时间：2023-02-22 11:41:44
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇传感器设计论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：测力传感器，应力集中，精度，灵敏度
一、概述
对于电阻应变片式测力传感器（以下简称“测力传感器”）来说，弹性体的结构形状与相关尺寸对测力传感器性能的影响极大。可以说，测力传感器的性能主要取决于其弹性体的形状及相关尺寸。如果测力传感器的弹性体设计不合理，无论弹性体的加工精度多高、粘贴的电阻应变片的品质多好，测力传感器都难以达到较高的测力性能。因此，在测力传感器的设计过程中，对弹性体进行合理的设计至关重要。
弹性体的设计基本属于机械结构设计的范围，但因测力性能的需要，其结构上与普通的机械零件和构件有所不同。一般说来，普通的机械零件和构件只须满足在足够大的安全系数下的强度和刚度即可，对在受力条件下零件或构件上的应力分布情况不必严格要求。然而，对于弹性体来说，除了需要满足机械强度和刚度要求以外，必须保证弹性体上粘贴电阻应变片部位（以下简称“贴片部位”）的应力（应变）与弹性体承受的载荷（被测力）保持严格的对应关系；同时，为了提高测力传感器测力的灵敏度，还应使贴片部位达到较高的应力（应变）水平。
由此可见，在弹性体的设计过程中必须满足以下两项要求：
（1）贴片部位的应力（应变）应与被测力保持严格的对应关系；
（2）贴片部位应具有较高的应力（应变）水平。
为了满足上述两项要求，在测力传感器的弹性体设计方面，经常应用“应力集中”的设计原则，确保贴片部位的应力（应变）水平较高，并与被测力保持严格的对应关系，以提高所设计测力传感器的测力灵敏度和测力精度。
二、改善应力（应变）不规则分布的“应力集中”原则
在机械零件或构件的设计过程中，通常认为应力（应变）在零件或构件上是规则分布的，如果零件或构件的截面形状不发生变化，不必考虑应力（应变）分布不规则的问题。其实，在机械零件或构件的设计中，对于应力（应变）不规则分布的问题并非不予考虑，而是通过强度计算中的安全系数将其包容在内了。
对于测力传感器来说，它是通过电阻应变片测量弹性体上贴片部位的应变来测量被测力的大小。若要保证贴片部位的应力（应变）与被测力保持严格的对应关系，实际上就是保证在测力传感器受力时，弹性体上贴片部位的应力（应变）要按照某一规律分布。在实际应用中，对于弹性体贴片部位应力（应变）分布影响较大的因素主要是弹性体受力条件的变化。
弹性体受力条件的变化是指当弹性体受力的大小不变时，力的作用点发生变化或弹性体与其相邻的加载构件和承载构件的接触条件发生变化。如果在弹性体结构设计时，未能考虑这一情况，就可能造成弹性体上应力（应变）分布的不规则变化。这方面最典型的实例是筒式测力传感器（见图1）。
当筒式测力传感器上、下端面均匀受力时，在弹性体贴片部位的整个圆周上应力（应变）的分布是均匀的。当上、下两个端面上受力情况发生变化后，力在两个端面的作用情况不再是均匀分布的，这时弹性体贴片部位圆周上应力（应变）的分布情况就难以预料了。如果筒式测力传感器弹性体的高度与直径之比足够大，弹性体贴片部位圆周上的应力（应变）基本上还是均匀分布。但是，在实际应用中，通常很少能为测力传感器提供较大的安装空间位置，因而筒式测力传感器弹性体的高度与直径之比很难做到足够大，弹性体贴片部位圆周上应力（应变）将不均匀分布，而且不均匀分布的情况随弹性体受力情况的变化而改变。在这样的条件下，弹性体贴片部位的应力（应变）与被测力不能保持严格的对应关系，将造成明显的测力误差。
为了减小由于弹性体受力条件的变化引起的测力误差，有些传感器设计者采取在筒式测力传感器弹性体上增加贴片数量的方法，尽可能将弹性体上贴片部位圆周上应力（应变）分布不均匀的情况测量出来。这样的处理方法有一定的效果，可以减小弹性体受力条件的变化引起的测力误差。但这种方法毕竟是一种被动的方法，增加的贴片数量总是有限的，还是很难把弹性体上贴片部位圆周上应力（应变）分布不均匀的情况全部测量出来，测力误差减小的程度不够显著。
由于弹性体受力条件的变化引起的测力误差的实质是弹性体贴片部位圆周上的应力（应变）的不规则分布，如果能使弹性体贴片部位圆周上的应力（应变）分布受到一定条件的约束，迫使贴片部位的应力（应变）按照某一规律分布，因而使得弹性体贴片部位的应力（应变）与被测力基本保持严格的对应关系，由此来减小因弹性体受力条件的变化引起的测力误差。
对于筒式测力传感器来说，在承载强度足够的条件下，如果将弹性体贴片部位圆周上不贴片的部位挖空（见图2），使得应力只能在未挖空的部位分布，大大改善了应力（应变）不规则分布的情况。或者说，应力（应变）的不规则分布仅仅限于未挖空的部位，并且其不规则分布的程度不会很大。因此，在未挖空的部位粘贴电阻应变片，就能使测得的应力（应变）与被测力基本保持严格的对应关系。
上述处理方法实际上出于这样一个原理：通过某种措施，使弹性体上的应力（应变）集中分布在便于贴片检测的部位，实现测得的应力（应变）与被测力基本保持严格的对应关系，以保证传感器的测力精度。
作者曾用上述方法对筒式测力传感器进行改进。改进前的普通筒式传感器测力误差大于1%F.S.，改进后（局部挖空）的筒式传感器测力误差为0.1~0.3%F.S.，测力精度明显提高。
三、提高应力（应变）水平的应力集中原则
若要测力传感器达到较高的灵敏度，通常应该使电阻应变片有较高的应变水平，即在弹性体上贴片部位应该有较高的应力（应变）水平。
实现弹性体上贴片部位达到较高应力（应变）水平有两种常用的方法：
（1）整体减小弹性体的尺寸，全面提高弹性体上的应力（应变）水平；
（2）在贴片部位附近对弹性体进行局部削弱，使贴片部位局部应力（应变）水平提高，而弹性体其它部位的应力（应变）水平基本不变。
以上两种方法都可以提高贴片部位的应力（应变）水平，但对弹性体整体性能而言，局部削弱弹性体的效果要远好于整体减小弹性体尺寸。因为局部削弱弹性体既能提高贴片部位的应力（应变）水平，又使得弹性体整体保持较高的强度和刚度，有利于提高传感器的性能和使用效果。
局部削弱弹性体提高贴片部位应力（应变）水平的原理是：通过局部削弱弹性体，造成局部的应力集中，使得应力集中部位的应力（应变）水平明显高于弹性体其它部位的应力水平，将电阻应变片粘贴于应力集中部位，就可以测得较高的应变水平。
局部应力（应变）集中的方法在测力传感器的设计中经常被采用，尤其在梁式测力传感器（如弯曲梁式和剪切梁式测力传感器）的弹性体设计中被广泛应用。局部应力（应变）集中方法应用较为成功的当数剪切梁式测力传感器。剪切梁式测力传感器是通过检测梁式弹性体上的剪应力（剪应变）实现测力的，其弹性体的结构如图3所示（为了便于说明问题，这里仅以一简支梁式的弹性体为例）。
由材料力学中有关梁的应力分布知识可知，当梁承受横向（弯曲）载荷时，在梁的中性层处剪应力（剪应变）最大。如果要检测梁上的剪应变，应该在梁的中性层处贴片。为了提高贴片处的剪应力（剪应变）水平，可将弹性体两侧各挖一个盲孔（见图3的2处），盲孔的中心应在中性层处。电阻应变片应该粘贴在盲孔的底面上，即图3中工字形断面（A－A剖面）的腹板上。
对于梁形构件来说，其弯曲强度是主要矛盾。在一个梁满足弯曲强度的情况下，剪切强度一般裕量较大。当在中性层附近挖盲孔后，该截面上腹板上的剪应力（剪应变）明显提高，然而该截面上的弯曲应力提高很小。因此，剪切梁式弹性体应用局部应力集中方案后，被检测的剪应变大大提高，使该测力传感器的灵敏度显著提高，而对整个梁的弯曲强度影响很小，使整个梁保持了良好的强度和刚度。
四、小结
在测力传感器的设计过程中，如能自觉地按照上述两种应力集中的原则，对弹性体进行结构设计，就能够收到提高测力传感器的测力精度和测力灵敏度的良好效果。灵活、恰当地运用应力集中的原则，对于设计和生产高性能的测力传感器具有重要的实用意义。
参考文献
[1].刘鸿文主编，《材料力学》，高等教育出版社，1979年
PrinciplesofConcentratingStressintheDesignofLoadCells
Abstract:Thispaperintroducestwoprinciplesofconcentratingstress,whichareusually
usedinthedesignofloadcells.Accordingtotheprinciplestheelasticbodiesofloadcells
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
关键词：传感器实验；教学改革；创新人才培养
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)18-31739-01
Experimental Teaching Reform of Sensors Course
ZHANG Huai,Chen Fu-jun,YANG Yong,LIANG Feng
(Huanghuai University,Zhumadian 463000,China)
Abstract:Sensors is a most practical course, the students can verify theories through an experiment, and can strengthen the cultivation of the student’s innovation and practice ability. Aimed at the present situation of the experimental teaching for sensor of our university, we do some beneficial reform and the aim is to improve the practice ability of students and cultivate the innovative talents.
