传感器设计论文精选(九篇)

第1篇：传感器设计论文范文

近几年来，国内的高速电梯控制手段及群控管理方法、速度有着极大的革新。其控制技术可以归整为八个发展阶段，司机控制、按钮控制、微驱动平层控制、集选控制、交流双速控制、直流变压调速控制、交流调速控制、PC－PLC控制;群控管理方法为两类方式，区段分配方式及呼叫分配方式，这些技术使得电梯的群控体系控制特性有了极大改善;各国电梯厂商对于电梯速度也有着很大的竞争，现如今世界上电梯最高速可达到17．4m/s。

2光电开关与斯密特触发器

2．1光电开关

大多传感器电路所选择的都是槽型光电开关，其一般会利用最标准的U型结构，发射器及接收器在U型槽的两边，呈现出一个光轴，在对应检测物通过该槽并隔断光轴时，这时的光电开关就出现了开关量号。以槽式光电开关来讲，其最适宜检测运行速度较高的物体，其可以很好的分辨出透明及半透明的物体，应用安全性较高。因为光电开关输出及输入回路之间是利用电缘绝来实现的，因此其能够应用于众多的场合中。利用集成电路相关技术以及表面安装工艺制作的新型光电开关元件，其具有较好的延时性、拓展性、外同步、抗干扰、可靠性、运行区域稳定、自行诊断等诸多智能化功能。该光电开关属于脉冲调制主动式的光电探测体系类电子开关，其主要应用的冷光源为红外光、红、绿、蓝色光，可以不接触、无损害、快速将各类固体、液体、透明体、黑体、柔软体等物质控制其对应状态及动作。

2．2斯密特触发器

该传感器电路运用斯密特触发器对相关电平进行转换，便于很好地满足于传感器体系测量的精确度，斯密特触发器自身有着巧妙的滞后特性数字化传送门。其电路阀值电压为两个，正向阀值及负向阀值电压;双稳态触发器及单稳态触发器不相同，斯密特触发器整体上是电平触发型的电路，并不会依靠周边较为陡峭脉冲。其属于阀值开关电路的一类，输入级输出特性容易突变的门电路。该电路设计为阻隔相关输入电压所存在的微笑变化而导致的输出电压变化。斯密特触发器对应输出情况转换是由其相关输入信号变化而决定的，输入信号在最低电平提高时，电路状况变化中输入的电平及其相关输入信号是与高电平处降低中的输入变化电平不相同的，其对应阀值电压被称之为正向阀值及负向阀值电压。并且，因为斯密特触发器之内会有相关正反应，因此其输出电压所对应的波形通常较为陡峭。使用斯密特触发器不止是可以把周边转化减缓信号所呈现的波形进行一定整形，最终形成边沿陡峭型矩形波，并且能够把其互相叠加于矩形波的脉冲高与低处电平噪音合理清除。

3电路模块设计及实现

总体传感器电路模块呈现为:电梯脱离信号光电开关触发信号触发器终端处理元件。在相关电梯并未脱离缓冲器时，对应传感器有一个小挡板位于槽型光电开关之间，合理得隔档LED对三极管的触发。在电梯脱离了相关缓冲器时，经由安装于传感器间的对应弹簧将挡板有效的弹开，这时LED就能够轻易的触发光敏三极管。

4结语

第2篇：传感器设计论文范文

关键词：高职 传感器应用技术 教学改革

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2014）01（a）-0201-01

21世纪以来，随着科技的进步，特别是智慧城市、物联网以及机器人技术等的发展，传感器作为一种能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置[1]，在各个领域得到了广泛的应用。“传感器应用技术”也因此成为了一门实用性较强的课程。作为电子信息类专业的专业基础课，也是学生在今后的工作中经常应用到的一门技术，“传感器应用技术”已在各大高职院校中得到广泛的开设。由于该门课程是一门实践性及理论性均较强的课程，而且高职类院校课程体系大都承袭了本科课程的教学体系，侧重于传感器理论知识的讲解，实验也是以模块化的验证性实验为主，这使得该门课程的开设效果并不明显，学生普遍存在着听不懂理论、学不会电路，不会用传感器的问题。为了能解决教学中理论与实践脱离，学生没有兴趣等的问题，笔者进行了如下的思考探究。

1 结合实际，明确培养目标

人才培养目标是高职院校人才培养活动中最根本，最核心的问题。作为一名教师，我们首先应该明确高职院校电子类、自动化类、机电类专业学生的培养目标是培养掌握本专业所需要的基础知识和专门知识，具有从事生产一线工作的综合素质和职业能力的技能型人才[2]。学生的就业岗位主要分布于生产流水线设备、基本电路的设计、产品的检测、维修及质量管理等，这些岗位要求学生具备利用传感器和自动检测的知识解决实际问题的技能。因此，在设计课程时，要跳出本科教学体系的框架，淡化理论，以实践动手能力培养为本位，构建学生应用传感器知识和自动检测技术解决生产方面问题的实际能力，培养学生胜任职业岗位的相关技能、技艺。使学生在学完本课程后，能够根据检测或者设计要求合理选用各种类型的传感器；能够使用常用仪器检查各种传感器性能，判别其好坏，进行简单维护；能够运用所学知识设计、制作、简单测试基本检测单元模块电路等。其次，应结合所在学校学生就业区域的特点，针对岗位应用的知识进行着重讲解，使学生能深入的了解学习所应用的领域，有所专长。

2 合理设计，丰富教学环节

针对高职高专类的传感器应用技术方面的教材，部分已经进行了改革，以项目化教学[3]为导向，简化了理论知识的讲解，但是对于传感器原理中的基本理论，如：压电效应、霍尔效应等，仍需要讲解。如何将这些理论与传感器实际的参数结合起来，如何将枯燥的理论形象化的传授给学生，这就需要我们合理地去设计每一节课。

传感器作为一种转换器件，在讲解其理论时，我们首先应该以传感器为教具，让学生对传感器有一个感官上的认识，带动学生的好奇心和兴趣。其次，在每节课开始时，通过一些传感器方面的新闻或者视频，如在讲解温度传感器时可以引入生活中燃气灶热电偶的应用等，使学生了解传感器技术发展所带来的实实在在的效益，同时也开拓了学生的知识面。再次，理论的讲解尽量以生动的flas为主，减少公式的推导，实际教学证实学生对于公式的推导，基本上不感兴趣或者是听不懂，而视频或者动画往往会吸引学生，使学生能更形象深刻的理解知识点。最后，在传感器的应用及性能指标讲解中结合实际案例分析[4]，让学生真正认识到如何将传感器与实际应用结合起来，如在讲授温度传感器时，可以设计一个应用场景，给定要测量的温度范围，让学生思考应该用什么测量方法，选用什么温度传感器来组建满足要求的温度测试系统，这样学生会对传感器的型号、传感器特性参数、如何用测量电路把信号从传感器中提取出来并放大、如何减小传感器测量系统的误差以及如何进行误差补偿等有了一个形象客观地认识，学生通过思考，查找资料，接触具体型号的传感器，将传感器的理论知识应用于实践，就知道了传感器的动态和静态参数是如何跟实际问题的参数联系起来的。为了让学生了解传感器的作用和应用范围，使用时的注意事项等问题，可以将传感器和检测技术结合起来，在教学过程中让学生思考什么是检测技术，检测系统中传感器的作用是什么，如何构建一个完整的检测系统，数据是如何处理的等等。课堂以互动为主，充分带动学生的积极性，尽量避免纯理论的讲述。

