购物车(0)
传感器设计论文篇1
基于有限元的相关理论，首先对标定装置的机械结构建立模型。黄色部分为标定装置，蓝色部分为电场传感器。然后，对几何模型进行单元剖分、加载，可求解出标定装置两极板间的电场分布情况。根据求得的电场分布情况，可进行标定装置结构参数的设计。在计算求解过程中，改变加载在两极板间的电压，使两极板间形成的电场强度的理论值始终为20kV/m。被标定的场磨式电场传感器外壳直径8cm，感应片直径6cm，传感器外壳与标定装置的下极板接触。
2.1标定装置极板间距和极板直径对电场的影响研究
在标定装置的设计上，受限于被检电场传感器的尺寸，以及要考虑标定装置的便携性，把标定装置的极板直径L固定为16cm。在L固定的条件下，分析两极板间距H对极板间电场强度的影响，并以此确定极板间距H。依照图2所建立的模型，取H值分别为1cm,2cm,3cm,4cm和5cm,，。横坐标是电场传感器感应片距离标定装置中心的横向距离，单位为m；纵坐标是感应片某一位置处的电场强度，单位是V/m。同时，在感应片的敏感范围（x<0.03m）内，电场强度并非恒定值，而是随着与标定装置中心距离的增加发生了畸变。图6为极板间电场强度实际值的畸变情况。理想情况下，在感应片的敏感范围内，电场强度应保持不变，但由于标定装置中极板边缘效应的存在，使得感应片敏感区域内的电场不是一个恒定值，距离电场传感器的外壳越近，畸变程度越大。定义在感应片敏感范围（x<0.03m）内各个位置处电场强度的平均值与理论值之比为电场强度的畸变率，并用该值来衡量电场强度的变化程度。畸变率越小，说明所产生的电场越接近均匀分布。综上，在极板直径固定为16cm时，极板间距为5cm时，电场强度的实际值与理论值最为接近，且在电场传感器感应片感应区域内电场的畸变最小。同时，在保证H/L小于0.5的条件下，极板直径L对实际电场的影响非常小。
2.2传感器外壳与标定装置的相对位置研究
当标定装置与被检电场传感器配合不好时，容易使被检电场传感器相对于标定装置发生倾斜。模型中，极板直径为16cm，极板间距为1cm，倾斜角度为1.5°。标定装置的倾斜，会对被检电场传感器感应片上方的电场分布造成较大影响。图9是基于图8的倾斜模型计算得到的感应片上方的电场强度的横向分布。由于相对倾斜后，模型不再对称，因此分析了整个感应片上方（-3cm~3cm）的电场强度的横向分布，并将结果与没有相对倾斜时的感应片上方电场分布作了比较。被检电场传感器与标定装置在相对倾斜角为1.5°时的电场的畸变情况，比没有相对倾斜时严重。有相对倾斜时，感应片上方电场分布更加不均匀，因而被检电场传感器与标定装置间的相对倾斜会对标定结果产生较大影响。在标定装置设计中，应使标定装置与被检电场传感器的外壳的直径尽可能接近（极限情况是外径与孔径的差值为零），以使得两者紧密结触，从而保证被检电场传感器与标定装置之间不会发生相对倾斜。
3便携式标定装置的优化设计和实验结果分析
当输出为-3kV至+3KV的可调直流电源加在两极板上时，两极板间的电场强度理论值的范围为-60kV/m~+60kV/m。使用在标准标定装置中标定好的电场传感器测量本文工作中所设计的便携式标定装置中的实际电场。实测电场强度与所加电源电压之间有良好的线性关系，同时，实测电场小于理论电场，两者的比值约为0.92，这与给出的仿真结果吻合。在野外的实际标定过程中，保持被检电场传感器与标定装置的位置不变，使得电场强度理论值与实际值的比值保持不变，在此基础上，可以通过加在两极板间的电压计算出电场强度的理论值，计算出电场强度的实际值。然后，通过电场强度实际值与被检电场传感器输出值两者间的关系，计算出被检电场传感器的灵敏度，实现对被检电场传感器的标定。经过较长时间的现场使用，所研发的便携式标定装置能够方便、快捷地对场磨式电场传感器进行校准。目前，该校准装置已经应用于中国电力科学研究院特高压直流实验基地高压直流输电线路地面合成电场测量系统中，并已取得了良好的效果。
传感器设计论文篇2
