感器，以提高人與外部世界相互協(xié)調(diào)工作的能力，仍是當(dāng)前急待解決的問題。二、設(shè)計方案確實定1.1系統(tǒng)框圖本設(shè)計主要由傳感器，信號調(diào)理電路，A/D轉(zhuǎn)換，單片機，顯示器這幾個局部組成。當(dāng)傳感器受到作用后產(chǎn)生一個電信號，將該電信號經(jīng)過調(diào)理電路進展調(diào)理，再對調(diào)理后的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并發(fā)送到單片機進展處理顯示。具體系統(tǒng)框圖如圖1所示：圖1系統(tǒng)硬件框圖1.2硬件設(shè)計1.2.1聽覺傳感器確實定觸覺傳感器是一種測量自身敏感面與外界物體相互作用參數(shù)(觸覺、壓覺、力覺、滑覺、熱覺等)的裝置，敏感面包含很多觸覺敏感元(觸元)，并以陣列的形式排列，即觸覺傳感器陣列。機器人觸覺常用的觸覺傳感器主要有七類。一.壓阻傳感器，這種傳感器的優(yōu)點是動態(tài)*圍寬，有良好的負(fù)載能力，與集成電路相容；缺點是空間分布率有限，需要大量布線，單調(diào)響應(yīng)非線性。二.壓電和熱電效應(yīng)類傳感器，這種傳感器的優(yōu)點是動態(tài)*圍寬，經(jīng)久耐用，能同時感受力的作用和溫度的變化；缺點是陣列掃描困難，良好設(shè)計構(gòu)造復(fù)雜。三.電容式傳感器，此傳感器的優(yōu)點是鞏固耐用，線性響應(yīng)，動態(tài)*圍快；缺點是易受噪音干擾，介電性易受溫度影響。四.磁傳感器，這種傳感器的優(yōu)點是低滯后，線性響應(yīng)；缺點是空間分辨率差，易受噪音影響。五.光傳感器，這種傳感器的優(yōu)點是分辨率高，與視覺技術(shù)相容性好，低布線要求；缺點是存在滯后，性能對彈性體的依賴較強。六.機械傳感器，此傳感器的優(yōu)點是采用簡單而成熟的技術(shù)，適宜于探針、側(cè)頭類的應(yīng)用；缺點是陣列構(gòu)造復(fù)雜，空間分辨率受限制。七.超聲傳感器，這種傳感器的優(yōu)點是空間分辨率高，不受電磁干擾；缺點是布線困難，有時存在滯后和非線性。本設(shè)計主要采用熱電效應(yīng)類傳感器，此傳感器經(jīng)久耐用，能靈敏的反響溫度變化。當(dāng)敏感元件的外外表溫度發(fā)生變化時，兩端會產(chǎn)生一個電壓。1.2.2信號調(diào)理電路的設(shè)計在一般的測量系統(tǒng)**號調(diào)理的任務(wù)較復(fù)雜，除了小信號放大、濾波外，還有諸如零點校正、線性化處理、溫度補償、誤差修正和量程切換等，這些操作統(tǒng)稱為信號調(diào)理。相應(yīng)的執(zhí)行電路稱為信號調(diào)理電路。在微機化測試系統(tǒng)中，許多原來依靠硬件實現(xiàn)的信號調(diào)理任務(wù)都可以通過軟件來實現(xiàn)，這樣就大大簡化了微機化測試系統(tǒng)**號輸入通道的構(gòu)造。信號輸入通道中的信號調(diào)理重點為小信號放大、信號濾波以及對頻率信號的放大整形等。傳感器輸出一個模擬電量后，這些模擬電量通常不宜直接用數(shù)據(jù)采集電路進展數(shù)字轉(zhuǎn)換，還需進展適當(dāng)?shù)男盘栒{(diào)理后才能進展相應(yīng)的數(shù)字轉(zhuǎn)換并為微機所接收。本設(shè)計的信號調(diào)理電路主要用于實現(xiàn)信號放大和數(shù)據(jù)的線性化，還可將設(shè)計出的信號調(diào)理電路進展仿真測試。1.2.3單片機及顯示模塊設(shè)計單片機有多種類型，每種類型都有其相應(yīng)的特點。