自動檢測系統(tǒng)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

自動檢測系統(tǒng)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)第一頁，共50頁。學(xué)習(xí)目標

1．掌握自動檢測系統(tǒng)的組成和系統(tǒng)的工作原理。2．了解并掌握系統(tǒng)各部分的作用和工作原理。3．了解干擾的種類和來源。4．了解抗干擾的措施。5．了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念和組成。6．了解無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。第二頁，共50頁。本章任務(wù)任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)

任務(wù)二抗干擾技術(shù)任務(wù)三無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

第三頁，共50頁。任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)自動檢測系統(tǒng)智能儀器：將微處理器、存儲器、接口芯片與傳感器結(jié)合在一起組成的檢測系統(tǒng)。

個人儀器：由個人計算機配以相應(yīng)的硬件電路與傳感器組合而成的檢測系統(tǒng)。自動測試系統(tǒng)：以工控機為核心，以標準接口總線為基礎(chǔ)，以可程控的多臺智能儀器為下位機組合而成的一種檢測系統(tǒng)。第四頁，共50頁。任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)智能儀器框圖第五頁，共50頁。任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)個人儀器框圖第六頁，共50頁。任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)自動測試系統(tǒng)框圖第七頁，共50頁。檢測系統(tǒng)各部分介紹

（一）、多路模擬開關(guān)用來把多個被測點上變送器的輸出量逐個、分時地接入采樣保持電路或模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端，完成從多到一的功能。任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)第八頁，共50頁。多路模擬開關(guān)

1、CD4051：8選1模擬開關(guān)。帶有禁止端(INH)和三位譯碼端(A、B、C)控制的8路模擬開關(guān)電路，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。幅值為4.5～20V的數(shù)字信號可控制峰值至20V的模擬信號。任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)CD40518選1多路模擬開關(guān)第九頁，共50頁。任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)輸入狀態(tài)接通通道INHCBA0000“0”0001“1”0010“2”0011“3”0100“4”0101“5”0110“6”0111“7”1均不接通CD40518選1多路模擬開關(guān)真值表第十頁，共50頁。多路模擬開關(guān)

2、CD4052：差動4通道數(shù)字控制模擬開關(guān)，有A、B兩個二進制控制輸入端和INH禁止輸入端，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。幅值為4.5～20V的數(shù)字信號可控制峰值至20V的模擬信號。任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)CD4052雙4選1多路模擬開關(guān)第十一頁，共50頁。任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)CD4052雙4選1多路模擬開關(guān)真值表輸入狀態(tài)接通通道INHBA000“0”X、“0”Y001“1”X、“1”Y010“2”X、“2”Y011“3”X、“3”Y1均不接通第十二頁，共50頁。檢測系統(tǒng)各部分介紹

（二）、信號的放大采用集成運算放大器。集成運放具有電壓增益高，輸入阻抗大，輸出阻抗小，使用方便，穩(wěn)定可靠等一系列優(yōu)點任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)第十三頁，共50頁。典型的運算放大器應(yīng)用電路

反相放大器任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)第十四頁，共50頁。典型的運算放大器應(yīng)用電路

2、同相放大器任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)第十五頁，共50頁。典型的運算放大器應(yīng)用電路

3、測量放大器任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)第十六頁，共50頁。檢測系統(tǒng)各部分介紹（三）、采樣保持電路：模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）完成一次轉(zhuǎn)換需要一定的時間。當被測量變化很快時，為了使ADC的輸入信號在轉(zhuǎn)換期間保持不變，需要使用采樣保持器。

任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)第十七頁，共50頁。采樣保持器的常用芯片LF398是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種廉價芯片，也是我國使用最多的一種保持器。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)第十八頁，共50頁。檢測系統(tǒng)各部分介紹（四）、A/D轉(zhuǎn)換電路

A/D轉(zhuǎn)換器是指將模擬信號進行量化、編碼，轉(zhuǎn)換為n位二進制數(shù)字量信號的集成電路。

間接A/D轉(zhuǎn)換（間接ADC）

直接A/D轉(zhuǎn)換（直接ADC）任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)第十九頁，共50頁。8位ADC0809/0809與單片機的接口電路任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)第二十頁，共50頁。12位ADC574與單片機的接口電路

任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)第二十一頁，共50頁。雙積分型ADC5G14433與單片機的接口電路任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)第二十二頁，共50頁。檢測系統(tǒng)各部分介紹（五）、D/A轉(zhuǎn)換電路

分為直接D/A轉(zhuǎn)換和間接D/A轉(zhuǎn)換。直接DAC是將數(shù)字代碼直接轉(zhuǎn)換成模擬信號；間接ADC是先將輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成中間變量，再將中間變量轉(zhuǎn)換成模擬量。任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)第二十三頁，共50頁。8位DAC0832與單片機的接口電路任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)第二十四頁，共50頁。12位DAC1208與單片機的接口電路任務(wù)一自動檢測系統(tǒng)第二十五頁，共50頁。噪聲形成干擾噪聲源傳播途徑