Key words:sensor experiment;teaching reform;cultivation of innovative talents
传感器技术作为现代三大信息技术之一，广泛应用于工农业生产及日常生活中，是测控过程中反映被测对象、保证控制质量的重要一环，也是自动化、测控技术、机械电子等专业的一门实践性和应用性很强的基础课。随着计算机技术，信息技术和网络技术的发展，传感器技术与应用也飞速发展，而传统的传感器教学尤其是实践环节的教学迫切需要改革创新。为此，针对我校传感器实验教学的现状做一些有益的改革，旨在提高学生对传感器原理及特性的理解并进而达到设计和应用的目的，培养高素质技能型人才。
1 我国传感器及实验教学的发展及需求
传感器及智能仪器仪表自上个世纪60年代以来一直作为自动化、测控技术、机械电子等专业的一门专业课程，特别是进入80年代后，国际上出现了“传感器热”：日本把传感器技术列为80年代十大技术之首，美国把传感器技术列为90年代的关键技术，我国把传感器技术列为“八五”、“九五”的重点研究项目之一；并且2003年3月国家教育部紧跟国际科技发展步伐，已将传感器的教学纳入到普通高级中学物理课程的教学体系中。由此可见，传感器在当今科技发展及国民教育体系中所处的重要地位。而对于传感器本身又是一门实践性和应用性很强的学科，而且传感器实验教学是整个教学环节中的一个重要子系统，因此，加强传感器实验教学以适应我国高等教育的任务――培养学生创新精神和实践能力的需求。
2 传感器实验教学的现状
长期以来，理论教学重于实验教学的观念根深蒂固，影响了传感器教学的效果。传统的传感器教学尤其是实践性环节迫切需要改革创新。传统的传感器实验教学的问题主要反映在以下几个方面：
2.1教学中存在不重视实验的倾向
实验教学是理论知识和实验活动、间接经验与直接经验、抽象思维和形象思维、传授知识与训练技能相结合的过程。但是，对传感器实验教学现状的调查结果表明，目前很多高校在教育观念上，仍存在着重理论、轻实践，重理论知识传授、轻动手能力培养的倾向，在课程体系上，实验教学少有独立的教学体系以及相应的学分评价体系，实验课从属于理论课，实验内容含在理论课程中，实验学时与内容的开设随意性强，随意削减实验学时成为普遍现象，实验课时同理论课时比例不太合理等问题，从而大大影响了学生对传感器特性的理解及在传感器应用中解决实际问题能力的培养。
2.2实验项目验证型多于设计型
目前，我系使用的传感器实验装置是由浙江高联科技开发公司提供的CSY2000D型传感器检测技术实验台，它所提供的实验项目大多为验证性实验，虽然各传感器透明式封装比较直观，但缺乏设计性、综合性要求，与工程实践脱节严重。
2.3教学方式单调枯燥
传统的传感器实验教学是注入式的，从实验原理、步骤、实验注意事项，甚至连实验结果都面面俱到地由老师讲解，然后由学生“按方抓药”地操作。这使学生处于消极被动的地位，影响其学习主观能动性的发挥，严重阻碍了学生的全面综合素质的培养。
2.4实验经费投入不足
实验室建设对各高校来说是一项重要的投资，特别是对于一般的普通高校在资金有限的情况下，对实验室的建设投入更少；而传感器又是精密测量仪器，一般单个售价都在50元以上，我系于2003年购置的6台CSY2000D型传感器检测技术试验台就高达1.83万元/台。因此，在资金紧张的情况下，使得高校扩招后由原来的一名学生一台设备，改为2～3人一组，这样在实验过程中往往一个学生做，同组人旁观，教学效果很不理想。
3 改革与探讨
实验教学是高等院校教学的重要组成部分，是对课堂所学理论知识的直观认识和拓展应用，是学生理论联系实际的重要途径，它在培养学生综合素质和创新能力方面有着不可替代的重要作用。因此传感器实验教学必须从理论教学中解脱出来，实验教学应与本课程特点紧密结合，做一次全面的改革：
3.1深化传感器实验教学改革，着力培养学生动手能力
为推进我国全面的素质教育，培养学生创新精神和实践能力，根据传感器实验教学的现状和面临的问题，充分调研，对目前的传感器实验教学进行全面改革：从本科培养计划的约束，到实际实验教学的实施；从教师的教学观念，到学生的实验的目的等各方面都要充分认识到传感器实验在传感器教学中的重要性，在实际实验教学中不断培养学生独立的操作动手能力。
总体上说，注重引导，加强实验考核，使学生普遍对实验重视程度提高，能主动预习准备实验，甚至带着问题进实验室，学生的动手能力明显增强。
3.2切实加强传感器实验室基础建设和科学管理制度
实验器材是开展实验教学活动的基础平台，虽然传感器实验器材价格相对较贵，但也应逐渐增加传感器实验室经费的投入，除了确保正常的教学实验所需各项经费外，还要投入一定经费改进和完善现有仪器设备。同时，还要加强实验室科学管理制度的建设，现在各高校的实验室管理专职人员紧缺，一般由理论课老师来担任实验的教学和实验室管理，其间存在管理漏洞，仪器损坏无法及时维修，严重影响实验教学的开展。因此，传感器实验室要根据本学科的特点和自身条件建立切实可行的实验室管理制度和实验操作规程，逐渐形成较为完整的实验教学管理和保证体系。
3.3加快传感器实验教材的编写
实验教材是提高实验教学质量的重要环节。传感器实验是近几年才在各高校普遍开设，据调查现阶段各高校采用的传感器实验教材都是在厂家提供的仪器使用指南的基础上编写的讲义，缺乏规范性、普适性。根据高校实验教学改革和本学科发展的现状更新充实实验教学内容和教学方法，编写配套的、高水平的传感器实验教材是刻不容缓的。
3.4改革传感器实验教学的内容及方法
3.4.1实验教学内容的改革
为了突出实践教学，培养学生的应用意识、工程实践能力，使学生“消化理论、发展能力”我们对该课程的实验内容进行了较大改革：一方面保留了一些基础验证性实验，如电阻应变、电涡流位移特性、光纤传感器位移特性实验等，使学生通过这些实验，理解传感器的基木原理和特性，消化教学内容；另一方面开设一些设计性实验，如我们利用电阻应变片设计了数字电子秤，以及结合单片机知识设计出自动避障小车和全自动洗衣机控制器等，通过学生自己制作出一些小产品模型，使学生进一步认识到课堂中学过的传感器在其中的限位、距离检测等作用。在教学过程中除了要求学生写出实验报告外还要求撰写设计论文，这样更能够将设计思想、方案论证、技术路线等一些列创造性工作反映出来，同时还可锻炼学生的总结能力，为将来撰写科技论文奠定基础。
3.4.2实验教学方法的改革
实验课是验证理论、应用理论、锻炼学生动手能力的重要环节。在实验指导的方法上,我们进行了一些改革探索，在实验指导过程中,注意因材施教,采用启发式教学方法,提示学生是否有更好的改进方法等等。如电阻应变实验中对电子秤标定时反复调节Rw3、Rw4直至托盘空时电压表显示为0v、200g砝码时显示为0.2v。反复调节最终是可以达到要求，当学生反复调节几次没达到预期要求时可能不耐烦了，这时提示学生根据电阻应变式传感器的测力原理及输入输出特性――线性关系，分析电路中Rw3、Rw4的作用可以看出Rw3起调节放大倍数――即线性关系中的斜率、Rw4起零点参考电压调节――线性关系中的初始值的作用，经过这样比较对应后，很快可以得出这样的快速调节方法：当托盘空时，调节Rw4使电压表显示为零；然后将10个砝码全放入托盘，调节Rw3使电压表显示为0.2v；然后去掉全部砝码记下此时电压表读数v0 (如0.002v)；再将砝码全放入托盘调节Rw4使电压表显示为0.2-v0（如0.198v）；最后再调节Rw3使电压表显示为0.2v即可。通过像这个实验一样的实验教学方法改革,我们认识到如果在每次实验指导中都能够采用启发式的方法启迪学生，发展学生的发散思维能力，那么一定能使学生举一反三，达到学以致用的目的，同时还可激发学生的创新兴趣。