随着机器人技术和复杂检测系统的出现，人们对触觉传感器提出了更高的要求。随着触觉阵列规模的扩大，希望A/D转换速度加快，而原先在小规模阵列触觉传感器系统中采用的共用A/D转换器的方法，已不能满足大规模阵列触觉传感器信号采集实时性的要求。因此，要想实现高速、高分辨率并且对小信号敏感的大规模阵列触觉传感器信号采集系统，关键部件就是A/D转换器。
本文利用混沌帐篷映射方法和开关电容（SC）技术，设计了一种新型A/D转换器。该A/D转换器的电路具有调理放大、误差补偿和A/D转换功能一体化的优点，并且电路简单、便于集成、功耗小；能以很高的性能价格比实现多路触觉传感器输出信号的并行采样和A/D转换。
1阵列触觉传感器信号采集系统的组成
模拟式阵列触觉传感器信号采集系统的原理电路见图1。该系统由m×n阵列传感器、列读取电路、行扫描电路、n个ADC电路、时序控制电路和计算机等组成。在时序控制电路的控制下，行扫描电路对m行阵列触觉传感器发送周期性激励信号；而列读取电路则周期性地并行读入n列输出信号。读n个信号经n个A/D转换器，把模拟信号转换成格雷码序列直接送到计算机；计算机完成格雷码向二进制码的转换，接着在时序逻辑的控制下，读取下一行的n列信号并进行A/D转换。计算机在获得1帧m×n触觉传感器信号后，就可以进行信号处理了。图1中除A/D转换器需要特殊设计外，其余各电路都有现有的产品，没有特殊要求。
2混沌开关电容A/D转换器的设计
2.1混沌开关电容A/D转换的原理
利用开关电容技术进行误差补偿的基本原理是电荷的再分配。电容失配误差利用开关转换储存起来，结果由电容上电荷的再分配而得到补偿。混沌帐篷映射是一种离散非线性系统，其映射关系为：
这一映射可以看到由两步组成：先将区间[0,1]伸长2倍，然后再压缩成原区间[0,1]。如此反复迭代操作，最终导致相邻点的指数分离，从而进入混沌状态。这种映射对初始值（系统的输入信号）的放大与通常的线性放大方法不同：线性放大倍数为一常数，而且受工作范围限制；而处于混沌状态的帐篷映射系统，是在有界的区间内，迭代1次将信号放大2倍，反复有限次迭代后，可以将微弱信号放大到可观测的水平，而不会出现溢出再现象。显然，这是一种非线性放大。帐篷映射系统的输入值Vin对应于系统的初始状态x0。x0可以二进制小数表示：
为了得到离散帐篷映射的迭代输出与x0的关系，引入另一种非线性映射——离散贝努利移位是映射：
这一映射的作用是每迭代一次，就将二进制位t1、t2、t3、……向左依次移出一个二进制位，即
对于贝努利移位映射，令bn=sgn(x''''n-0.5)，作为贝努利移位映射的第n次迭代输出，由于bn=tn,且bi(i=0,1,2,…)是一个二进制序列；对于帐篷映射，令gn=sgn(xn-0.5)，则gi是与bi对应的格雷码序列，即
根据上述和初始时刻x0=x''''0=Vi，可得：
因此，通过将帐篷映射迭代输出的格雷码序列gi(i=0,1,2,…)，转换成贝努利移位映射的二进制序列bi(i=0,1,2，…)，可推算出初始值（输入信号的二进制数字量），即
式（7）中{Vin}表示输入信号的二进制数字量。gi(i=0,1,2,…)就是经过帐篷映射完成了对输入信号的非线性放大和A/D转换的格雷码形式的数字量。
2.2混沌开关电容A/D转换电路的实现
利用并关电容技术进行电路设计，有其独特的优点：电路的性能与电容无关，只取决于电容之比，两个电容比值的误差小于1/1000，因此电路运算精度高；电路便于实现大规模集成，因而电容体积小、工作可靠、成本低，功耗小（一个开关电容A/D转换器功耗4mW）等。这些优点对模拟式阵列触觉传感器信号采集系统最有利，因此该系统需要大量的ADC。
图2混沌开关电容A/D转换电路
基于帐篷映射的开关电容A/D转换电路如图2所示。运放A1、A2及周围的电路完成帐篷映射，即完成对输入信号的非线性放大和A/D转换；C4、C5、A3及周围的电子模拟开关组成保持电路，输出信号V0为输入信号的格雷码形式的数字量。图3为电路时序控制逻辑。