3 动手动脑 开展真正实验

“传感器应用技术”作为一门应用性较强的课程，开展实验对于这门课的学习具有积极的作用。“传感器应用技术”课程的实验是真正的实现理论联系实际的环节，但是查阅相关文献可以[2～5]发现该课程的实验普遍存在着一些问题，如：原理性、验证性实验较多，实验设备模块化，学生纯粹是简单连线，难以了解内部电路和工作原理以及学生兴趣不高等问题。针对这些问题，笔者结合教学实际，认为传感器应用技术课程实验可以进行如下的改革。

为了带动学生的积极性及动手能力，我们应该将传感器应用技术实验与单片机技术相结合，为每个实验小组配备简单的单片机开发板。在学习完每一类传感器时，按照竞赛的形式设计一个相关题目，给出参数及设计目标，要求每一个实验小组按所给要求，选用传感器并设计测量电路，利用单片机开发板，最终调试实现相应功能，完成该传感器测量系统的前端设计工作，这样就可以实现学生真正的动脑动手，真正的参与到实验中。这种方法既能带动学生的兴趣，也有利于学生系统思维及实际解决问题能力的培养。

4 结语

本文针对高职“传感器应用技术”课程教学中实际遇到的一些问题，结合实际教学，提出了几点思考。通过人才培养目标的清晰认识、教学环节的有目的准备以及实验环节的改进，相信学生能真正提起兴趣去了解学习传感器这门知识，掌握这门技术。教与学的过程没有穷尽，相信在不断的实践中这门课的教学方法会不断完善，实现教学质量的提高。

参考文献

[1] 常慧玲.传感器与自动检测[M].电子工业出版社，2012.

[2] 刘金桂，王梅，王晓静.“传感器与自动检测技术”课程设计教学改革[J].成功（教育），2011（7）.

[3] 浦灵敏.高职“自动检测技术”课程项目化教学模式探索[J].中国电力教育，2009，10（19）.

第3篇：传感器设计论文范文

关键词：虚拟仪器，力传感器，标定

 

1 引言

力传感器是目前广泛使用的传感器，在长期使用过程中，由于使用环境、本身结构的变化，需要对其进行标定，以此保证测量的精度。近年来，随着虚拟仪器技术的出现和发展，越来越多的技术人员开始基于该技术来开发自动化测量设备。博士论文，标定。虚拟仪器是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向[1]。而在众多的虚拟仪器开发平台中，美国国家仪器公司（NI）的LabVIEW应用最为广泛。本文主要介绍了基于LabVIEW的力传感器标定程序的设计。

2 标定的原理

所谓标定（或现场校准）[2]就是指用相对标准的量来确定测试系统电输出量与物理输入量之间的函数关系的过程。标定是测试中极其重要的一环。标定除了能够确定输入量和输出量之间的函数关系之外，还可以最大限度地消除测量系统中的系统误差。

传感器的校准采用静态的方法，即在静态标准条件下，采用一定标准等级（其精度等级为被较传感器的3~5倍）的校准设备，对传感器重复（不少于3次）进行全量程逐级加载和卸载测试，获得各次校准数据，以确定传感器的静态基本性能指标和精度的过程。为简化系统的设计，此处标准量采用砝码加载的方式获得。

3 系统组成

3.1硬件组成

系统的硬件组成如图1所示：

图1 系统硬件组成

由图可以看出，系统主要包括计算机、力传感器，数据采集卡、接线盒等。本系统中，力传感器采用电阻应变式压力传感器，四个应变片采用全桥的工作方式。数据采集卡采用NI公司的PCI-6221，该采集卡的主要参数如下：它具有16个模拟输入端口，2个模拟输出端口，24个数字输入输出端口，采样速率最高可达到250kS/s。接线盒采用NI公司的SC-2345，此接线盒直接与数据采集卡相连，接线盒上有SCC信号调理模块插座。SCC模块是NI公司提供的信号调理模块，其上面包含信号调理电路，可以将传感器处采集的信号转换成适合数据采集卡读取的信号。本系统所用的SCC模块为SCC-SG04，此模块适用于连接采用全桥工作方式的电阻应变式压力传感器。

3.2软件组成

本系统软件基于LabVIEW 8.2来开发。LabVIEW是一种图形化的编程语言。博士论文，标定。博士论文，标定。与其他开发工具不同，用LabVIEW编程的过程不是写代码，而是画“流程图”。这样可以使用户从烦琐的程序设计中解放出来，而将注意力集中在测量等物理问题本身。它主要针对各个领域的工程技术人员而设计，非计算机专业人员[1]。博士论文，标定。

因为所用的力传感器属于应变式电阻传感器，其电阻变化率与应变可以保持很好的线性关系，即输入与输出量之间呈线性关系，所以可以用一条直线对校准数据进行拟合。此直线就称为拟合直线，所求得的方程为拟合方程。图2所示为传感器标定程序的采样页面。

此程序采用LabVIEW的事件驱动编程技术进行编制的。事件[3]是对活动发生的异步通知。事件可以来自于用户界面、外部I/O或程序的其它部分。在LabVIEW中使用用户界面事件可使前面板用户操作与程序框图执行保持同步。事件允许用户每当执行某个特定操作时执行特定的事件处理分支。

图2 标定程序采样页面

图3 采样程序

直线拟合的方法[2]有很多种，比如最小二乘法、平均选点法、断点法等等。其中，最小二乘法精度比较高，此处利用它进行直线拟合。根据最小二乘法，假定是一组测量值，是相应的拟合值，mse为均方差，则拟合目标可以表达为，期望mse最小。

LabVIEW中的分析软件库提供了多种线性和非线性的曲线拟合算法，例如线性拟合、指数拟合、通用多项式拟合等等。本程序选择Linear Fit.Vi 来实现最小二乘法线性拟合。

标定子程序的工作流程如下：用户先通过多次采样，获得各个输入量对应的输出量，通过While循环的移位寄存器保存这些值。博士论文，标定。采样完成后，把这些值输入Linear Fit.Vi进行拟合，拟合的曲线在Graph控件中显示出来，同时该Vi自动求出方程y=ax+b中的斜率a和截距b，这样，输入输出量之间的函数关系就可以确定下来了，如图4所示。