3.5建立科学的实验考核方案
成绩评定方式对于实验教学十分重要，它是这次传感器实验教学改革实施的总体指挥棒。学生最关心的就是成绩，我们要充分利用这一法宝设计较为合理的考核方案，既能达到考察的目的，同时使学生通过试验不仅能很好理解理论知识，还可以培养学生的动手、创新能力。为此，将成绩评价定位在是否理解并灵活应用所学知识，以及鼓励创新思想和创新实践过程，而不仅仅是结果正确与否。在总结多年实验课经验的基础上，采用两种结果验收相结合的形式，一种形式是当面验收，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（包括利用VC、vb、matlab等软件实现对测量数据的分析及相应的改进措施和仿真），这种方式是学生实践活动结果的直观体现；另一种形式是提交撰写设计论文，相对与前者，这种形式更能够将设计思想、方案论证、技术路线等一些列创造性工作反映出来，同时还可锻炼学生的总结能力，为将来撰写科技论文奠定基础。学生的最终实验成绩是这两部分成绩的综合。
4 结束语
关于传感器实验课教学改革涉及面广，环节多，是个比较复杂的问题。我们只是在这方面做了一些有益的尝试，并取得了一定的成功经验。我们改革的目的很明确，就是要让学生感觉到每一个实验都是一次挑战，要想取得成功必须要有充分的准备、严谨的态度、细致的操作和灵活的思维。每一次实验的完成，不仅要让学生的实验能力得到充分的训练和提高，更重要的是要激发学生的主观能动性和创造性。只有这样才能为国家培养出具有较高的全面素质的一流人才。
参考文献：
[1]廖正琴.新课程标准理念指导下的传感器教学初探[J].物理教学与探讨,2003,5:42-43.
关键词:过程控制;人工免疫网络;传感器
生产实践表明测量装置失效是导致连续工业过程控制间断的重要因素之一[1]。因此，对连续工业过程进行传感器置信度评估尤为重要。目前常用的方法有贝叶斯估计法、DS证据推理法、自适应神经网络模糊推理方法(ANFIS)和人工免疫网络法等[2，3]。其中，连续生产过程中的物质能量流模型和人工免疫网络传播模型相类似，所以利用这种关系进行传感器置信度评估已成为近年来自动化领域研究的热点。目前基于人工免疫网络的传感器置信度评估方法主要有:以Ishida为代表的动态识别免疫网络和以Leonard M.Adleman为代表的基于DNA的阴性选择[4-6]。而前者已成功地应用于水泥生产过程的设备传感器置信度评估。但是Ishida动态识别方法中只能处理传感器关系确定的情况。因此，本文引入了传感器关系的非确定性约束，用于连续生产过程传感器之间为非确定关系情况下的传感器置信度评估。
1 传感器置信度评估算法Ishida动态识别免疫网络是在N.K.Jerne系统级识别方法基础上提出的。N.K.Jerne认为在免疫网络理论中，免疫系统由识别集合组成，识别集合中的一些抗原可以被其他抗原激活，并产生抗体;而这些抗体又可以激活其他的抗原。通过这种方式，刺激可以从一个抗原传播到另外一个抗原，直至影响整个网络。对刺激信号的辨识不是一个抗原单独完成的，而是通过抗原相互连接的网络进行的[7，8]。Ishida动态识别免疫网络方法利用传感器之间的约束条件为每个传感器建立测试单元。在用动态识别免疫网络进行传感器置信度评估时，网络主体与传感器相对应，免疫细胞的浓度与传感器的可靠性相对应，网络平衡状态与传感器正常状态相对应，外部刺激信号和测试单元的测试结果相对应。因此，这个网络中的每一个传感器不仅测量工业过程的物理量，还要评估其他传感器的可靠性。在同一工业过程中，温度、压力、流量等传感器的测量值之间既互相独立又互相联系;只要利用简单的工业过程知识就能建立起这些传感器之间具有确定性的约束，所以这种方法实现起来较为简单。这种模型可用图1的结构表示。图1 动态人工免疫网络图中是一个包含n个节点的人工免疫网络Nais(p(i)ais)，i =1，…，n。其中p(i)ais是网络的第i个节点， p(i)ais= {Aais，I(1)ais，I(2)ais，…，I(m)ais}，Aais表示网络中的抗体，I(i)ais表示第i个抗体的独特位。在Ishida的方法中，p(i)ais与工业现场中的第i个传感器的逻辑位置相对应，抗体Aais与传感器实体相对应，抗体Aais的浓度与传感器的可信度对应，独特位I(1)ais，I(2)ais，…，I(m)ais对应m个测试单元。对Aais(Aais∈p(i)ais)的刺激由第i个传感器和其他传感器建立的测试单元对应的独特位I(1)ais，I(2)ais，…，I(m)ais产生。但是，测试单元存在如下缺点[3]:测试单元的结果只能用0，1，-1来表示，不能利用人工经验等一些非确定知识。针对这些缺点本文进行了改进，设计了新型的测试单元。针对Ishida测试单元存在的不足，本文设计了模糊测试单元，使其能够反应传感器数值间的非确定性关系。在动态识别免疫网络中，独特位Iais实际上就是传感器数值Sj和Sk的关系的体现，而这种关系用在模糊论域可分为5个等级:{Sj小于Sk，Sj小于等于Sk，Sj在Sk的附近变化，Sj大于等于Sk，Sj大于Sk}。Sj和Sk之间的模糊关系则代表了动态识别免疫网络中抗体之间刺激的强度。设在t时刻，抗体Aais对应的传感器j通过独特位I(jk)ais收到来自k传感器的刺激为I(jk)ais(t)，则其隶属度为I(jk)ais(t) =∪5l=112πσaisle-(sj-sk-μaisl)22σ2aisl(1)式中I(jk)ais(t)∈(0，1)，两个数列之间的关系是互易的，所以I(jk)ais(t)=I(kj)ais(t);ηaisl，σaisl(l=1，2，3，4，5)是不同等级的隶属度函数的中的常数，由Sj和Sk之间的统计关系决定。由外部刺激引起抗体浓度ri产生变化，可表示为dr(i)aisdt=∑nj=1R(i)aisI(ij)ais∑ni=1R(i)aisξais+r(i)ais(1-ξais) (2)R(i)ais=2arctan(qais·r(i)ais)π(1-Rd)+Rd(3)式中Rd∈(0，1)，经验值取0.001;R(i)ais表示节点p(i)ais对应的第i个传感器的可信度，R(i)ais越大，传感器的可信度越高，由于qais·rais>0，所以Rais∈(Rd，1);ξais为灵敏度系数;qais是网络平衡状态的调节系数，主要作用是传感器网络在正常时的可信度调节在一个合适的范围内。