图2电路，当启动信号为高电平时，电子模拟开关指向“1”端，输入信号Vi接通。延时t1时间后，D触发器产生一个脉冲信号，这时，若0≤Vi≤0.5，则电子模拟开关S1指向“2”端，C1、C3和A2及有关的电子模拟开关构成一个开关电容比例延时器，如图4所示。在（n-1）T时，Vi给C1充电，充电电荷为C1Vi（n-1），C3被短路，V02(n-1)=0;在nT时，C1中电荷转移到C3中，充电电荷为C3V02（n），由电荷守恒原理，其差分方程为：
C1Vi(n-1)=C3[V02(n)-V02(n-1)]=C3V02(n)(8)
式（8）经过Z变换可得该电路Z域传递函数：
H（Z）=V02(Z)/Vi(Z)=(C1/C3)Z-1(9)
若取C3=0.5C1，则有：
H（Z）=V02(Z)/Vi(Z)=(C1/C3)/Z-1=(C1/0.5C1)Z-1=2Z-1(10)
可见，图4的电路具有起放大作用的比例延时功能，实现了对输入信号的翻倍，即实现了y=2x的运算；同时对C4充电，当下一个“o”脉冲为高电平时，C4中电荷转移到C5中，这时开关S0指向“2”端，把输出信号Vo反馈到输入端，给C1充电，实现迭代运算。经过n次迭代后，使Vi信号入大，直到可观测为止。
同理，当0.5≤Vi≤1时，Vi向C2充电，电子模拟开关S2指向“2”端，这时，C2、C3和A2构成另一个开关电容比例延时器，把式（9）中的C1换成C2，就是这个比例延时器的Z域传递函数。“e”脉冲为高电平时，C2中电荷Q=C2Vi转换到C3中，若取C3=0.5C2,就实现了y=2(1-x)的运算；当下一个“o”脉冲为高电平时，C4中电荷转移到C5中，这时开关S0指向“2”端，把输出信号Vo反馈到输入端，给C2充电，实现迭代运算。经过n次迭代后，使Vi信号放大到可观测为止。
这样，经过一个周期T，完成了对Vi一个样点的采集。如此周而复始地进行A/D转换工作。D触发器输出的信号就是格雷码序列：
将gk序列和初始条件b0=Q0代入式（6）中，就得到贝努利二进制序列bk（k=0,1,2,…）。当然，只要把ADC的输出信号Vo(格雷码序列)送入计算机，转换成二进制数字量的工作，可由计算机通过软件来实现。
3实验结果
利用图4的信号系统对5×7应变式微型阵列传感器输出的信号进行非线性放大和A/D转换实验，实验结果见表1。表1中为第4行7个传感器输出信号进行A/D转换的结果。实验结果表明，基于帐篷映射的开关电容A/D转换器可有效地实现对小信号的放大和A/D转换。
4结论
本文利用混沌电路对小信号敏感及它具有的非线性变换的独特性能，设计了混沌帐篷映射开关电容新型A/D转换器。这种A/D转换器适用于机器人模拟阵列触觉传感器输出信号的A/D转换。它集调理放大和A/D转换于一体，具有电路简单、易于集成及功耗小的特点。开关电容电路只有二相时钟，电路性能只取决于两个电容之比而与电容绝对值无关，因而电路运算精度高、成本低。利用该A/D转换器可实现多路触觉信号的并行采样和A/D转换，以满足大规模阵列传感器信号的实时采集要求。实验结果证明了本方法的有效性。
表1A/D转换实验结果
传感器（4，1）（4，2）（4，3）（4，4）（4，5）（4，6）（4，7）
测量值/mV0806718824617025
计算值/mV0.080.266.4187.5242.3168.924.7
格雷码
传感器设计论文篇3
基于IEEE1451.5和蓝牙协议的无线网络化传感器由STIM、蓝牙模块和NCAP三部分组成，其体系结构如图1所示。此方案的实现，相当于在IEEE1451.2的结构模型上取代了原有的TII接口。采用无线的蓝牙协议实现连接，类似于实现了一个无线的STIM和无线NCAP接收终端的模式。通过在原有的STIM和NCAP中嵌入了蓝牙模块，构成的无线NCAP和无线STIM，以点对多点在蓝牙匹克网以主从方式实现相互通信。