图4 标定程序拟合前面板

4 小结

基于虚拟仪器的力传感器标定程序能够方便地对力传感器进行标定。博士论文，标定。该系统具有人机界面友好，灵活方便，自动化程度高等特点。

参考文献：

【1】.候国屏;王珅;叶齐鑫.LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计[M].清华大学出版社.2005

【2】.张迎新等.非电量测量技术基础[M].北京航空航天大学出版社，2001

【3】.NationalInstrumentsCorporation.LabVIEWHelp[CD].ni.com/china,2008

第4篇：传感器设计论文范文

关键词： 传感器技术 教学改革 教学探索

信息时代，传感器技术已广泛应用于工农业生产、航天航空、国防科技、环境保护、医学诊断、生物工程及人们的日常生活中。同时，传感器技术发展速度快、日新月异，发挥着越来越重要的作用。《传感器技术》作为电子信息工程、电子科学与技术等电子信息类专业的一门专业课程，有着举足轻重的地位，学好该门课程能进一步满足人才市场的需求，有效促进毕业生就业质量的提高。笔者通过多年的教学实践，总结出一些经验，并在实际教学中取得了一定的成效。

一、理论教学内容及教学方法方式的改革

目前，国内有关传感器的教材很多，在这十多年的教学中，笔者也会经常更换教材。然而，教材内容远跟不上传感器技术更新的速度，基本上都是以最常见的、最基本的一些类型的传感器为例，讲解传感器的工作原理和内部结构及应用，与实际脱节明显，难以满足社会的实际需求。因此，在传感器理论教学方面，笔者不断调整和完善教学内容，不断探索和改变教学方法，总结教学经验，以期达到良好的教学效果。

1.调整和完善教学内容。由于教材的更新速度还是远远跟不上传感器的发展及更新速度，这样造成的结果是教材内容和传感器的实际发展现状脱节。因此，最近笔者在几年的教学当中，每期的理论教学内容都在教材的基础上，进一步完善教学内容，充分利用网络资源，查阅大量资料，在教学过程当中穿插大量的传感器的最新信息及应用，以期教学内容尽量和传感器的实际发展状况尽量接近，教学内容当中有三分之一的内容来自于书本之外。

2.充分利用网络资源，优化教学方法。以往的传感器教学中，主要采用课堂讲授和启发式的教学方法，经过多年教学，单纯的启发式教学方式已经逐渐显露弊端，教学方法的改革已成为有效强化教学效果的必要途径。由于经济的发展速度加快及网络技术的发展，如今的学生眼界越来越开阔，学生已经不满足于老师上课提问自己回答的这种方式。同时，网络成为信息时代获取信息不可缺少的重要途径，已成为学生日常生活必不可少的一部分。因此，笔者充分利用网络资源，特别是通过一些传感器的相关专业网站及论坛，比如中国传感器网、传感器资讯网、传感器门户网、EDN电子技术设计、机器人网、EDN论坛、电子发烧友等网站及论坛，加强学生自主学习，并及时了解相关动态和知识前沿，极大地激发学生的学习兴趣。

另外，笔者还在已教授相关内容的基础上，针对与传感器相关的热点或兴趣点，以学生为主体进行资料收集与整理，侧重应用与发展，开展专题讨论，加深学生对知识的理解，强化学习效果，改善课程学习与社会实际的脱节。比如对热释电传感器的专题讨论，让学生自行查找其发展现状，最新型的热释电传感器及应用，以及各种不同型号的传感器的优缺点等。这样学生可以更加深入地了解和掌握此类传感器的原理、发展与应用，在提高学生学习积极性的同时，充分体现启发式教学法的“学生为主体，老师为主导”的特点。

结果证明，这些理论教学方法的改革不仅激发了学生的学习兴趣，活跃了课堂气氛，而且加深了学生对此内容的理解。

二、实践教学的改革

在实验教学环节上，本校采用的CSY一998系列传感器实验平台，只有一些基础性的传感器模块，除了一些验证性实验和简单的设计性外，难以开展真正的设计性和综合性实验，更加无法满足新型传感器发展的教学需求。同时，新型传感器的价格往往比较昂贵，实验设备不可能不断更新。为让学生通过实验真正尽可能多地了解和掌握传感器，笔者近几年不断在现有的实验条件基础上进行实验教学的改革。

1.调整实验教学内容。常规实验教学中，最初只是要求学生利用CSY一998做8个实验。但是此平台只能完成一些基础的实验，多数是验证型的。为了更好地通过实验激发学生的学习兴趣，在最近几年的实验教学中，将此类实验台操作项目改为4个，所占的课时计划为8个课时。除了基础实验之外的8个课时外，还利用PROTEUS仿真软件，进行传感器的仿真实验操作。改革结果证明，学生对于传感器的兴趣明显提高。

2.鼓励学生进行科技创新，成立实验兴趣小组。为更好地将理论和时间结合，近几年，笔者还利用实验室的资源，增设一些综合性实验，引导学生进行多种传感器件的研究与开发，成立传感器实验兴趣小组，结合电子设计竞赛类题目，如：小车倒车雷达系统、水温控制系统和自动仓储搬运智能小车、智能机器人等题目进行应用与创新设计，同时鼓励学生参与大学生科技创新项目，既充分利用了实验室的资源，又激发了学生的学习兴趣，提高了学生的动手能力和创新能力。

3.制订科学的实验考核方案。成绩评定方式对于实验教学非常重要，也是传感器实验教学改革实施的重要环节。合理的考核方案既能达到考察的目的，又能在促进学生通过实验理解理论知识的同时，不断提高自己的实践技能。因此，将成绩评价定位在是否理解并灵活应用所学知识及鼓励创新思想和创新实践的过程，而不仅仅是实验结果正确与否。在近几年的实验考核方案中，笔者采用两种结果验收相结合的方式，一种方式是当面验收，通过演示和口头介绍展示实验过程及实验效果，并完成高质量的实验报告，这种方式是学生实践活动结果的直观体现；另一种方式是学生根据实际情况及实验室实际设备，自主设计一个传感器模块，并提交撰写设计文档，相对于当面验收，这种形式更能够将设计思想、设计方案等一系列创造性工作反映出来，同时可锻炼学生的动手能力和总结能力，也为后期的毕业设计打好基础。学生最终实验成绩是这两种方式实验成绩的综合。

三、结语

通过上述对传感器技术课程的教学改革，在教学中取得了一定的成绩，使得学生对本课程的学习兴趣与日俱增，对理论知识的理解进一步深入，实践动手能力与分析问题解决问题的能力也进一步提高，得到了学生的普遍好评，承认并肯定了传感器教学的效果。

参考文献：

[1]徐科军，黄云志，王海欣，鲁照权.传感器与检测技术”课程改革与探索[J].中国电力教育，2012（02）.