转贴于 2 参数确定的方法在本算法中，需要确定的参数有两类:一类是式(1)影响对独特位刺激程度的参数μais和σais，另一类是影响网络平衡状态的参数ξais和qais。参数μais和σais主要表征了和独特位对应的测试单元中两个传感器之间的关系。这种关系通常是生产工艺所要求的(或者工业过程特性决定的)。要确定参数μais和σais，首先要获取这两个传感器大量的现场数据，然后以它们相同时刻测量值的差作为样本。μais是该样本的正态分布的均值，σais是该样本的正态分布的均方差。参数ξais和qais影响网络的平衡状态，如图2所示。从图中可以看出:ξais越大，网络对外界的反映就越灵敏，但容易产生误报。qais越大Rais正常状态下就越大;但是，qais过大会造成测量失效状态下的可信度变大，容易发生漏报。参数ξais和qais可以通过学习得到。在传感器正常工作状态下，qais可通过以下公式得到qais(t+1) = qais(t)+αais(Rais-R0) (4)式中αais为步长系数;R0为qais调节时传感器正常状态下置信度的平均值，一般可取0.7。在某个时刻，1732传 感 技 术 学 报2008年能比较试验。ANFIS结构如图4所示，酵罐三个温度传感器，两个作为输入，另外一个作为输出，对传感器输入值的隶属度划分为两个区间:正常和异常。经过训练以后和分别对应于两个输入传感器的“标准可信度”。图4 ANFIS的结构例如，当对于罐顶传感器的置信度评估时，建立2个ANFIS:ANFIS-1:输入为罐顶传感器和罐中部传感器，输出为罐底传感器，w(1)top表征罐顶传感器的置信度。ANFIS-2:输入为罐顶传感器和罐底传感器，输出为罐中部传感器，w(2)top表征罐顶传感器的置信度。那么，罐顶传感器的置信度为w(1)top和w(2)top的平均值。其余两个传感器的评估方法也同样。AN-FIS实验使用和人工免疫网络实验相同的数据，数据窗口大小为30 ks。由于两个实验中的置信度没有可比性，人工免疫网络算法中的置信度来源于人工经验，ANFIS的标准的可信度来源于归一化的权系数。因此，论文比较的是:传感器“故障”引起的其置信度变化率ηt，ηt=| Rm-Ra|Rm(6)式中:Rm表示正常状态下的置信度，Ra表示异常情况下的置信度。对比实验的结果如表2所示，从中可以看出，两种方法结果是一致的，而当偏差数据较大时，ANFIS方法ηt的较大，对故障数据比较敏感，在偏差较小时，人工免疫网络算法的ηt较大，对故障数据比较敏感。因此，人工免疫网络算法适用的数值范围更广一些。表2 对比实验的ηt结果传感器偏差数据/℃人工免疫网络方法ANFIS方法罐顶传感器-0.50 34.6% 57.7%罐中部传感器-0.30 18.1% 4.8%罐底传感器-0.15 6.4% 0.2%
3 结论论文研究了连续过程中传感器具有非确定关系情况下的传感器置信度评估。实验证明:①具有模糊测试单元的人工免疫网络能够使用人工经验对传感器的数据置信度进行评估;②具有模糊测试单元的参数物理意义明显、确定方法简单易行。但是，论文中的算法在某些情况下抗干扰能力较弱。例如，图3(c)所示情况应用单条件的阀值比较的方法输出的结果不稳定，论文将用复合的判决条件的方法在此深入研究。
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关键词：虚拟仪器，发动机，扭矩测量，功率测量
1引言
近年来，随着中国的汽车销售业进入爆炸式的增长，汽车走进了寻常百姓家。论文大全，扭矩测量。2009年，中国乘用车销售首次超过美国，成为世界第一大汽车市场。在一些大城市，汽车的人均占有量很高，如广州平均14人拥有一辆汽车，因此汽车的研发、生产销售乃至维修都进入黄金发展时期。而汽车发动机无论是研发乃至维修阶段，其中主要参数就是发动机的功率和扭矩，它直接决定着汽车的使用性能。再好的汽车，若发动机的功率和扭矩达不到要求，对汽车使用者有最直接的影响。在汽车的维修和二手车交易过程中，发动机的功率和扭矩能否达到发动机所设计的额定状态，通常是一些设备所不能检测的，“亚健康”的发动机对汽车的使用性能有很大影响。这就需要一种设备可以检测出发动机在各种工作状态下的扭矩和功率是否能够达到要求，为发动机的研发与检测维修提供便利。
基于上述原因，笔者设计一款发动机的工况测试系统。本系统采用ADLINK公司的工控机和DAQ2214的数据采集卡，以虚拟仪器Lab VIEW为开发平台。该系统具有可视化效果强，控制方式和数据都可以虚拟显示，省去很多硬件设备，无缝集成强，随时可以添加其它测量参数。电涡流缓速器作为负载，可以模拟实现发动机的各种运行工况。采用拉压传感器进行数据测量，操作者可根据需要自行选择测试方式，测量的数据可以实时保存，需要时还能绘制各种图表。论文大全，扭矩测量。
2 测量原理
扭矩测量的基本方法有能量转换法、传递法和平衡力法。能量转换法按照能量守恒定律测量扭矩，通过测量其他与扭矩有关的能量系数来确定被测量的扭矩的大小；传递法是根据弹性元件在传递扭矩时所产生的物理参数的变化（变形、应力或应变）来测量扭矩的；平衡力法是根据匀速运转发动机的传动轴对外输出一定大小的转矩时，机壳上必定作用一个大小相等、方向相反的平衡力矩来实现测量扭矩。能量法的间接测量因素太多，且误差大，传递法比较复杂。因此根据汽车发动机性能试验方法的要求，本设计采用平衡力法测量发动机的扭矩，而功率则根据扭矩转化过来。具体为：电涡流缓速器作为制动负载与发动机相连，在电涡流缓速器的定子上安装一个长75厘米的标准力臂，力臂的另一端连着YZC-516 S型拉压传感器。当发动机工作时，华泰电源给缓速器加电流，缓速器的定子产生电涡流，由于转子是带磁性的铸铁，运动时产生切割磁力线的制动力，从而实现对发动机施加负载的作用。由力的作用原理可知转子受到制动力，定子就受到反作用力，这反作用力就作用在拉压传感器上。论文大全，扭矩测量。因此将拉压传感器上受到的力测出后乘以力臂就是发动机的输出扭矩，再通过公式转化求出功率。
3 硬件选择、测量原理及传感器标定
本系统的加载设备是M7-35型电涡流缓速器，其最大扭矩3500N·m，额定电流15A，额定电压200V。电源设备系统采用华泰WYK-20030K直流稳压电源，为电涡流缓速器提供加载电流，最大输出电流30A，最大输出电压200V。系统通过软件自动实现从 0-5V控制电压对应电源的电流输出0-30A，实现对电涡流缓速器加载。采用Lab VIEW中的子VI模拟电压输出，可以设置成自动输出或手动输出。在处理数据时，结合0-5V对应的0-30A电流，换算为对应的函数关系式，从而实现对测功机系统的控制。系统开发的过程设置两种加载模式：当系统手动进行测量时，可以通过手动操作给电涡流缓速器加载，从而实现恒扭矩试验；当系统选择自动控制时，系统自动给电涡流测功机施加负载。
转速测量选用磁电式传感器，在发动机的输出轴上安装一个均布60个齿的转盘，把传感器安装在转盘的齿的正对面，使传感器能在发动机运转时采集到交变的毫伏级的电压信号，经过整形放大后转化为0-5V的交变信号，运用Lab VIEW开发平台，用软件的形式进一步整理滤波后，转变为一个0-5V的方波信号。运用Lab VIEW程序中的SINAD Analyzer子VI结合设置的采样率的设置，得出相应的频率f，转速n可以通过公式（1）求出相应的发动机的转速值。
（其中为齿数）（1）
发动机油门的控制是通过步进电机的正、反转实现的，通过位移传感器测量油门的开度，通过接近开关控制油门的最大及最小位置，利用软件实现自动返回运行或自动停止。