与典型的有线方式相比，上述无线网络模型增加了两个蓝牙模块。对于蓝牙模块部分标准的蓝牙对外接口电路一般使用RS232或USB接口，而TII是一个控制链接到它的STIM的串行接口。因此，必须设计一个类似于TII接口的蓝牙电路，构造一个专门的处理器来完成控制STIM和转换数据到蓝牙主控制接口HCI（HostControlInterface）的功能。
3蓝虎无线抄表传感器的设计
基于上述无线传感器结构模型给出的无线抄表传感器的结构原理，如图2所示。整个传感器核心部件是实现数据采集的前端STIM部分和实现网络接口的NCAP部分。STIM完成数据的采集和处理（滤波、校准等），NCAP完成传感器的网络接口，实现对PSTN电话互网连。STIM和NCAP之间用蓝牙无线接口连接。STIM选用8位处理器实现，而NCAP的网络接口通过8位的处理器和内嵌Modem的形式实现。
（1）NCAP部分硬件设计
抄表传感器NCAP硬件部分选用的处理器、蓝牙模块和内置Modem分别是Winbond公司的W78E58处理器、Erricsson公司ROM101008系列蓝牙模块以及OKI公司的调制解调芯片MSM7512B。
图3
由于系统中蓝牙模块接口采用的是RS232串口，同时处理器和内置Modem的通信接口也要用到RS232串口，因此我们选用W78E58处理器。该处理器具有双串口。ROK101008系列蓝牙模块遵从蓝牙1.1规范，是一个点对多点的通信模块。该模块可以同时和在其范围内被连接的7个蓝牙从设备实现数据传输。MSM7512B为OKI公司推出的FSK模式调制解调器芯片，通过设置引脚MOD2和MOD1选择四种工作模式的一种。MT8888C作为DTMF接收器时，DTMF信号从IN+和IN-输入，一旦信息被写入到接收寄存器中，MT8888C将置位状态豁口中接收寄存器满标志位和IRQ/CP端电平来通知控制器准备接收数据；MT8888C作为DTMF发送器时，数据被写入发送寄存器，经内部转换合成DTMF信号从TONE端输出。本处采用中断方式检测DTMF振铃信号。图3为蓝牙抄表传感器NCAP部分的硬件电路原理。
（2）抄表传感器NCAP部分软件设计
抄表传感器NCAP部分的软件设计，主要是在单片机上完成两部分功能的程序编制：一是初始化蓝牙模块，使抄表传感器NCAP部分上主设备模块和所有范围内的从设备模块建立连接；二是驱动MSM7512B和MT8888C工作，实现与PSTN的连接。
①蓝牙模块初始化。参照008蓝牙模块的工作方式，即通过单片机向蓝牙模块发送HCI（HostContr
olerInterface）分组。HCI指令包括指令分组、数据分组和事件分组。具体格式为：操作码+参数总长+参数0+……+参数N。
如下给出主、从设备间实现ACL数据连接的HCI指令（字符对应相应指令的操作码，由前10位和后6位两部分组成，括弧内为该指令的参数）：从设备上电后实现查询使能进行复位Write_scan_enable(0x3)。主设备发送查询HCI指令Inquiry(0x9c8b33,8,0)，假定从设备的地址为0x000000000000,则建立ACI连接的HCI指令为Creat_Connection(0x000000000000,0xcc18,0,0,0,0)。从设备接收连接请求指令为Accept_connection_request(0x111111111111,0)，假定主设备的地址为0x111111111111。这样主从设备之间即建立了ACL数据连接。其中Inquiry对应的操作码为：0x0001,0x01。具体指令参见蓝牙规范。②初始化MSM7512B和MT8888C。首先使能MSM7512B，选择模式1。值得注意的是，复位MT8888C时，必须将上电后延时100ms。具体复位方式参见MT8888C数据手册。
如下给出单片机的初始化程序及外部中断0的服务程序。
/*初始化程序*/
TCON=0x40H;//Timer1使能
TMOD=0x20H;//Timer1为定时器，8位自动重装TH1到TL1
CKCON=0x30H;//Timer1和Timer2时钟为1/12CLOCK