接收載體

任務(wù)二抗干擾技術(shù)一、干擾與噪聲第二十六頁，共50頁。電和磁干擾

電和磁干擾

熱干擾任務(wù)二抗干擾技術(shù)二、干擾的分類化學(xué)干擾

濕度干擾

光干擾射線輻射干擾

第二十七頁，共50頁。靜電電容耦合

任務(wù)二抗干擾技術(shù)三、干擾信號的的耦合方式電磁耦合

共阻抗耦合

漏電流耦合

第二十八頁，共50頁。四、兩種測量干擾

根據(jù)干擾進入測量電路的方式不同，可將干擾分為差模干擾和共模干擾兩種。任務(wù)二抗干擾技術(shù)第二十九頁，共50頁。（一）、差模干擾：是使信號接收器的一個輸入端子電位相對另一個輸入端子電位發(fā)生變化，即干擾信號與有用信號疊加在一起。任務(wù)二抗干擾技術(shù)第三十頁，共50頁?？共钅８蓴_的措施有：①合理設(shè)計傳感器結(jié)構(gòu)并采用屏蔽措施，防止外界進入干擾和內(nèi)部寄生耦合干擾。②信號傳輸采取抗干擾措施，針對具體情況可以采用雙絞信號傳輸線、傳感耦合端加濾波器、金屬隔離屏蔽線等措施來消除差模干擾。③采用電流或數(shù)字量進行傳送。任務(wù)二抗干擾技術(shù)第三十一頁，共50頁。（二）、共模干擾：共模干擾是相對于公共的電位基準地(接地點)，在信號接收器的兩個輸入端子上同時出現(xiàn)的干擾。雖然它不直接影響測量結(jié)果，但是當信號接收器的輸入電路參數(shù)不對稱時將會引起測量誤差。任務(wù)二抗干擾技術(shù)第三十二頁，共50頁。抗共模干擾的措施有：①對于由敏感元件組成橋路的傳感器，為了減小供電電源所引起的共模干擾，可采用正負對稱的電源供電，使電橋輸出端形成的共模干擾電壓接近于零。②測量電流采用輸入端對稱電路或用差分放大器來提高抑制共模干擾的能力。③采用合理的接地系統(tǒng)，減小共模干擾形成的干擾電流流入測量電路。任務(wù)二抗干擾技術(shù)第三十三頁，共50頁。五、干擾的抑制方法1、屏蔽2、接地3、懸浮

4、隔離

5、濾波（一）外來干擾的抑制方法任務(wù)二抗干擾技術(shù)第三十四頁，共50頁。屏蔽就是用低電阻材料或磁性材料把元器件、傳輸導(dǎo)線和電路等包圍起來，以隔離內(nèi)、外電磁場的相互干擾屏蔽可分為三種，即電場屏蔽、磁場屏蔽及電磁屏蔽任務(wù)二抗干擾技術(shù)第三十五頁，共50頁。電路或傳感器中的地指的是一個等電位點，它是電路或傳感器的基準電位點，與基準電位點相連接，就是接地。1、強電地線與信號地線分開設(shè)置2、模擬信號地線與數(shù)字信號地線分開設(shè)置

3、低頻電路要一點接地

4、高頻電路要多點接地任務(wù)二抗干擾技術(shù)第三十六頁，共50頁。浮置又稱為浮空、浮接，是測量儀表的輸入信號放大器公共地不接機殼或大地。浮置阻斷了干擾電流的通路，測量系統(tǒng)浮置后，明顯加大了系統(tǒng)信號放大器公共線與大地或外殼間的阻抗，因此浮置能大大減小共模干擾電流，提高共模干擾抑制能力。任務(wù)二抗干擾技術(shù)第三十七頁，共50頁。當電路信號在兩端接地時，容易形成地環(huán)路電流，引起噪聲干擾。一般常采用隔離的方法，把電路的兩端從電路上隔開。隔離的方法主要采用變壓器隔離和光電耦合器隔離。

任務(wù)二抗干擾技術(shù)第三十八頁，共50頁。用電容和電感線圈或電容和電阻組成濾波器接在測量電路輸入端、放大器輸入端或測量橋路與放大器之間，以阻止干擾信號進入放大器，使干擾信號衰減。常用的有RC型、LC型及雙T型等形式的濾波器。

任務(wù)二抗干擾技術(shù)第三十九頁，共50頁。

（二）內(nèi)部干擾的抑制主要來源于自動測試系統(tǒng)中的電源變壓器。

任務(wù)二抗干擾技術(shù)第四十頁，共50頁。方法一、采用隔離措施：

將變壓器一次側(cè)繞組進行屏蔽，并將屏蔽接地，二次側(cè)繞組也應(yīng)同時屏蔽。

任務(wù)二抗干擾技術(shù)第四十一頁，共50頁。方法二、采用隔離變壓器供電：使用隔離變壓器應(yīng)將一次側(cè)，二次側(cè)繞組屏蔽，二次側(cè)繞組屏蔽與中間抽頭相連接，隔離變壓器與線路之間的相互連接線包括屏蔽線(因為這些屏蔽線是處在信號屏蔽的延伸之中)必須完全封閉。

任務(wù)二抗干擾技術(shù)第四十二頁，共50頁。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetworks，WSN）是利用一組集成化的微型傳感器協(xié)作地實時感知、采集和監(jiān)測覆蓋區(qū)域中對象的信息，用自帶的微處理器對信息進行處理，并通過自組織的無線通信網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式傳送，使終端用戶得到需要的信息。任務(wù)三無線傳感器網(wǎng)絡(luò)第四十三頁，共50頁。1．傳感器節(jié)點（sensornode）傳感器節(jié)點由內(nèi)置傳感器、微處理器、無線通信及小型電池等組成。2．自組織網(wǎng)絡(luò)無需依賴任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，節(jié)點通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為。3．動態(tài)拓撲無限傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)隨時發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有動態(tài)拓撲組織功能。任務(wù)三無線傳感器網(wǎng)絡(luò)第四十四頁，共50頁。1、傳感器節(jié)點的低功耗、微型化、高集成度和低價格2、傳感器節(jié)點的密集布設(shè)3、協(xié)作式網(wǎng)絡(luò)

4、自組織網(wǎng)絡(luò)5、無線網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要特征無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要特征任務(wù)三無線傳感器網(wǎng)絡(luò)第四十五頁，共50頁。三、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成（一）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)任務(wù)三無線傳感器網(wǎng)絡(luò)