拉压传感器的数据采集，当发动机的输出扭矩与电涡流缓速器制动负载平衡时，系统对传感器的压力就是制动力，由于扭矩传感器输出的是毫伏级电压信号，容易受到外界干扰且不便数据采集处理，因此采用隔离放大模块，把输出信号进一步放大，这时经过数据采集卡后，就可以读出单位扭矩下所对应的电压信号，扭矩由公式（2）求出（为扭矩，U为所读电压，a、b为参数）
=a*U+b （2）
由于转速n已经测量出，功率参数Pe也可以根据公式（3）求出
（3）
由于传感器的电压输出信号经过隔离放大模块的隔离放大，需要重新对其所对应量程及所对应的输出到数据采集卡的电压进行标定。在进行扭矩标定时，在电涡流缓速器的标准力臂的另一端加平衡的等长的标准臂，相当于等力臂杠杆，用可以上下自由拉动且能自锁的台架作为加载装置，本试验使用浙江蓝箭称重技术有限公司生产的电子吊秤OCS-XZ-AAE读取所加力的大小（液晶显示电子读数，精度5级，最小显示值0.5kg,最大量程1000kg）。论文大全，扭矩测量。这样每一个加载力就有相应的一个电压值与其对应，连续加载直到达到发动机的最大扭矩值，运用Excel进行标定分析，既可求出公式（2）中的参数，代入公式（3）就可求出发动机的功率。
4 系统设计
根据GB/T 18297—2001汽车发动机性能试验方法的要求，在进行功率、负荷等特性试验时，笔者设计几个子程序。运用Lab VIEW进行软件设计，兼顾可靠性等，可分为试验设置、主程序、通道及参数设置。试验设置包括发动机的参数设置、电涡流缓速器的参数设置、基本参数设置如试验人员、试验条件等数据。主程序见图（1）分为：系统总开关控制、油门控制、报警装置、PID参数设置以及图表绘制等设置。系统总开关控制整个系统，油门控制是控制发动机油门，系统出现问题时主界面会自动报警。PID参数具体程序模块见图（2）：主要是实现对整个发动机扭矩和功率的自动测量。通道及参数设置模块是数据采集通道及传感器参数设置的窗口，通过通道设置，可以规定数据采集卡的采集通道所对应的传感器名称，并对传感器进行标定。论文大全，扭矩测量。
图（1）
图（2）
5 结语
本系统可以实现对发动机的扭矩和功率的稳定测量。在汽车发动机性能试验方法的要求下，可以实现对发动机不同工况下的测试，并保存所测数据或绘制各种工况下的图表。论文大全，扭矩测量。另外还可根据测试系统的要求，添加发动机的其他工况数据。
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关键词：虚拟仪器，发动机，油耗仪，发动机工况
0. 引言
随着中国经济的发展，汽车逐渐走进了千家万户。2009年，中国乘用车产销分别达到1038.38万辆和1033.13万辆，同比增长54.11%和52.93%。中国乘用车销售首次超越千万辆门槛，超过美国，成为世界第一大汽车市场。据统计广州平均十四人一辆车，并且随着经济的持续增长及国家政策的支持，国人购买汽车的数量会进一步增长。另一方面中国2009年进口石油的数量为世界第二位，且随着外部条件的影响，油价持续走高，国内环保意识增强，对汽车的排放及耗油量有进一步要求，“既叫马儿跑的快，又叫马儿少吃草”，在这种要求下，对发动机的耗油量提出了严格的要求，国内汽车普遍采用百公里耗油量。为了得出准确的发动机耗油量，对发动机产品的开发乃至维修都起到很关键的作用，因此本文提出以下课题：运用电涡流缓速器做负载，利用ADLINK公司的工控机和数据采集卡，以Lab VIEW软件作为开发平台，在发动机台架上测量其各种工况参数，从而为发动机产品开发、检测、维修提供依据。在发动机测试的各种参数中，耗油率和耗油量是发动机测试的重要参数，它们的大小决定着发动机的气体排放是否达到环保要求，综合特性是否达到国家标准。而从发动机万有特性图中的等耗油率曲线中也可以很容易找到发动机更加经济的负荷和转速。燃油消耗量的测量是发动机性能试验的重要组成部分，其测量精度直接影响发动机实际性能指标、各项技术参数确定和主要附件的选配及调整等。
1. 硬件系统的设计
1.1传感器的选择
发动机的耗油量有多种测量方式，通常有容积法、重量法等。根据发动机国标的试验方法，需要在稳定的工况下进行测定，容积法就是测量单位时间燃料容积的变化，再通过换算得出耗油量；另一种是称重法，通过连续采集测量燃料的重量，计算出单位时间内的重量变化得出耗油量。由于燃料的密度有差别，同种燃料的密度受温度影响也会发生变化，因此采用测量体积的方法误差较大，本系统采用的是称重法测量单位时间的燃料消耗的质量。论文参考网。称重传感器基于重量与电压的关系设定的。传感器是通过发动机的燃油消耗，改变油耗仪的重量，从而反映在电压信号的变化上。由于称重传感器为毫伏级电压信号，因此在信号采集时，通过一个隔离放大模块，它一方面可以隔离外界信号的干扰，另一方面可以放大信号，使信号大小的变化，更加明显地反应在一定的电压范围内，便于信号采集与处理，由于油耗仪工作的外部环境存在较大的电磁干扰（电涡流缓速器工作电流很大），隔离放大模块两端需加装电容，这样滤波效果会更加明显。另在发动机工况试验台中需配合测量耗油量的其它传感器如扭矩转速等。
1.2油耗仪工作原理
本系统采用油耗仪悬挂在称重传感器下，进油管连接到主油箱，出油管连接到发动机。进油管上转有两位两通电磁阀，通过继电器控制，可以使油路控制通油与截止状态，及充油状态和测量状态。系统设置继电器通控制电磁阀的通断，可以选择自动控制状态，[i]也可选择手动控制状态，达到油路的控制效果。油耗仪上设置指示灯，通过观察指示灯，可以很容易的观察到油路的通断，进而实现智能控制。在系统工作的过程中，有
有公式（1）可以通过密度转换成质量，通过公式（2）可以得出燃料的消耗率。根据实验要求，要在发动机运行稳定一分种后测量数据，且测量燃料消耗的时间不小于20s，根据以上要求，设置数据采集卡的采集一次的时间可以分为1秒、500毫秒、100毫秒不等，然后根据不同的采样时间，设置不同的参数，最终得出发动机在不同状态下的耗油参数。
1.3传感器的标定
本试验所采用的称重传感器是基于重量与电压信号的关系，因此需要通过试验找出其线性关系。将几次试验所采集出的数据，转化成线形关系时，方程往往不能较好的反应出真实的线形关系比，因此这时需要尽可能多的测量几组数据，然后根据这些数据，通过这些数据对传感器进行标定。如图（1）所示
图（1）
2. 软件开发
2.1程序的编制及数据处理
为了便于观察测得数据，我们在程序的编制过程中，添加了Waveform Chart图表，这样不但可以显示时时的测量数据，还能保留历史记录，可以更清楚的观察数据变化的曲线图。为了使测得的数据供以后观察，以方便了解发动机的性能，我们把所测数据保存在EXCEL文档里，添加实验时间等数据，这样我们观察时可以清楚的看到任何时间上的试验结果。为了更好的反映出发动机性能的好坏，有时需要绘制发动机功率特性等各种图表，这时需要把保存的数据读取出来，绘制成图表的形式，本试验设置了这项功能采用XY Graph显示出绘制的图表，具体如图（2）所示程序前面板：
图（2）
2.2安全性控制