SCON=0x50H//串口0模式1，波特率由Timer2决定
IE=0xD1H;//使能中断（串口1和串口2以及INT0）
SCON1=0x50H;//串口1模式1，波特率由Timer1决定
T2CON=0x34H;//Timer2自动重装RCAP2L到TL2，RCAP2H到T2H
WDCON=0x02H//Watchdog复位使能
TL1=0xFDH;TH1=0xFDH;TL2=0xFDH;TH2=0x00H;
RCAP2L=0xFAH;RCAP2H=0x00H;
/*初始值设置，设置串口1和串口2的波特率为9600bps*/
Init_008();//初始化蓝牙模块
Reset_mt8888c();//复位MT8888C
P1^0=1;P0=0x00H;//使能MSM7512，选择模式1
/*外部中断0的服务程序*/
voidservice_int0()interrupt0
{SendRecord();//传送监测记录……}
（3）STIM的设计
大多数传大吃一惊器的STIM部分设计相对简单，因为电表数据采集的功能比较单一。图4为STIM数据采集部分的原理框图。
硬件设计时，电表数据采集部分和传统的有线方式一样，只是硬件上增加了蓝牙模块作为和上层蓝牙传感器NCAP的无线接口。数据采集部分经光电转换后的数字脉冲接到单片机的计数器口，实现计数，然后将必要的电表数据量送至蓝牙模块。单片机迁移家长普通的8031即可，模块选用的是ROK101008系列。软件上除了要注单片机上完成数据采集的部分程序外，上电时还应该初妈哗蓝牙模块，使模块能够在其有效范围被搜索连接。数据采集部分程序主要是实现对计数器的计数，同时转换成电表参量，然后径蓝牙模块送到NCAP。
传感器设计论文篇4
1、加速度传感器原理概述
加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。差容式力平衡加速度传感器则把被测的加速度转换为电容器的电容量变化。实现这种功能的方法有变间隙，变面积，变介电常量三种，差容式力平衡加速度传感器利用变间隙，且用差动式的结构，它优点是结构简单，动态响应好，能实现无接触式测量，灵敏度好，分辨率强，能测量0.01um甚至更微小的位移，但是由于本身的电容量一般很小，仅几pF至几百pF，其容抗可高达几MΩ至几百MΩ，所以对绝缘电阻的要求较高，并且寄生电容（引线电容及仪器中各元器件与极板间电容等）不可忽视。近年来由于广泛应用集成电路，使电子线路紧靠传感器的极板，使寄生电容，非线性等缺点不断得到克服。
差容式力平衡加速度传感器的机械部分紧靠电路板，把加速度的变化转变为电容中间极的位移变化，后续电路通过对位移的检测，输出一个对应的电压值，由此即可以求得加速度值。为保证传感器的正常工作.，加在电容两个极板的偏置电压必须由过零比较器的输出方波电压来提供。
2、变间隙电容的基本工作原理
如式2－1所示是以空气为介质，两个平行金属板组成的平行板电容器，当不考虑边缘电场影响时，它的电容量可用下式表示：
由式（2－1）可知，平板电容器的电容量是、A、的函数，如果将上极板固定，下极板与被测运动物体相连，当被测运动物体作上、下位移（即变化）或左右位移（即A变化）时，将引起电容量的变化，通过测量电路将这种电容变化转换为电压、电流、频率等电信号输出根据输出信号的大小，即可测定物移的大小，若把这种变化应用到电容式差容式力平衡传感器中，当有加速度信号时，就会引起电容变化C，然后转换成电压信号输出，根据此电压信号即可计算出加速度的大小。
由式（2－2）可知，极板间电容C与极板间距离是成反比的双曲线关系。由于这种传感器特性的非线性，所以工作时，一般动极片不能在整个间隙，范围内变化，而是限制在一个较小的范围内，以使与C的关系近似于线性。
它说明单位输入位移能引起输出电容相对变化的大小，所以要提高灵敏度S应减少起始间隙,但这受电容器击穿电压的限制，而且增加装配加工的困难。