[2]高磊，马英辉.检测与传感器技术”课程教学改革与实践[J].中国电力教育，2014（08）.

[3]程豪，欧阳嵩.传感器教学中随堂实验的设计与思考分析[J].中小企业管理与科技，2015（03）.

第5篇：传感器设计论文范文

【关键词】传感器；信号调理；放大器；电路设计；霍尔

当代社会中在工业控制等方面，经常要将电流、电压、温度、湿度等模拟量转换成数字量，然后在微处理器内作进一步运算和处理，完成相应的数据存储、数据传输和数据输出，达到分析和控制的目的。模拟量的采集一般使用传感器来将它们转换为电气量来进行处理。然而传感器送出的信号往往不能满足处理器输入信号的要求，这就需要我们设计相应的信号调理电路来把这种不合要求的信号变换为符合处理器输入信号要求的信号。此电路设计的优化程度如何，直接关系到微处理器采集到的信号的准确程度。霍尔型电压、电流传感器具有结构简单、体积小、坚固、频率响应宽、动态范围大、无触点、使用寿命长、可靠性高、易微型化和集成化等优点，在测量技术、自动化技术和信息处理等新技术领域得到广泛的应用。本文就其输出信号特点设计了相应的信号调理电路，并且通过实验验证了所设计电路的可行性及可靠性。

1 霍尔型传感器

霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。它采用双电源供电，可采集电压、电流等电气信号，输出信号可以是电压信号，也可以是电流信号。本文以LV28-P型霍尔电压传感器为例说明霍尔型传感器输出信号调理电路的设计过程。传感器LV 28-P的原边与副边之间是绝缘的，主要用于测量直流、交流电压和脉冲电压。其各参数指标如下：

1）电参数

IP N：原边额定有效值电流 10mA IS N：副边额定有效值电流 25mA

KN：转换率 2500： 1000 VC：电源电压 （±5%）±15V

2）精度-动态参数

XG：总精度@IP N，TA = 25℃ ±0.6 %

IO T ：IO 的温漂：0℃ ～+25℃ ± 0.2mA

+25℃～70℃ ± 0.3mA

Tr：响应时间@90% of VPmax 40μs。

2 信号调理电路的设计

根据LV28-P的参数可知它的输出信号是交流电流信号而处理器的输入信号是直流电压信号，因此我们需要将此交流电流信号转换为直流电压信号。这个过程就是信号调理的过程。此外在信号调理电路设计过程中，还需要考虑信号滤波，放大，限幅，偏置等，使调理后的信号满足处理器的信号输入要求。本文论述的采集系统处理器输入信号要求为3.3V直流电压信号，故我们设计的信号调理电路需要将±25mA电流信号变换为直流的0～3.3V的电压信号。同时有滤波限幅电路。信号调理电路图如图1：

2.1 采样电阻及滤波电路

为了保证转换出的电压信号的精度我们采用了千分之一的精密电阻来提取电压信号。根据传感器输出电流信号的大小以及我们需要的电压信号的大小，选择了阻值为40欧的精密电阻。可得到±1.5V的电压信号。0.1uF电容进行阻容滤波。

2.2 放大电路的设计

信号放大电路的主要元器件是运算放大器。理想的运放输入电阻无穷大，输出电阻无穷小，可实现电压不失真跟随的目的。再由于LV28-P传感器本身的精度及速度很高，这就要求运放的速度也必须很高，否则达不到对信号高速性的要求。考虑信号的实时性和精度的要求，本文中选用高速、高精度运放OPA2822。它是TI公司生产的高速、高精度、低噪声运放，它含有两个宽带低噪声的运算放大器，可完全满足我们的设计要求。

图2所示电路放大倍数为1。可实现传感器输出信号的跟随、滤波等。同时将信号调理为-1.5V～+1.5V之间的交流电压信号。

2.3 电压基准电路的设计

为了实现电压的提升，我们设计了电压偏置电路。此电路有电压基准信号及运放电路构成。信号经过此步调理之后可变为直流电压信号。根据前面电路中电压信号的幅值，此电路中电压基准的参考电压值应该选择为1.5V。这样既可实现将传感器信号调理为0～3V之间的目的。电路图入图3所示。

2.4 限幅电路

系统中如果输入信号的电压范围超过3V就会烧坏处理器。为保护处理器不被外部干扰信号烧毁，电路需要设计有限幅电路，将进入处理器的信号限制在3V以内，同时还要保持输入信号中频率的变化规律不变。

3 结语

本文设计的针对霍尔型电压传感器的信号调理电路包括取样滤波、放大跟随、直流偏置、限幅等功能，可以实现信号的高速、准确采集。电路中充分考虑了霍尔型元件的特点，并根据其特点设计了专门的信号调理电路，最后通过搭建电路，验证了所设计电路的可行性及可靠性等问题。经过实验检验，此电路的线性度很好，精度高，运行稳定，可完全满足信号调理的要求。

【参考文献】

[1]霍尔传感器及应用电路[J].北京电子报，1994合订本：381.

[2]LV28-P DATA SHEET http：//.cn/news/viewproduct.asp？id=2& pageno=2[OL].

第6篇：传感器设计论文范文

论文关键词：传感器；校企合作；实验教学改革

各类新型传感器的不断涌现和广泛应用使得传统的传感器及检测技术实验教学内容与企业生产实践和工程实际应用脱节。以组合实验箱为主要对象的实验项目对学生的开放程度比较低，远不能满足企业对人才培养的需求。所以，吸取国外先进的经验，结合南京工程学院（以下简称“我校”）校企合作实验室现状，开发设计新的传感器实验训练课程，提高学生实验的积极性和主动性，提高学生的实践动手能力、综合运用理论知识解决实际问题的能力和独立设计能力，将对培养应用型工程技术人才起着至关重要的作用。

一、当前传感器实验教学中的主要问题分析

随着各类新型传感器的不断涌现，教材内容和实验手段却没有及时更新，导致学生学习了“传感器及检测技术”课程而不认识实际使用的传感器，不会根据具体的检测任务选择合适类型、精度的传感器，面对传感器与控制器的接线无所适从等的教育问题。出现上述问题有以下四方面原因。

1.过分强调教师的指导性，忽略了学生的能动性

表现为实验教学中以教师为主，学生被动地按教师的演示方法或实验教材规定的步骤进行实验结果的验证，实验教师教什么和怎么教，既不考虑专业培养的发展需要，也不考虑培养对象的个人兴趣，致使学生处于被动学习的状况，教师仅仅讲解而不进行教学信息的双向交流，不利于提高学生学习的积极性和主动性。