由于发动机功率大小不同，耗油也不同，在测试油耗时，需要关闭电磁阀，油耗仪与油箱处于断开状态，这样长时间工作，有可能消耗完油箱里的油，使发动机熄火。这时就要设置安全措施，当油耗仪里的油量较少时，自动报警，在程序前面板上闪烁，提醒操作者打开电磁阀，或使其自动打开电磁阀使其通油，也可以使发动机自动熄火。这样就有利于整个试验系统的安全操作。
3. 抗干扰设计
由于系统工作环境恶劣，既有大电流如电涡流缓速器工作，交流电信号，又有发动机振动等干扰，因此抗干扰设计是油耗仪工作稳定性的重要内容。可以从以下几方面进行硬件和软件抗干扰设计：1）对各种工作线路进行滤波和屏蔽；2）对地线进行抗干扰设计，选用不同的地线；3）对系统采用隔振处理；4）采用软件滤波，滤除干扰数据。论文参考网。
4. 结论
本实验通过采用Lab VIEW作为开发平台，可直观清楚地反映出各种数据，由于采用虚拟的控制按扭，只用鼠标键盘就可以操作整个试验的进行。论文参考网。既能进行发动机的各种工况下的数据采集工作，同时由于系统软件无缝结合，因此可以方便添加其他测量数据，便于后期的开发。
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一、课程教学现状与存在问题
目前传感器的课程内容设置主要有三种:一按工作原理分类讲授，在重点木科高校按照工作原理的讲解居多，这种内容设置系统性好，但传感器种类众多，工作机理复杂，常常涉及物理、机械、电子、材料、化工、环境、地质、核技术等方面知识的交又，对学生相关基础知识的掌握程度要求甚高，不适用于学生基础较薄弱以实践能力培养为主的应用性高等院校。二按被测对，这种分类便于学生理论联系实际，但内容庞杂，知识点系统化存在难度，同一测量参数涉及多类传感器，从课程角度很难一一涉猎。且信息技术发展迅速，内容容易缺乏时效性，对于新型传感器的应用十分考验学生融会贯通、举一反三的能力。三按项目应用，项目应用教学注重学生动手能力的培养，很多教学研究论文都有提及，主要应用于高职高专、应用型木科院校。由以课木理论知识为中心转变为以工程项目为中心，由以课堂教学为中心转变为以实训操作为中心，可以极大提高学生学习兴趣与主观能动性，但容易出现项目实用价值不高、缺乏典型性以及仟务分工与项目实施存在困难等问题。
二、教学改革方式的探索
1.根据物联网专业培养目标整合教学内容
物联网涉及传感、通信与信息处理三个层次，学科交又性强，应用创新是物联网技术的发展核心，传统的传感器课程内容设置不能满足技术创新应用的人才培养目标。从应用出发，将内容模块化。在物联网技术应用中，数据的真实可靠有效是关键，担当数据采集功能的传感器在整个系统的构建中要求学生具备根据系统需求选择传感器的能力，及其对所选传感器应用于实践的能力。
以物联网的典型应用智能家居为构建目标为例，确立数据采集对象，如温度、光照、人体监测、气体等，以其中的气体监测对象为例，不同应用场景需求不一样，传感器的选型也有极大区别，需对气体传感器的分类与工作原理及其主要特性参数有所了解。例如，在厨房，可燃气体的监测，选用前需弄清可燃气体主要成分和安全浓度;若在客厅，空气质量的监测，考虑门窗常开状态，其测量范围与特性参数与卧室门窗常闭的环境亦有所不同。
课堂教学由实际应用案例引出典型传感器，进而解析其选型原因、工作原理、特性参数与使用注意事项。以点带面，内容在于精而不在于多。对于应用型木科院校的物联网工程专业学生来说，理论基础不够扎实，动手能力强，这种教学内容设计便于学生案例重建，提升学习兴趣，主观上愿意深人了解传感器的相关特性及应用，进而举一反三，融会贯通。
2.加强课堂教学形式的组织与教学过程的设计，提升课堂教学效果
课堂教学从案例出发，案例实物演不或者成熟案例视频演不，学生总结案例作品功能，教师从型号、主要参数、工作特性、工作原理、优缺点、使用注意事项等方面着手剖析案例所用传感器，并找出同类传感器，组织学生进行讨论，叙述其是否可替换及其缘由。最后由教师总结该类传感器工作原理、工作特J吐及其选型注意事项等。学生可提前准备相关传感器的资料以备课堂讨论需要，从实际应用出发，模拟案例设计中的方案讨论环节让学生参人设计，提升课堂教学效果。
3.多元化考核，促进学生传感器应用能力的提升
考核分为实践考核和理论考核两大模块。其中理论考核分为平时课前复习提问和期末理论试题考核，平时课前复习提问主要考核学生对上节课重要理论知识的掌握程度;期末理论试题考核以书面形式考查学生对传感器工作原理、基木特性等重要理论知识的掌握程度。实践考核分实验考核和课程设计两部分，实验部分主要针对某一类传感器的应用，例如，霍尔传感器的工作特性测试、霍尔测速等;课程设计要求学生根据指定选题从课题前期资料调研、方案设计、可行性分析、到系统构建、系统调试与测试完成一个传感器应用的系统设计与实现。
论文关键词：热释电，红外传感器，信号处理，开关电路
1引言
目前的照明控制应用最多的还是几年前出现的声光控延时灯具和开关。这种灯具和开关的出现，实现了人来灯亮，人走灯灭，目前已成为照明开关的主流产品。这种产品在某种程度上说确实实现了节能的目的，但同时也给人们的生存环境造成了一定的破坏。由于产品本身性能的限制，这种声光控灯具和开关自动控制的实现需要（超过60分贝）声音的配合开关电路，这就给大众需要的安静环境造成一定的噪声污染。
随着社会的发展和人们对生态环境的重视，这种声光控灯具和开关已慢慢不能满足人们的需要，这就要求更加节能和环保的自动照明控制产品的出现。人体红外传感照明开关控制电路是基于红外线技术的自动控制电路，当有人进入感应范围时，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，自动接通负载，人不离开感应范围，将持续接通；人离开后，延时自动关闭负载。它的出现弥补了声光控技术的缺陷，它的自动控制的实现不需要声音和其他会给环境造成影响的条件的配合，而是人走过时身体向外界散发红外热量最终实现它的自动控制功能。人到灯亮，人离灯熄，亲切方便，安全节能，更显示出人性化关怀，同时因为它是感应人体热量控制开关，所以避免了无效电能的损耗，达到节能效果。
2设计思路及要求
利用BISS0001作为信号处理芯片。
利用热释电红外传感器探测移动人体。
通过对一定环境的监测,能在相应的条件下对移动的人体进行监测。
检测到人体移动时继电器能及时闭合，使LED驱动器打开，LED开始发光。无人体移动时，继电器断开，LED驱动器断路。
能通过市电直接给系统供电而不需要干电池。
探测距离2～3米。
探测角度：水平70°，垂直70°。
3系统方案设计
本系统采用BISS0001芯片作为数据处理及控制核心，将整个电路分为芯片供电电源（包括降压取电线路、单线取电线路与稳压电路）、开关控制线路、热释电传感器、信号处理、负载（LED驱动器）电路等功能模块免费论文下载。图1给出该系统的总体框图。其工作原理就是：在测量范围内无人活动时，整个系统电路除BISS0001芯片及热释电传感器外都停止工作，芯片供电电源是通过电容降压电路取得。当有人活动时，热释电传感器接收到信号经BISS0001芯片处理放大送到开关控制电路，电容降压电路断开开关电路，芯片电源靠变换器产生电路取得，延时一段时间后，在进行热释电传感器检测。
图1 系统总体框图
4.硬件电路的实现