Motorola單片機，它的特點之一是在同樣的速度下所用的時鐘頻率較Intel類單片機低得多，因而使得高頻噪聲低，抗干擾能力強，更適合于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境。MicroChip單片機的特點是采用Harvard雙總線構(gòu)造，運行速度快，低工作電壓，低功耗，有較大的輸入輸出直接驅(qū)動能力，價格低，一次性編程，小體積。適用于用量大，檔次低，價格敏感的產(chǎn)品。Zilog單片機，Z8單片機是Zilog公司的產(chǎn)品，采用多累加器構(gòu)造，有較強的中斷處理能力，開發(fā)工具價廉物美，Z8單片機以低價位面向低端應(yīng)用。MCS-51系列單片機，它是一塊集成了CPU、RAM、ROM、定時器/計數(shù)器和多功能I/O等功能的部件芯片，它擁有基于復(fù)雜指令集〔CISC〕的單片機內(nèi)核，其端口構(gòu)造為準(zhǔn)雙向并行口，可兼有外部并行總線，故使其擴展性能非常強大。本設(shè)計使用51系列的單片機可實現(xiàn)相應(yīng)的功能要求。單片機處理后的數(shù)據(jù)要在顯示器上顯示，可由單片機驅(qū)動的顯示器可以是LED，LCD。LED顯示器是由發(fā)光二極管構(gòu)成的字段組成的顯示器，有8段和16段管兩大類，這種顯示器又有共陽極和共陰極之分。LCD本身不發(fā)光，它靠調(diào)制外界光到達(dá)顯示目的。它是單純依靠對外界光的不同反射形成的不同比照度來到達(dá)顯示的目的，所以也稱為被動型顯示。液晶可制成分段式和點陣式數(shù)碼顯示器。本設(shè)計使用點陣式LED，單片機的輸出數(shù)據(jù)可在LED上顯示。1.3軟件設(shè)計軟件設(shè)計是該系統(tǒng)設(shè)計的另外一個很重要的局部。本系統(tǒng)采用的單片機是40引腳的AT89C8051芯片，它是整個硬件電路的核心，嵌入其中的軟件局部支配著整個系統(tǒng)的運作，但是軟件的設(shè)計依賴硬件，且效勞于系統(tǒng)的需要。系統(tǒng)軟件局部主要包括數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)顯示模塊。單片機處理的是數(shù)字信號，可對承受到的數(shù)據(jù)進展采集得到數(shù)字信號。數(shù)據(jù)處理模塊由單片機實現(xiàn)，它對承受到的采樣信號進展相應(yīng)的處理，如實時控制、數(shù)據(jù)通信、驅(qū)動顯示等。顯示模塊主要完成電信號的LCD顯示。LCD由單片機驅(qū)動，對單片機進展編程處理可實現(xiàn)將電信號在LCD上顯示。軟件系統(tǒng)框圖如圖2所示：圖2軟件流程圖2．設(shè)計步驟(1)確定設(shè)計方向和目標(biāo)(2)根據(jù)設(shè)計原理提出方案(3)設(shè)計系統(tǒng)電路圖，確定元器件參數(shù)(4)對信號調(diào)理電路進展系統(tǒng)仿真(5)記錄數(shù)據(jù)、分析結(jié)果(7)撰寫畢業(yè)設(shè)計論文三、階段性設(shè)計方案、設(shè)計目標(biāo)與應(yīng)用價值周次工作內(nèi)容預(yù)定目標(biāo)1分析課題，查閱文獻收集資料，英文翻譯完成相關(guān)資料收集及外文翻譯2深化理解課題任務(wù)，寫文獻綜述，初步確定設(shè)計方案完成文獻綜述3設(shè)計方案的完善，進入設(shè)計程序確定最終設(shè)計方案4-7傳感器及其信號調(diào)理電路設(shè)計完成全部硬件電路設(shè)計8-12信號調(diào)理電路仿真測試完成全部硬件電路仿真13-16撰寫畢業(yè)論文論文構(gòu)造嚴(yán)謹(jǐn)、層次清晰、文字流暢、符合規(guī)*17畢業(yè)辯論陳述思路清晰，對辯論教師提出的問題對答如流四、參考文獻[1]童詩白.