2.实验内容陈旧，实验手段单一

目前传感器课程的实验设备的主流产品是组合实验箱，这种仪器是把多种传感器、电源、处理电路、显示仪表集于一体，组成了一个完整的测量系统。实验时学生主要根据实验指导书给出的步骤接几根线，手动调节实验仪器，手动记录输入和输出值、计算实验结果、画出实验曲线。这种实验箱对学生的开放程度比较低，学生只是操作、记录实验数据，对实验的传感器种类、实验原理、测量电路和方法了解的少。这种通过实验箱完成的以验证型实验为主的实验方式不利于培养学生实验的兴趣，更不利于培养学生的动手能力和创新能力。

3.传感器课程的实验内容设置不合理

传统实验教学按课堂教学的各个课程阶段进行，教学内容是以课堂教学中的理论或定律的验证和求证为主，各类新型传感器的不断涌现和广泛应用并没有设置在当前实验内容中，与企业生产实践和工程实际应用严重脱节。

4.实验考核手段呆板

在传统的实验教学中，学生实验成绩的评价是按实验预习、实验操作步骤的完成情况、实验结果、实验报告完成情况等来考核，这导致学生处于不假思索的被动实验状态，甚至同学之间相互抄袭，没有留给学生发挥创造思维的空间，严重影响了学生的学习积极性和热情，不利于学生的自主发展。

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二、改革具体实施方案

在20世纪80年代和90年代，在工业界和政府部门工作的工程师，就已经和学校的教学领导一起讨论如何改善工程教育的状况。其共识是对当前工程教育偏重于包括数学、科学和技术专业方面的理论教学，而对强调技能如设计、团队合作和沟通等方面的实践基础没有加以足够的重视。[2]该共识提出学生的能力不仅包括自学能力、应用能力和实际动手能力，还应包括创新能力和团队合作和沟通能力。因此，必须深化实验教学内容、实验手段及实验方式的改革。

为了加强工程教育的改革，我校先后与国内外著名企业合作共建了一批具有较强工程实践背景的，适应现代工程技术，融基础性、综合性、设计性和创新性特点为一体的一流实验中心（室）。如三菱电机自动化实验中心、GE自动化系统集成实验室、西门子先进自动化联合示范实验中心、博世力士乐机电一体化实验中心、台达自动化实验中心、赛普拉斯联合共建PSOC实验室等。在此基础上，进行了一系列课程教学和实践的改革。传感器技术及应用课程也进行了改革的探索和实施。

课程设置上提高了实验学时的比例，并且把教室放到了实验室，教师一边讲解一边操作，增加了学生对传感器的直观认识和学习兴趣，真正做到“做中学”。实验课程以当前自动化系统所涉及到的主要物理量及主流传感器类型为实验对象，分层次设置基本技能型实验、验证型实验、综合型实验、设计型实验四级实验课程模块，尝试采用开放式实验教学，加强实验与实践环节，以提高学生的综合实践能力和创新能力。制订对学生实践动手能力、综合运用理论知识解决实际问题的能力和独立设计能力进行评估的综合评估方案。

1.实验课程设置

在实验内容的安排上以校企共建实验室为依托，以培养综合实践能力和以独立思考能力为主线，从简到繁，循序渐进，进行实验内容的整合，建立与传感器理论课程并驾齐驱的实验课程，在人才培养和目标定位上形成二者并重的既紧密联系又相对独立的两个支柱。同时在实验内容设置上将电子技术、单片机技术、PLC与电气控制、检测技术等课程内容有机地结合起来，形成以项目实现为目标的综合性实验内容，克服传统传感器及检测技术实验教学中验证性、低层次重复性实验过多的弊端，增加综合性、设计性实验教学内容，为培养学生综合能力、实践能力和创新能力奠定基础，加强了学生的团队合作和沟通能力。

2.实验内容建立多级分层的模块结构

按照传感器学科特点和职业技术的要求，分层次建立起基本技能型实验、验证型实验、综合型实验、设计型实验四级实验课程模块。

基本技能型实验包括仪器、仪表的使用和基本的电子工艺，为后续实验的操作打下坚实的基础。

验证型实验指通过实验来验证传感器课程中的基本理论，加深对相关理论的理解和认识，这部分内容可通过教师在讲授理论的课堂演示和学生课外自己操作。实验内容如箔式应变片性能，相敏检波器原理及特性，电感、电容、磁感应式传感器的特性，直接检测式、对射式、反射式光电传感器的性能等实验内容。

综合型实验旨在培养学生综合运用传感器理论知识分析问题和解决问题的能力。综合性实验内容要体现系统性和实用性，实验项目要包括被检测信息的获取、转换、显示以及测量数据的处理等技术。实验教师仅提出实验项目要求和实验条件，学生以小组为单位查阅相关资料，把学过的理论知识与实验内容联系起来，并结合实验室现有设备和条件，提出项目方案论证，由教师确认可行之后动手完成实验。这种实验教学，极大地提高了学生学习的主动性，增强了动手能力，更有利于培养学生的综合实践能力与创造性思维能力。综合型实验将学生置于校企共建实验室环境中，可以将自动化专业多门课程综合应用，如采用PLC技术和传感器技术综合设计并制作一个恒压供水系统，采用温控仪或PLC和传感器技术设计并制作一个恒温控制系统、采用MCS51系列单片机构建一个智能汽车超载报警器、采用MCS51系列单片机完成微位移测量并显示系统等。

设计型实验以工程实际应用为背景，以项目的方式完成实验课程的训练。指导教师仅提出项目需求，由学生查阅资料、根据校企合作共建实验室现有设备自行设计项目实施方案，并由指导教师确认并实施。校企合作实验室均采用开放式管理，使得学生完成实验的方式和手段不拘泥于课堂上而完全转变为课堂外，增加了实验的灵活性和提高了学生的创新能力。设计性实验如学完压电式传感器设计并制作一个压电式玻璃破碎报警器、学完霍尔式传感器设计并制作智能测速仪，学完光电式传感器设计一个智能路灯亮灭控制系统、对城市路灯具有一定的节能管理功能以及酒后驾车智能酒精浓度报警器，智能障碍探测仪等具有实际应用意义的实验项目，使得学生具有浓厚的兴趣和项目完成的成就感。

3.实验实施方案

实验课改变传统的以课时为单位的教学方法为项目教学法。综合性和设计性实验以小组为单位，每小组3～4人，信息的收集、方案的设计以及项目实施都由学生自己负责，学生通过该项目的实施，解决并把握整个过程及每一个环节中的基本要求，教师仅提供指导。改变教师的主导地位和单向的授课方式为相互的交流和讨论，创设情境，启迪思维，引导学生积极主动地参与教学，激发学生的学习兴趣，增加课堂信息量，营造积极活跃的学习氛围，培养学生形象思维及创新思维能力。组织学生分组讨论，然后派代表发言，使得学生由被动接受转换为主动思考，深化了学生对教学内容的理解。实验室采用开放式管理，学生可以灵活的控制项目进度。