硬件电路是通过热释电红外传感器探测人体的活动，通过BISS0001处理信号，然后通过三极管控制继电器工作，最后达到控制LED灯的目的[6][5]。其具体电路如图2所示。
电路分析：传感信号放大电路采用现有的技术，具体是以集成电路BISS0001为核心组建的电路，主要有电阻R1~R6、R10~R12、电容器C1~C4、C8~C10和二极管D2~D4构成，R12与C4组成开关电路的导通时间的控制。开关控制线路由双向可控硅Q1、电阻R9和电容C12构成。热释电红外传感感器P1的输出端与集成电路BIS0001的信号输入端，即14脚连接，降压取电线路的输出端与集成电路BISS0001的电源输入端，即1脚连接，开关控制线路的输入端，即双向可控硅Q1的控制极通过电阻R9与集成电路BISS0001的控制信号输出端2脚连接，负端LED驱动器在双向可控硅Q1的第一阳极与220V的交流电之间。
单线取电线路为升压变压器T1，变压器T1的初级的一端与双向可控硅Q1的第二阳极连接，另一端接地，变压器T1的次级与稳压线路的输入端连接。
稳压线路有整流器、滤波器和稳压集成电路组成，电路中整流器为二极管桥式整流器BR1，滤波器为电容器C14、C15，稳压集成电路为X7805，桥式整流器BR1的输入端与变压器T1的次级连接，输出端与地线之间并联滤波电容器C14、C15，并与X7805的输入端连接，X7805的输出端与集成电路BIS0001的电源输入端，即1脚连接。
不同的传感信号放大电路有可能要求的电源电压之间，因此与之匹配的单线取电线路（即变压器T1）和稳压线路特别是其中的稳压集成电路X7805，应根据需要提供的电压选用。单线取电线路的输入端与开关控制线路路中的双向可控硅的第二阳极连接开关电路，输出端与稳压线路的输入端连接。
图2 单线接入红外感应电路原理图
5 实验分析
通过对样机实验的验证，单线接入红外感应电路在检测到的范围内，能够迅速地把热释电红外传感器检测到的信号送到BISS0001中进行处理，并控制双向可控硅Q1使LED驱动电路迅速的导通。在无人的条件下，光源断开的节能效果。
该系统是单路控制红外感应电路，可以增加其稳定性；变压器可以把体积变得更小，延时更精确。其优点：被动式热释电红外传感器本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，可以串联进220v电路中，价格低廉。由于BISS0001芯片的特殊设计，对噪声抗干扰能力强，技术性能稳定，较易推广、普及。
缺点：容易受各种热源、光源干扰；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收；易受射频辐射的干扰；环境温度和人体温度接近时，探测灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。
参考文献
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[6]赵玲，朱安庆.智能LED节能照明系统的设计[J].半导体技术，2008，(02) .
关键词STC89C52；传感器；蓝牙；监测
引言
近年来，随着人们生活质量提高，生活环境越来越受到大家的广泛重视，室内环境与人们的健康息息相关，因此提高人们的室内环境意识与完善室内环境监测系统至关重要，同时做好室内环境的监测，对于提高居民生活的舒适性具有十分重要的意义。本文以STC89C52单片机作为系统核心控制器，采用温湿度传感器、灰尘传感器完成环境信息的采集，根据传感器的工作原理，设计相关的硬件电路，将传感器采集的环境信息通过单片机处理后在LCD1602上进行显示；通过按键输入模块实现温、湿度值或者粉尘浓度上下限设置，当测量值达到相应的设定值时，单片机控制相应声光报警提示，同时发出相应的控制信息，借助蓝牙模块实现单片机与移动终端的通信，将相应信息传输到手机，实现对室内环境的监测与调节。
1.系统硬件设计
1.1总体设计在硬件设计方面，主要设计了单片机控制模块、传感器电路模块、液晶显示模块、按键电路、声光报警电路、继电控制电路以及蓝牙通信模块。系统结构框图如图1.1所示：图1.1系统结构框图1.2单片机控制模块本系统使用的是STC89C52芯片，由复位电路和时钟电路组成单片机最小系统。其中晶振Y1采用11.0592MHz，起振电容C2、C3一般采用22pF，当按键s6按下时，系统复位。电路如图1.2所示（见下页）。1.3传感器电路的设计温湿度传感器模块采用的是DHT11温湿度复合传感器，使用时不需要额外增加AD转换模块，本系统在设计时，将DHT11的DOUT端口与单片机的P3.4相连，将采集到的数据信息传送给单片机。电路如图1.3所示：粉尘传感器模块采用的是GP2Y1010AU0F粉尘传感器,该传感器利用光敏原理来工作。其中，粉尘传感器的LED端口与单片机的P2.3相连，当单片机给P2.3一个有效电平时，LED发光。此时开始检测空气中的灰尘浓度，但由于GP2Y1010AU0F粉尘传感器输出的是模拟信号，所以要经过ADC0832才能转换成相应的数字信号，ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，将DI和DO并联起来作为一路输入使用，连接在单片机的P3.7端口上，片选端连接单片机的P3.51.4液晶显示电路设计液晶电路设计采用的是1602字符型液晶，1602LCD是指显示的内容依次为第一行内容是“R:%T:℃60”第二行内容是“PM2.5:ug/m3”。电路如图1.5所示：1.5声光报警电路及驱动电路的设计通过传感器对空气中温湿度的测量，结合程序中给出的上下限值，以PNP型的三极管作为开关使用，当所测得的环境湿度低于所设定的湿度范围的下限值时，继电器吸合则声光报警；如果所测得的环境湿度高于设定的湿度的范围的上限值，继电器吸合控制USB供电，小风扇转动降低室内环境的湿度。1.6蓝牙模块电路设计蓝牙模块采用的是A09HC-05。通过RXD接收从其它设备发来的数据，接在单片机的P3.1引脚；通过TXD发送数据给其它设备，接在了单片机的P3.0引脚。打开手机的蓝牙，搜索到HC-05配对后，即可实现蓝牙与移动终端的结合。蓝牙模块电路如图1.6所示：
2.系统软件设计
在软件方面，程序代码分为主程序部分、头文件部分、LCD显示部分和传感器部分。首先，主函数，确定了按键电路，可以在电路板上实现按键改变温湿度上下限的大小的功能，并且实现了蓝牙与单片机之间数据的发送与接收。LCD显示部分代码确定了LCD1602显示的内容与格式。传感器部分实现了DHT11温湿度传感器对温湿度的采集与显示和灰尘传感器的采集与显示的功能，其中包括将灰尘传感器采集到的模拟量转换为数字量的代码。头文件部分包括所要调用的函数、各个端口的设置以及系统的延时函数。流程图如图所示：
3.结论
本论文通过硬件电路设计和软件程序开发，实现了室内温湿度和粉尘浓度信息的检测，通过LCD1602液晶屏实现信息显示，并结合蓝牙模块实现单片机与移动终端的通信，经过实验分析，能够很好的实现对室内环境的监测功能。
参考文献：
[1]李天成.基于单片机的室内环境监测仪设计与实现[J].滨州学院学报，2012.