模擬電子技術(shù)根底[M].:高等教育,2001[2]閻石.數(shù)字電子技術(shù)根底[M].:高等教育,1998[3]何道清.傳感器與傳感器技術(shù)[M].:科學(xué),2004[4]*福學(xué).傳感器應(yīng)用及其電路精選[M].:電子工業(yè),2003[5]曲波.工業(yè)常用傳感器選型指南[M].:清華大學(xué),2002[6]*俊哲.無損檢測技術(shù)及其應(yīng)用[M]:科學(xué),1993[7]WilsonJS.SensorTechnologyHandbook[M].Oxford:ElsevierInc,2005[8]余瑞芬.傳感器原理[M].:航空工業(yè),1995[9]袁希光.傳感器技術(shù)手冊[M].:國防工業(yè),1986[10]WernerRickenWolf-Jurgen．BeckerWolf-Jurgen．BeckerSequoia．SensorsandActuators[J].A，Physical，2001[11]C51pilerUser′sGuide.KeilElektronikGmbH.andKeilSoftware,Inc.2000五、指導(dǎo)教師審閱意見簽名年月日**：常州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計〔論文〕外文翻譯〔2012屆〕外文題目Aproposalofnewcontactlesslayeredsensorformaterialidentification譯文題目一項用于材料識別的新非接觸層式傳感器方案外文出處SensorsandActuatorsA155(2009)33–38學(xué)生學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級校內(nèi)指導(dǎo)教師陸貴榮專業(yè)技術(shù)職務(wù)副教授校外指導(dǎo)教師專業(yè)技術(shù)職務(wù)一項用于材料識別的新非接觸層式傳感器方案摘要這篇論文旨在將光電層傳感器作為一種新的非接觸型傳感器用于材料識別。在這種光電傳感器中，材料的光能是由LED和光電晶體管測量的，。。。。。。。。。。。。。。1.引言在工業(yè)中，幾種遙控傳感器如包含計算機視覺的光傳感器，超聲波傳感器，。。。。。。。。2.方法在這種光電傳感器中，物體的光能和電能能作為非接觸式單個傳感器被同時測量。。。。。。。。。3.實驗圖2顯示了用于該實驗的光電傳感器的一個簡單的縮略圖。聚丙烯酸酯膠片上安裝了局部直徑25厘米長度25厘米的不銹鋼管。。。。。。。。。。。。圖3測量系統(tǒng)的原理圖4.結(jié)果圖4顯示了電容值的測量結(jié)果。Cab與Cac分別為電極A與B之間以及電極A與C之間的電容值。每個測量值是由15個測量值的平均值得到，這些數(shù)據(jù)是在每個設(shè)置的五次測量后獲得的。5.討論材料識別和距離探測可由基于Cab和Cac的電容值以及基于Vab和Vac的探測電壓值的近似方程解釋。在圖6中，。。。。。。**：常州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計〔論文〕外文翻譯〔2012屆〕外文題目AGPS-enabledwirelesssensornetworkformonitoringradioactivematerials譯文題目用于檢測放射性材料的GPS無線傳感器網(wǎng)絡(luò)外文出處SensorsandActuatorsA155(2009)210–215學(xué)生學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級校內(nèi)指導(dǎo)教師陸貴榮專業(yè)技術(shù)職務(wù)副教授