4.制订合理的实验成绩考核方案

传统的实验考核方式是采用对实验结果的验收和实验报告的考核完成的。在实施过程中就会出现不注重过程、实验报告抄袭等问题。新的实验成绩考核方案应该是对学生实践动手能力、综合运用理论知识解决实际问题的能力和独立设计能力的综合评估。考核可以采用现场答辩的方式，考核的依据要使学生重视实验过程，可通过对综合型和设计型实验的方案论证和最终的软硬件调试结果是否满足预期目标来达到这一目的。

第7篇：传感器设计论文范文

【关键词】STC12C5A60S2；温湿度；NRF24L01；传感器；PM2.5

一、设计方案

根据对空气检测传感器原理以及应用。本节分析对空气检测传感器工作流程。其中包括设计软件系统与硬件控制系统通过无线方式的结合，和对数据的传输和数据的显示。首先，对整体设计进行分析；其次对对硬件驱动设计进行理论分析；最后，对软件驱动设计进行理论的分析。基于无线传输的空气质量是软件控制系统、硬件控制系统、LCD显示、电源、传感器模块等部分组成。

根据空气传感器模块的特性，并且经过实际的验证来了解空气传感器模块的特性，结合LCD显示屏驱动控制芯片，设计一款无线传输的空气质量传感器模块的驱动控制电路，并且使用AD6.9 画图软件设计出无线传输的从机部分和主机部分，制作空气实时监测的驱动控制系统硬件。结合这些问题本设计使用STM32F1系列单片机芯片制作的控制器。在对软件程序设计时需要了解芯片的相关知识。本课题设计选用的编程语言是C语言。设计无线传输从机和主机部分。在从机上面读取空气质量传感器模块上面的数据，将读取的数据通过无线传输到主机上面，再在主机将读取数据显示出来。

1、硬件系统设计

硬件系统由从机发送部分和主机接收部分两部分组成。其中，从机用STM32作为控制器、主机用STC12C5A60S2作为控制器。两者之间用无线方式通信，结合温湿度电路、一氧化碳电路、灰尘检测电路、液晶显示电路。系统硬件组成如下图所示：

2、系统软件设计

该设计使用的是STM32和STC12C5A60S2为控制系统，STM32作为无线从机控制传感器模块读取数据，STC12C5A60S2作为无线主机接收数据显示。使用了编程语言是C语音，编程环境用keil4。

本设计程序可分为两个部分，无线发送端程序和无线接收端程序。无线发送端程序是以STM32作为核心控制器，程序集成AD采集、NRF无线通信、DHT11程序、串口程序、PWM程序、系统滴答定时器、等用户子程序。无线接收端是以STC12C5A60S2作为核心控制器，程序延时函数、NRF无线通信程序、串口程序、LCD12864液晶显等用户子程序。

模块化编程主要优点如下：

（1）一个模块在编写和调试都比一个完整的程序更容易；

（2）一个模块可以被其他要使用这个模块功能的模块调用，模块和模块之间能够共存；

（3）模块程序允许设计者分割任务和利用已有程序，为设计者提供方便。

二、结论

本设计中的程序是的一个难点，因为涉及到的模块比较多，而且很多元器件的操作都涉及到时序读写，在考虑到程序系统的实时性，调试过程出现一定的难度，需要采用分模块的形式进行调试，最后再对系统进行综合调试的方法，取得了预期效果。

参考文献：

[1] 刘火良，杨森编著. STM32库开发指南[M].北京：机械工业出版社，2003：92-223.

第8篇：传感器设计论文范文

关键词：卓越计划；传感器；课程改革；应用型人才

作者简介：张鹏（1980-），男，黑龙江哈尔滨人，黑龙江工程学院电气与信息工程学院，讲师；吴东艳（1975-），女，黑龙江哈尔滨人，黑龙江工程学院电气与信息工程学院，讲师。（黑龙江 哈尔滨 150050）

基金项目：本文系2012年黑龙江工程学院教学改革项目（项目编号：JG2012046）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）19-0068-02

现代信息技术的三大支柱是传感器技术、通信技术和计算机技术，它们分别构成信息系统的“感官”、“神经”和“大脑”。因此，传感器技术是信息社会的重要基础技术，传感器是信息获取系统的首要部件。目前，传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程甚至文物保护等领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目都离不开各种各样的传感器。由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用是十分明显的。

“卓越计划”是教育部“卓越工程师教育培养计划”的简称，是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的重大改革项目。我国“卓越工程师教育培养计划”于2010年6月开始实施，旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。[1]

“卓越计划”具有三个特点：一是行业企业深度参与培养过程；二是学校按通用标准和行业标准培养工程人才；三是强化培养学生的工程能力和创新能力。这就要求高校培养的学生在拥有坚实的理论基础的同时，又要有过硬的工程应用技能，同时也对高校的课程教学提出了新的要求。针对上述情况，本文探讨了当前传感器教学过程中存在的问题，针对“卓越计划”的实施要求提出了一些改革措施，在教学实践活动中取得了较好的教学效果。

一、当前教学状况

传感器课程是电类专业，如测控、自动化、电子信息等专业的一门重要课程，具有很强的实践性。它是讲述传感器与自动检测技术的实用科学，在现代检测与控制系统中有着举足轻重的作用。该课程主要介绍常用传感器的基本原理、结构、特性和应用以及相关的信息处理技术，是一门内容繁杂的交叉学科，涉及物理学、电学、磁学、力学、光学、声学、化学、计算机技术等多门学科，知识密集性强，内容离散性大，应用性较强。

长期以来，传感器及检测技术课程在教学内容上侧重于各种传感器原理的讲解；在教学方法上主要以课堂讲解为主，同时根据教学内容开设少量验证性及综合性教学实验。这种教学方式存在明显不足，主要表现在以下几点：

（1）学生在学习过程中接触最多的是传感器工作原理，无法见到实物，从而对传感器缺乏感性认识。一些相似的原理介绍会让学生觉得教学内容枯燥，从而对学习失去兴趣。教师在讲解传感器及应用电路的分析方法时，同实际应用结合较少，影响了学生的学习兴趣。

（2）传感器技术和微电子技术发展的速度很快，各种新型的传感器不断涌现，但当前大部分教材中没有或很少提及新型传感器技术的理论知识及其应用，不利于学生知识面的拓展。

（3）传感器课程的内容主要包括传感器原理和检测技术两部分，主要内容是传感器原理部分，检测技术内容较少。教材中，传感器原理部分主要介绍传感器的工作原理、内部结构、转换电路，甚至是敏感元件的制作材料和工作原理等，内容繁杂，不仅涉及电学、磁学等多门学科，还涉及工业现场的一些实际情况及制作工艺学等。其中很多内容对学生来说过于陌生，过多篇幅阐述这部分内容会增加学生的畏难情绪，影响学生学习的积极性。