[2]刘巍.基于单片机的室内环境监测系统设计.电子制作，2013
【关键词】室内环境检测；ATXmega128A1；甲醛；苯；温度；湿度
1.引言
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，居室装修及家具更新越来越普遍，室内装修和大量使用各种合成板材制作的家具，使室内空气中以甲醛、苯等挥发性有机物为代表的化学性物质的污染成为人们关注的焦点[1]。室内装修、装饰后造成的环境污染已经影响到人们的身心健康，甚至严重地危害人类的健康和生存[2]。因此，本论文设计和实现了一种简单实用，性能可靠的室内环境检测仪，对提醒人们及时改善居住环境条件、保护人们身体健康具有重要的意义。
2.ATXMEGA128A1简介
ATxmega128A1是ATMEL公司推出的强化性能的8位AVR微控制器。它采用第二代picoPower技术，是唯一真正使用1.6V工作电压的闪存微控制器。该器件功耗超低，并拥有丰富的片上资源：2个16路12位的A/D转换器、2个2路12位的D/A转换器、4路模拟比较器、4通道DMA控制器、8通道事件系统、4个SPI接口、4个IIC接口、8个16位定时/计数器、1个RTC和1个AES加密引擎，全部都无需占用CPU资源，能够最大限度减少功耗和提高系统性能。ATxmega128A1微控制器的闪存容量为128KB，采用100引脚的贴片封装，工作电压为1.6～3.6V，32MHz频率下处理性能可达到32MI/s[3]。
室内环境检测仪采用ATxmega128A1作为核心微控制器，使得整个系统器件大大减少，在降低成本的同时又提高了系统安全性和可靠性。
3.系统总体设计
本文所设计的室内环境检测仪，要求一方面可用于检测室内空气中的甲醛、苯等有害气体，另一方面可用于测量室内环境的温度和湿度，并具有时钟的功能。因此，室内环境检测仪的系统总体设计框图如图1所示。从图1中可以看出，在室内环境检测系统中，采用了甲醛传感器模块和苯传感器模块实时监测室内主要有害气体的含量，并将检测到的气体浓度转换为0～3.3V的电压值，然后送给ATxmega128A1微控制器片上的12位AD进行采集，并进行数据处理，得到相应的气体浓度值，接着根据国家对室内气体相关标准，来决定检测的气体浓度是否超标，如果超标，发出报警，并显示在液晶屏上，让居住者防范于未然。温、湿度传感器模块用来检测室内环境的温度和湿度，给居住者作为参考。
4.系统硬件电路设计
系统硬件电路由ATxmega128A1最小系统、苯传感器模块电路、甲醛传感器模块电路、温湿度传感器模块电路、键盘与显示电路、声光报警电路、SD卡模块电路和系统电源模块电路组成。下面仅对部分电路模块进行介绍。
4.1 苯传感器模块电路
测量空气中苯的传感器为MQ135传感器，该传感器使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的SnO2。当传感器所处环境中存在污染气体时，传感器的电导率随空气中污染气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。电路如图2所示，电阻R2用来调节输出的灵敏度。
4.2 甲醛传感器模块电路
甲醛传感器的模块由HCHO传感器（CH2O/S—10）[4]、场效应管SST177和运放OP296、OP90组成。电路如图3所示，其功能为将室内环境中HCHO气体的浓度变化转变为电压信号的变化，并将该信号进行放大输出，从而将对HCHO气体浓度的测量转变为对电压的测量，实现非电量到电量的转变[5]。
4.3 温、湿度传感器模块电路
温、湿度传感器的模块电路采用DHT11温、湿度传感器和DS18B20温度传感器来实现，确保温、湿度的显示有对比性和精确性。DHT11的供电电压为3V～5.5V。传感器上电后，要等待1s以越过不稳定状态，在此期间无需发送任何指令。电源和地的引脚（VCC，GND）之间增加一个100nF的电容，用来退耦。电路如图4所示。
4.4 键盘与显示模块、声光报警电路
键盘与显示模块是用户与环境检测仪进行信息交流的模块，键盘电路由3个小按键组成，显示电路采用Nokia5110液晶显示模块，声光报警电路由高亮的发光二极管、三极管和蜂鸣器组成。
5.气体传感器的标定
为使室内环境检测仪达到预期的性能指标，本文对HCHO传感器和苯传感器进行了静态标定。原理是将已知浓度的被测气体输入待标定的传感器，用万用表测量传感器变送模块的输出电压。对所获得的传感器输入量和输出量进行处理和比较，得到表征两者对应关系的标定曲线，找出它们关系方程并写入程序中。
6.系统软件设计
室内环境检测仪软件设计主要包括按键扫描程序设计、Nokia5110显示程序的设计、A/D程序的设计、SD卡的读/写程序的设计以及温、湿度传感器的单总线程序的设计。下面仅给出系统软件设计总流程图，如图5所示[6—7]。
7.实验测试
表1、表2和表3分别给出了温度、湿度和甲醛的测试数据，其中T为温度，H为湿度，甲醛气体浓度的单位为PPM。从表1、表2和表3的数据可知，该环境检测仪的测量精度较高。
8.结论
环境监测中的甲醛和苯测定主要方法是吸收与化学滴定，难以进入民用领域。对于室内的环境监测，该室内环境检测仪操作简单，方便实用。实验结果表明，该仪器测量结果较精确，基本满足环境参数检测的要求。另外该检测仪的微控制器还有空余通道，可加装其它传感器，如燃气传感器等，以扩大其使用功能。
参考文献
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[4]葛化敏，叶小岭.基于MSP430F449的甲醛检测仪设计[J].工业仪表与自动化装置，2009，03：97—99.
[5]徐湘元，王萍，田慧欣编著.传感器及其信号调理技术[M]，北京：机械工业出版社，2012.
[6]王颢，王芳群，吴琴，王宜用.基于XMEGA的便携式电解质分析仪的设计[J].电子设计工程，2010，18（6）：167—169.
[7]蔡冬霞.基于单片机的环境检测仪设计[J].工矿自动化，2012，03：84—85.
本文为桂林电子科技大学信息科技学院院内科研项目：《智能家居系统设计》的研究成果（项目号：桂电信科B201105）。
作者简介：
易艺（1983—），男，学士，实验师，现供职于桂林电子科技大学信息科技学院，主要研究方向：智能仪器系统。
【Abstract】 The contour measurement by using the light visual sensor in line structure is becoming more and more important in non-contact measurement. The calibration of line structure optical vision sensor is the key of line structure optical visual measurement. Based on the existing calibration method， this paper presents a calibration method based on the block shaped dot target， and gives a mathematical model. The accuracy of the experiment is met with ordinary measurement.
【关键词】线结构光；视觉传感器 ；现场标定方法
【Keywords】 line structured light； vision sensor； field calibration method
【中图分类号】TP391.41 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）05-0163-02
1 研究现状
目前，针对线结构光的视觉测量模型，提出了许多线结构光传感器的标定方法。主要有Dewar R提出的拉丝标定法[1]，段发阶等提出了锯齿靶法[2-3]，Huynh、徐光v和魏振忠分别提出了利用交比不变性原理获取光平面标定点的标定方法。周富强、张广军等人提出了基于平面参照物的标定方法，简化了标定设备，适合现场标定，但每次标定时需多次改变激光光条与平面标定参照物的位置，增加了标定的复杂度。后来，周富强和魏振忠等先后提出了利用一维靶标上距离已知的特征点之间的距离约束，实现线结构光视觉传感器的结构参数标定的新方法，但标定点获取的个数和精度受到限制。
2 线结构光视觉传感器的数学模型
3 线结构光视觉传感器的标定
3.1 标定靶标的设计
根据线结构光视觉传感器的数学模型可知有8个未知系统参数，需要至少4个非共线对应点。由此，设计了方框型圆点靶标，用来获取标定时所需要的高精度的标定点。该靶标由相互垂直的四个刚性平面构成，四周光刻半径为4mm，相邻间距为20mm的标靶圆点，分别以中间靶标圆点的中心为定位点定位在靶标框的直角顶点处。调整靶标使激光光平面与靶标圆点中心所在平面一致，如图1所示。
3.2 系统参数的标定
按照图2所示系统结构安装调整摄像机1和摄像机2使靶标圆点能在其中成全像，并且由线结构光视觉传感器的数学模型可知，靶标圆点的图像坐标也不能在同一直线上。
4 试验
标定精度主要从单点的定位精度进行验证。用标定好的两台摄像机采集验证点的图像，并根据如图3所示，其中，实际坐标用“O”表示，测量坐标用“+”点表示，其对比误差在0.2mm以内。
5 结论
建立了基于线结构光视觉传感器测量轮廓截面积的数学模型，提出了一种基于方框形共线圆点靶标的线结构光传感器系统参数的现场标定方法。该方法只需要调整标定靶标使其特征圆点的中心平面与线结构光平面在同一平面内，即可通过一次靶标图像采集，计算出线结构光视觉传感器的系统参数。目前，关于如何调整光平面使其与基准平面在同一平面内还没有简便有效的方法，可进一步研究来提高精度。
【参考文献】
【1】段发阶.一种新型线结构光传感器结构参数标定方法[J].仪器仪表学报，2000，21（l）：105-110.