由式（2－5）可以看出，非线性将随相对位移增加面增加。因此，为了保证一定的线性，应限制极板的相对位移量，若增大起始间隙，又影响传感器的灵敏度，因此在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性，大都采用差动式结构，在差动式电容传感器中，其中一个电容器C1的电容随位移增加时，另一个电容器C2的电容则减少，它们的特性方程分别为：
可见，电容式传感器做成差动式之后，非线性大大降低了，灵敏度提高一倍，与此同时，差动电容传感器还能减小静电引力测量带来的影响，并有效地改善由于温度等环境影响所造成的误差。
3、电容式差容式力平衡传感器器的工作原理与结构
3.1工作原理
如图1所示，差容式力平衡加速度传感器原理框图
电路中除了所必须的电容，电阻外，主要由正负电压调节器，四运放放大器LT1058，双运放op270放大器组成。
3.2差容式力平衡传感器机械结构原理
由于差动式电容，在变间隙应用中的灵敏度和线性度得到很大改善，所以得到广泛应用。如图2所示为一种差容式力平衡电容差容式力平衡传感器原理简图。主要由上、下磁钢，电磁铁，磁感应线圈，弹簧片，作电容中间极的质量块，覆铜的上下极板等部分组成。传感器上、下磁钢通过螺钉及弹簧相连，作为传感器的固定部分，上，下极板分别固定在上、下磁钢上。极板之间有一个用弹簧片支撑的质量块，并在此质量块上、下两侧面沉积有金属（铜）电极，形成电容的活动极板。这样，上顶板与质量块的上侧面形成电容C1，下底板与质量块下侧面形成电容C2，弹簧片一端与磁钢相连，另一端与电容中间极相连，以控制其在一个有效的范围内振动。由相应芯片输出的方波信号，经过零比较后输出方波，此方波经电容滤除其中的直流电压，形成对称的方波，该对称的方波加到电容的一个极板上，同时经一次反向后的对称波形加到另一个极板上。
当没有加速度信号时，中间极板处于上、下极板的中间位置C1＝C2，C＝0后续电路没有输出；当有加速度信号时，中间极板（质量块）将偏离中间位置，产生微小位移，传感器的固定部分也将有微小的位移，设加速度为正时，质量块与上顶板距离减小，与下底板距离增大，于是C1＞C2，因此会产生一个电容的变化量C，C由放大电路部分放大，同时，将放大电路的输出电流引入到反馈网络。由于OP270的脚1和16分别与线圈两端相连，当有电流流过线圈时，将产生感应磁场，就会有电磁力产生。因为上、下磁钢之间有弹簧，所以在电磁力的作用下将使磁钢回到没有加速度时的位置，即此时的电容变化完全有加速度的变化引起，同时由于线圈与活动极板通过中心轴线相连，所以在电磁力的作用下，使中间极向产生加速度时的位移的相反的方向运动，即相当于在C的放大电路中引入了负反馈，这样，使传感器的测量范围大大提高。因此，对于任何加速度值，只要检测到合成电容变化量C，便能使活动极板在两固定极板之间对应一个合适的位置，此时后续电路便输出一个与加速度成正比的电压，由此电压值就可以计算出加速度的大小。
4、力平衡传感器实际应用
哈尔滨北奥振动技术是专门从事振动信号测量的专业公司，它们应用这种差容式力平衡原理开发出的力平衡加速度传感器实现的主要性能指标如下：
测量范围：±2.0g，±0.125g，±0.055g
灵敏度：BA-02a:±2.5V/g、±40.0V/g
BA-02b1:±40.0V/g（差动输出）
BA-02b2:±90.0V/g（特定要求，高灵敏度）
频响范围：DC-50Hz（±1dB）
绝对精度：±3％FS
交叉干扰：小于0.3%
线性度：优于1%
噪声：小于10μV
动态范围：大于120dB
温漂：小于0.01%g/g
传感器设计论文篇5
任务1：制作防盗报警器．任务2：制作位置传感器．任务3：制作模拟电梯关门控制电路。
3问题与方案
通过阅读教材与实验探究完成以下问题：（1）什么是霍尔效应及应用？（2）单、双干簧管的检测方法有哪些？（3）磁敏元件在控制电路中起什么作用？（4）用干簧管与霍尔开关设计、制作简易的磁敏传感器．能画出方案图并说出工作过程．
4探究过程
4.1熟悉器材