（4）传统教学手段是理论教学加实验，而且以理论教学为主。以黑龙江工程学院为例，大纲规定总课时为48学时。其中，理论教学40学时、实验8学时。在理论教学过程中，教师讲解较费力，而学生听起来较困难，学习积极性不高。实验也基本是对着理论进行验证性实验，缺乏创新性，收效甚微。

（5）课程考核方法一般是以考试为主，辅以作业、考勤评价学生的学习状况。这种考核方法无法激发学生学习的积极性和主动性，不能真实反映学生的学习能力、对知识的掌握程度及其专业应用能力，在某种程度上不利于学生提高自身的综合能力。

为了改变这种教学状况，对传感器课程的教学内容、方法和手段、实验教学方法以及考核机制进行全面改革，使学生既能了解基本原理又能了解实际对象，将理论与实际紧密结合起来，从而提高学生的创新能力、动手能力和工程实践能力，进而满足“卓越计划”提出的要求。

二、教学改革措施

结合黑龙江工程学院电气与信息工程学院的实际情况和“卓越计划”的要求，对传感器及检测技术课程从课堂教学、实践教学和课程考核三个方面进行了全方位的改革和探索。

1.课堂教学的改革

针对“卓越计划”和学校应用型人才的培养要求，依据相关行业的标准制定新的教学大纲，调整传感器原理授课比例，彻底改变传统的重理论、轻实践的教学思路。在讲解完传感器的相关理论之后，从应用的角度将重点放在传感器的工程使用方面。将传感器的应用要点全面展现给学生，努力做到学生在完成理论课程的学习后可以使用实际传感器进行工程测量等应用。为了利用有限的学时来解决主要的问题，避免时间不必要的浪费，在制定大纲时认真分析前后续课程的交叉知识，尽量避免知识的重复讲授。

引入项目教学法，将大纲中的教学内容按照工程相似性进行分类，以生产实践中的具体项目为基础，实现教学内容与工程项目的有机结合，将知识点融入到具体的工程项目中，在教师的指导下学生以小组为单位，自己参与传感器应用项目的设计、仿真、制作、调试和改进的全过程，最终得到结果并进行展示和自我评价。

在结合传统的教学方式和方法的同时，引入展示法、启发法、课堂讨论法等教学方法。购买一些具有代表性的传感器实物，并在教学中将实物展示给学生，使学生能够在第一时间获得较充分的感性知识；采用启发式教学，通过生动地讲述使学生产生联想，给学生留下深刻印象；充分发挥学生的学习主动性，针对学生感兴趣的问题，在学生进行独立思考之后留出一定时间共同讨论，让学生积极参与到课堂教学中，使课堂上的学生变被动为主动，从而提高学生的学习兴趣；为学生提供传感器参考资料和相关科技文献，鼓励其课下阅读，从而领会、消化、巩固和扩大知识面，提高学生的自学能力，养成良好的读书习惯；以调研报告的形式，鼓励学生通过一些渠道去了解广大工厂企业中的传感器应用情况，使学生具有进一步与企业接触的经历。

在授课过程中，结合“卓越计划”的要求，以教师自编的教案和讲稿为主，不断更新新型传感器的部分内容，逐步形成以项目教学法为主线的传感器教材，从而满足应用型人才的培养要求。

2.实验教学的改革

突破传统的实验教学方法，将产品实例分析引入实验课堂。为学生准备实际的传感器实物，让学生在拆开并分析其内部工作原理的基础上绘出内部电路，并搭建外部输出电路进行实验，让学生在动手的同时锻炼思维能力。

引入基于Proteus的虚拟实验方法，使学生摆脱对实验室的依赖，降低实验成本，激发学生的学习兴趣，提高学生的学习效率。让学生在脱离实验室的情况下进行自助实验。通过使用Proteus电路仿真功能，让学生在课下进行传感器驱动电路和测量电路的仿真实验，加深对实验电路的理解，并尽可能地对实验电路进行优化。在使用Proteus电路仿真的基础上，通过实验设备对电路仿真结果进行验证，找到仿真结果和实验结果的区别所在，并对电路进行进一步改进，真正达到通过实验锻炼学生应用能力的目的。

通过上述实践环节的改革，学生的实际动手能力和设计能力有了很大的提高，为学生创新能力和工程能力的培养打下坚实基础。

3.课程考核方法改革

在传统考核方式的基础上，结合课堂教学改革措施，引入新的考核机制，实行多元化、全方位的考核方式，综合考查学生的学习能力和工程实践能力，激发学生学习的积极性，提高学生的综合能力。

降低卷面成绩在课程考核成绩中的比重，将原来的试卷成绩占60%更改为30%。试卷中去掉原有传感器应用方面的考核内容，把重点放在传感器相关原理的考核上，着重考查学生的理论掌握情况。对传感器应用能力的考核占课程考核成绩的70%，主要由课堂表现（15%）、项目完成情况（10%）、实验考核成绩（40%）和传感器应用设计报告（5%）组成。其中，课堂表现成绩依据出勤、作业、课堂讨论、调研报告等情况给出；传感器应用设计报告成绩依据学生提交的设计报告情况给出。

在项目教学法中，授课教师监控学生完成工程项目的每一个步骤，依据项目的完成情况给出学生的项目完成成绩。实验考核成绩包含虚拟实验完成情况、实验准备、实验操作、实验报告、实验创新和实验考试共六个方面的全方位实验考核体系。从实验整体出发，培养学生各项实验能力，提高学生综合素质，提倡自主实验，提高学生的学习自主性，通过定性定量的实验操作考核来提高学生的实际动手能力，以实验创新考核来推动学生的创新能力，真正提高实验教学效果。对于实验考核不合格的采用一票否决制，即取消其理论课考试资格，进而督促学生提高实际的动手能力。

三、结束语

“卓越计划”对于培养一批创新性强、能够适应经济和社会发展需求的各类工程科技人才、着力解决高等工程教育中的实践性和创新性问题、提高科技创新能力、加快经济发展方式的转变、实现未来我国经济社会的持续发展具有重要意义。这无论对学校、教师还是学生都提出了新的要求，更需要参与人不断地更新理念，特别是教师这一重要环节。[5]

本文针对在传感器课程教学过程中所出现的问题，从课堂教学、实践教学和实践考核三个方面对传感器课程进行了全方位的改革与尝试，其主旨在于探索一套符合卓越工程师计划和应用型本科教学要求的传感器课程教学方法。实践表明，通过上述改革增强了学生学习的兴趣和热情，提高了学生学习的效果，使学生在掌握传感器技术的同时提高了学习能力、工程实践能力和创新能力。

参考文献：

[1]林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制[J].高等工程教育研究，2010，（4）：21-29.

