传感器原理及应用课程设计报告

传感器原理及应用课程设计报告一、设计题目：1.基于AD590的温度检测系统。2.光电计数器的设计。二 要求:1.温度检测系统所要达到的功能：（1）测温范围55150。（2）所需电路原理图，放大电路部分，A/D转换部分，显示电路部分通过查阅资料，文献，自行设计。（3）明确设计目的2.光电计数器所要达到的功能(1) 数码管可以显示产品个数（0-99），自由设定产品报警个数（比如 8），当产品数目是8的个数时，发出报警（蜂鸣器响）。(2) 独立设计电路，应包括单片机小系统、红外光电开关、数码管显示部分。三设计方案： 根据指导老师要求需要将两个设计题目整合到一个系统中。经过分析和查找大量的资料以及同组成员的讨论，得出以下设计方案：1.选择STC89C52单片机作为主控芯片。该芯片有32个I/O口，两个外部中断入口，两个定时计数器。可以实现此系统。2.选用AD590作为温度传感器。AD590工作原理及特性：（1）其输出电流是以绝对温度零度(-273)为基准,每增加1,它会增加1A输出电流,因此在室温25时,其输出电流Io=(273+25)=298A。（2）可测量范围-55至150。（3）供电电压范围+4V至+30V。精度高。（4）AD590 共有I、J、K、L、M 五档，其中M 档精度最高，在-55+150范围内，非线性误差为0.3。本次选用AD590JH，其非线形度+-1.5度测量范围-55+150。（5）AD590封装及典型电路Vo的值为Io乘上10K,以室温25而言,输出值为2.98V(10K298A)。 量测Vo时,不可分出任何电流,否则量测值会不准。3.由于AD590输出为电流量单片机不能直接读取，因此需要通过串联电阻将电流量转换为电压量，在由模数转换芯片AD0804将电压量转换为其对应的数字量，然后通过软件将采集到的电压量转化为温度进行显示。AD0804工作原理及特性：（1）AD0804引脚图（2）ADC0804 电气特性： (1) 高阻抗状态输出 (2) 分辨率：8 位(0255) (3) 存取时间：135 ms (4) 转换时间：100 ms (5) 总误差：-1+1LSB (6) 工作温度：ADC0804C为0度70度；ADC0804L为-40 度85度 (7) 模拟输入电压范围：0V5V (8) 参考电压：2.5V (9) 工作电压：5V (10) 输出为三态结构 （3）AD0804引脚功能：1 (CS )引脚：Chip Select，与RD、WR 接脚的输入电压高低一起判断读取或写入与否，当其为低位准(low) 时会active。 2 ( RD ) 引脚：Read。当CS 、RD 皆为低位准(low) 时，ADC0804 会将转换后的数字讯号经由DB7 DB0 输出至其它处理单元。 3 (WR ) 引脚：启动转换的控制讯号。当CS 、WR 皆为低位准(low) 时ADC0804 做清除的动作，系统重置。当WR 由01且CS 0 时，ADC0804 会开始转换信号，此时INTR 设定为高位准(high)。 4引脚和19引脚(CLK IN、CLKR)：频率输入/输出。频率输入可连接处理单元 的讯号频率范围为100 kHz 至800 kHz。而频率输出频率最大值无法大于 640KHz，一般可选用外部或内部来提供频率。若在CLK R 及CLK IN 加上电 阻及电容，则可产生ADC 工作所需的时序，其频率约为： 5 ( INTR ) 引脚：中断请求。转换期间为高位准(high)，等到转换完毕时INTR会变为低位准(low)告知其它的处理单元已转换完成，可读取数字数据。 6引脚和7引脚(VIN(+)、VIN(-)：差动模拟讯号的输入端。输入电压VINVIN(+)VIN(-)，通常使用单端输入，而将VIN(-)接地。 8 (A GND) 引脚:模拟电压的接地端。 9 (VREF2) 引脚模拟参考电压输入端。VREF 为模拟输入电压VIN 的上限值。若PIN9空接，则VIN 的上限值即为VCC。 10 (D GND) 引脚数字电压的接地端。 11 18 (DB7 DB0) 引脚转换后之数字数据输出端。 20 (Vcc) 引脚驱动电压输入端。 （4）AD0804典型接线图频率计算方法是Fck=1/（1.1*R*C）以上图为例R=10K，C=150PF则其内部转换频率是Fck=1/（101*10K*150PF）=606KHz更换不同的R,C值会有不同的转换频率，而频率越高代表速度越快。R,C的组合，务必使频率范围在100KHz1460KHz之间。（5） AD0804时序图1. 首先CS片选端拉低AD0804时能2. 第三引脚（WR）来一个下降沿脉冲，开始进行模拟/数字信号转换3. 转换完毕后AD0804中断输出引脚INTR将高电位将至低电位4. 装换完成后在CS低电平期间AD0804第二引脚来一个下降沿脉冲读取AD转换结果5. 光电计数器采用反射式光电开关。光电开关有以下几种：HQf*M i-V fS 0槽型光电开关黑龙江物联网4t,snLlC&O把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。黑龙江物联网*|A h%Z4kL对射型光电开关若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。反光板型光电开关 黑龙江物联网;G)!P1ed7b反光板型光电开关黑龙江物联网;G)!P1ed7bW;aj,i1 把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。黑龙江物联网:E3K-t U);?4s |光电开关在没有障碍物遮挡时输出为高电平，当有障碍物遮挡时输出为低电平。因此可将光电开关输出引脚接到单片机的外部中断引脚。每检测到一次物体单片机产生一次中断计数值加一。黑龙江物联网Wj%g z7扩散反射型光电开关它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的。当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关信号。综合考虑本次设计采用反光板型光电开关。5.采用四位数码管显示数据。采用动态显示。 数码管前两位显示温度，后两位显示计数值和设定计数上限值（两种数据分时显示）交替显示。6.通过四个独立按键设置计数报警值。只有在按下K1键才可以设定产品报警个数。每按一次K2设定值加一，加到100自动清0。每按一次K3设定值减一，减到0再按一次设定值为99。按下K4保存设定值并退出设置模式。7.按照数据手册单片机，AD590，AD0804数码管均采用5V电源供电即可正常工作。四.具体实现1.系统组成框图如下：按键电源时钟复位电路数码管显示电路光电开关AD0804AD590 STC89C522.原理图见附录。五各部分定性说明以及定量计算：电路分析AD590的输出电流I=(273+T)A(T为摄氏温度),因此量测的电压V=(273+T)A 10K= (2.73+T/100)V。为了将电压量测出来又需使输出电流I不分流出来,我们使用电压追随器其输出电压V2等于输入电压V。 利用可变电阻分压,其输出电压V1需调整至2.73V。 接下来我们使用差动放大器其输出Vo为 (100K/10K)(V2-V1)=T/10V。如果现在为摄氏28度,输出电压为2.8V。 六调试： D590串联10K电阻供电电压为4.82V（供电电压5V由于压降减为4.82V）输出电压与理论值相差很大，测试时室温约20C输出电压理论值应为2.93V。但是实际输出只有2.62V，而且输出电压不会随AD590温度的升高而升高。此现象不正确。多次检查电路，电路连接正确。检查不出电路有错误，又详细阅读AD590的数据手册。结论是AD590连接正常。经过认真思考并与同组队员讨论决定加大AD590的电压。加到12V电压试验输出正常。最后改变电路，给AD590供12V电压。后又经反复测试，发现AD590供电电压只要大于5.5V就能工作正常。七设计心得体会：实验是检验真理的唯一标准，虽然AD590传感器手册制出指出 AD590的工作电压430 V。实际情况并不是这样。供4.8V电压不能正常工作。如果只是读数据手册而不动手做实物是不可能发现这些问题的。.八参考文献：单片机原理.接口技术及应用（含C51） 主编 杨学昭 王云东西安电子科技大学出版社电子技术基础（模拟部分） 主编 康华光 高等教育出版社10