具体器材如下：磁敏元件，稳压电源，负载［电位器、定值电阻、12V或6V直流电动机、蜂鸣器、小灯泡、SRD－05V或JZC－23F（12V）的直流电磁继电器］，MF－47型万用表，DT830B型数字万用表，逻辑非门74LS14或74LS04，三极管（S9013，S9018，S8050等），面包板等．
4.2实验探究
4.2.1制作防盗报警器
利用干簧管、电磁继电器、霍尔开关、非门的特点进行设计．所做的作品和市场销售的“门磁”相同，灵敏度高，简单实用，形象、直观地演示了磁敏传感器工作原理及磁控开关的应用．（1）干簧管与继电器制作的防盗报警器，小灯泡为“6．3V，0．15A”，根据负载选取电源电压，J和Ja是5V继电器，J为线圈，Ja为常闭触点．将小磁铁嵌入在活动门的上方边缘上，将常开干簧管嵌入在门框内，让两者相对靠近，即门处于关闭状态，此时干簧管内两簧片闭合．接通电路，继电器线圈得电，常闭触点Ja动作断开，工作电路不接通；当有人开门时，磁铁与干簧管远离，两簧片断开，线圈失电，Ja触点释放复位闭合，工作电路接通，蜂鸣器发声报警，红灯亮．（2）干簧管与非门制作的防盗报警器，采用74LS04非门，R为2．2kΩ电位器或电阻箱，首先按图将元件接插在面包板上，接上5V电压，再调试电位器R，当其阻值在1～2kΩ时，蜂鸣器发声报警，然后用小磁体靠近干簧管，报警声停止．本电路工作过程为：当门关闭时，永磁体使干簧管接通，非门输入端A与电源负极相接，处于低电平，则输出端Y为高电平，蜂鸣器不发声；当开门时，没有磁场作用，干簧管不通，非门输入端A高电平，则输出端Y低电平，蜂鸣器通电发声报警．（3）制作霍尔防盗报警器，R为5kΩ电位器（或电阻箱），采用74LS04非门，首先按图将元件接插在面包板上，接通5V电源，调试电位器，当R为2～4kΩ时，蜂鸣器发出报警声，再将小磁铁靠近霍尔开关平面，报警声立刻停止．本作品在生活中应用是：将小磁铁固定在门的上方边缘上，将霍尔开关固定在门框的边缘上，让两者靠近，即门处于关闭状态，霍尔开关输出为低电平，非门输出端Y为高电平，蜂鸣器达不到工作电压不报警；当门被撬开时，霍尔开关输出为高电平，非门输出端Y为低电平，蜂鸣器接通发出报警声．
4.2.2制作干簧管位置传感器（自动停车的磁力自动控制电路）
用于玩具车接近磁铁时自动切断电源的自动控制电路，电源电压3～4．5V，R为200～500Ω电阻，M为6V直流电动机，VT为三极管9013，8050，9012等．开启电源开关S，三极管VT基极有偏置电流，VT处于饱和导通状态，玩具直流电动机M转动．当磁铁靠近H时，触点闭合，将基极偏置电流旁路，VT截止，电动机停止转动，保护了电动机及避免了大电流放电．
4.2.3制作模拟电梯关门控制电路
参考电路，VT为三极管9012，9014，9013等，J为12V电磁继电器，小灯泡为6．3V，接6～11V电源，按图接插电路元件，调试电位器，当R2阻值达到8～10kΩ，R1达到2．2kΩ，电流达到45mA时，用磁铁靠近霍尔开关，电流达到50mA时再微调R2与R1，电流稍高于50mA时，线圈得电，触点动作，电动机转动，绿灯亮；磁铁离开时，电动机停转，绿灯熄灭，同时红灯亮，蜂鸣器发声报警．模拟了电梯门关闭时，电梯才能运行，不关闭时红灯亮，蜂鸣器报警，此电路灵敏度高、可操作性强。
传感器设计论文篇6
随着我军信息化进程的不断深入，已经逐步建立了信息驱动的作战方式。在信息化作战中，有效地获取、传输、处理、应用信息已成为取得战斗胜利的基本要求。由于我军信息化的历史较短，还缺乏对信息从生成到使用的深入理解。我们认为信息化应该是分阶段完成的，其首要阶段是以信息化来改造传统的作战流程，使传统方式更精确、有效；然后在获取信息使用经验的基础上，再以信息效益为目标来构造新的作战方式，从而进一步提升信息化水平。目前，我们还只是处于信息化的初级阶段，获取广泛的战场目标信息仍然是首要任务，急需把精确、全面的战场信息用于指挥作战流程中。《传感器数据融合》就是在这样的背景下设计的研究生课程，该课程面向多传感器、多目标的战场环境，用数据融合的方法，以形成目标的统一状态信息为目标，为指挥作战提供基本的信息支持。