[2]刘丽.传感器与检测技术虚拟实验教学研究和实践[J].中国电力教育，2011，（13）：118-119.

[3]张铮.《传感器原理》实验课程教学改革探讨[J].长江大学学报（自然科学版），2011，（7）：127-128.

第9篇：传感器设计论文范文

关键词 家用救生舱；控制系统；传感器；单片机

中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）22-0040-02

如今，自然灾害频频，人们对安全措施的需求越来越大，所以出现了救生舱的研究。虽然对矿用救生舱等的研究由来已久，例如Syste MineARC ms煤矿安全避难舱的研制，但对于家用救生舱的研究甚少。针对以上问题，本文利用单片机控制传感器的方法设计了一套控制装置并将其配置于家用救生舱，当灾难发生时控制执行机构动作达到报警和保护人身安全的效果，满足家庭防护基本需求。由于救生舱设计为灾后危险环境作业，舱内环境与外界隔绝，因此在设计控制系统时，就特别要求系统具有较高的准确性，可靠性，可控性以及稳定性使其能够满足在危险环境下能够保证救生舱的正常工作，保护舱内人员的人身安全。

1 家用救生舱的整体设计

家用救生舱的整体设计包括控制系统设计，外形结构优化设计，传动结构设计以及生命维系系统设计。控制系统设计主要包括系统组成分析以及各部分的材料选型；外形结构优化设计包括讨论家用救生舱的功能定位，确定其防护结构形式，家用救生舱防护结构三维造型、尺寸优化及有限元验证以及家用救生舱防护结构二维图纸绘制；传动结构设计分别对蜗轮蜗杆机构、连杆机构、皮带轮机构、齿轮机构、三相异步电动机进行分析设计；生命维护系统设计包涵对家用救生舱的功能定位，确定其生命维护系统的组成并对各组成单元选型及参数计算，最终对家用救生舱内部设施的人体工程学优化。

2 家用救生舱控制系统功能分析

作为家用救生舱的重要组成部分之一，控制系统首先要保证传感器模块的正常工作，传感器能检测到被测量的信息，并能将检测采集到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出；信号调理电路对传感器输出的信息进行放大、滤波、线性化补偿、隔离、保护等措施后，再送入A/D转换器，将电压信号转换成中央控制器可以识别的数字信号；作为控制系统的核心部分，控制芯片（单片机）和电路能接收到经信号调理电路处理过的数字信号，并对信号进行分析处理，将处理后的信号输出到报警器和步进电机；报警器接收到信号，根据信号情况报警与否；步进电机根据信号，保持静止或是启动、停止、正反转。

由于救生舱设计为灾后危险环境作业，舱内环境与外界隔绝，因此在设计控制系统时，就特别要求系统具有较高的准确性，可靠性，可控性以及稳定性使其能够满足在危险环境下能够保证救生舱的正常工作，保护舱内人员的人身安全。因此本文选用了ATmega128单片机作为系统控制核心模块，它属于AVR单片机，稳定性极高。

3 家用救生舱控制系统组成

家用救生舱控制系统主要分成电源模块、传感器和主单片机模块、外部振荡和复位电路模块以及执行模块。其具体组成以及工作流程如图1所示。

图1 控制系统组成及工作流程

这些模块都是以主单片机为控制芯片，外部振荡和复位模块、电源模块是单片机能够正常工作的前提，单片机接收到传感器模块发出的信号，并对其进行分析、处理，并把处理结果输出到执行部件，执行部件做出相应的动作。当ATmega128单片机系统接入电源后，接入二极管，主要是防止正负电源短接。使用LM7805CK稳压芯片，提供系统工作的+5 v电源，如图2所示。电源接口输入交流9 V电源，交流输入后经VD4半波整流，C8，C9滤波，LM7805稳压，C10大电容滤波后直流5 V输出。

控制系统具体电气原理图如图3所示。

图2 电源电路模块

4 传感器选型

温度传感器DS18B20采用的是外部电源供电方式，外部电源供电是DS18B20传感器最佳的工作方式，工作稳定和可靠，抗干扰能力强，而且电路也比较简单。在外接电源方式下，可以充分发挥DS18B20电源电压宽的优点，即使电源电压VCC降到3 V时，依然能够保证温度量精度。

湿度传感器AM2301数字温湿度模块是一款含有己校准数字信号输出的温湿度数字传感器。它使用专门的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。

MQ-2气体传感器模块本设计是利用单片机技术结合A/D转换芯片ADC0804构建一个可燃气体的检测报警器。当环境中的可燃气体或是有毒气体泄漏时，检测元件检测到额可燃气体浓度达到报警器设置的临界点，可燃气体报警器就会发出报警电流信号，来提醒人员作出相应的安全措施。

1-DS18B20温度传感器模块；2-AM2301传感器模块；3-MQ-2气体传感器和报警模块；4-CDM4161气体传感器模块；5-电源模块；6-外部振荡和复位电路；7-步电机模块

图3 控制系统电气原理图

图4 MQ-2软件设计流程图

CDM4161传感器模块atmega128单片机具有8路10ADC，使用单片机端口PF0引脚读取CDM4161引脚2输出的模拟信号，并将其转换为数字信号；同时引脚3与继电器Relay相连，输出高电平时报警器报警。

5 结论

论文分析了家用救生舱控制系统的物理机制，对硬件软件等各个模块的设计，建立了控制系统的理论模型，并对各个模块元器件进行分析筛选，最终详细阐述了家用救生舱控制系统，分析比较了系统各项需求和一同实现原理的特性特点；针对家用救生舱应急救援使用环境特殊性，分析了相应的控制系统功能特性，对其进行功能定位；根据控制系统功能需求及定位建立控制系总体方案，对总体方案进行功能模块划分和优化设计。

基金项目

江苏科技大学青年科研基金，张家港校区青年科研基金。

参考文献

[1]艾长波.矿用救生舱国内外发展概况[J].船舰防化，2012（6）：5-8.

[2]高广伟，张禄华.煤矿井下移动救生舱的设计思路[J].中国安全生产科学技术，2009（8）：162-164.

[3]佚名.MineARC System [EB/OL].http：//.au/product/coal-mines/12-cshs.

[4]鲁慧.基于atmega128单片机的运动控制系统的设计与实现[D].信号与信息处理，2007.

[5]刘鸣，车立新，陈兴梧，赵煜.温度传感器DS18B20的特性及程序设计方法[J].电测与仪表，2001（10）.

[6]丁喜波.电容式湿度传感器测试方法与测试系统研究[D].测试方法与测试系统研究，2005.

[7]何诚刚.基于单片机控制的二氧化碳浓度测试计[J].电子设计工程，2009（5）.