随着通信技术多年的发展，战场信息传输问题已大为改善，但是，大量未经有效处理的、冗余的传感器信息不仅耗费宝贵的传输资源，所带来的信息垃圾问题极大地影响了战场信息系统的效能。有效地信息处理是战场信息系统形成体系作战能力的关键。信息化过程要求向更高的数据应用层面深入，在此过程中通信是实现信息化的基础，有效的信息应用则是信息化的目标，加速战斗力生成迫切需要信息处理技术的快速发展。目前军校研究生教育正在向“应用型”转变，强调“技指合一”，《传感器数据融合》课程恰逢其时，用多传感器信息处理技术满足指挥中面临的数据和信息需求。《传感器数据融合》不仅是战场信息处理所必须的技术，对于通信与抗干扰专业方向的研究生而言，分布式的信道估计、频谱感知和认知无线电的核心理论也是属于传感器信息处理。传感器数据融合侧重于数据处理，强调多学科的交叉，帮助学生建立从数据获取、传递、处理的完整流程。现有教材大多数局限于雷达数据处理或图像处理等方面，难以引起通信专业研究生的兴趣，所以我们认为，应该从各类传感器数据处理中提炼共性的理论问题，将数学基础知识的介绍与实际应用背景相结合，使学生在拓宽研究生数学知识面的同时，了解战场信息处理的需求和战场信息系统的发展。
一、课程目的
“课程是由知识、技能及与之相应的学生的活动组成的”。［1］针对战场信息处理中目标对象的状态信息获取，必须利用数据融合的方法，完成多传感器数据的互补和去重，为态势形成提供基础数据。传感器数据融合不仅是战场态势感知和威胁评估的基础，在物联网、传感器网络、认知无线电、通信抗干扰等领域也有广泛地应用。将信息化技术从通信层面提升到完整包含信息需求、信息采集、信息传递和信息处理应用的全过程，是信息化变革的需要。研究生教学中的《传感器数据融合》课程，以统计信号和信息处理原理为基础，强调多传感器获取战场信息的信息处理流程。通过《传感器数据融合》课程的学习，理解和掌握传感器数据处理的基本理论和方法，对提高研究生学生适应我军信息化变革的能力具有重要作用。
二、课程设计理念
课程设计是指在一定的课程理论或观念支配下的课程要素的选择、组织与安排的方法过程。本课程设计的价值取向以问题为中心，即强调我军信息化发展中的数据需求，以具体问题的解决进行课程的组织；针对不同类型传感器的共性特征选择内容，组织教学，满足多种专业方向的数据处理需求。在课程内容设计理念上主要表现为以下几个方面：①体现我军信息化需求，在信息化作战的框架内，把传感器数据处理的能力进行具体化，明确传感器数据处理的基本要素和信息流向，提高和加深学生对信息化的理解。②体现学科研究前沿，把最新的理论知识与实际应用相结合，为学生提供清晰的理论框架和应用背景。教学内容从多年的科研工作中分析、梳理而来，从对我军信息化过程中需要解决的问题而来。教学内容紧扣传感器数据处理在整个战场信息闭环中的层次和作用，紧扣不同军兵种对信息处理需求的差异。③体现实用性理念，体现“以问题为本”的教学设计，体现“以问题为本”的教学特征，避免理论的空洞化，避免实际问题的神秘化。④体现开放性理念，推行开放的教学方法，实施开放的考试方法，鼓励学生结合自身的专业方向，泛化传感器数据处理的共性理论，具有理解和解决本专业方向具体应用问题的能力，甚至可以从中选取毕业论文的研究题目。
三、课程内容
传感器数据融合的理论与技术在电磁频谱管理、认知无线电、战场侦察、传感网信息处理、数据链航迹信息处理中有大量实际的应用。在这些应用领域中，它们都是面向多传感器环境，从目标对象的重复感知信息中提取真实、单一的状态信息。目前常用的传感器类型包括：电、光、声、压力、温度、浓度等，传感器的输出数据可以是矢量类型、标量类型。典型的传感器有雷达、测向设备、视频采集设备、电磁频谱测量设备。在课程教学过程中，需要提炼出共性的理论内容，然后分别对不同传感器测量类型的数据处理流程进行讨论，针对不同的传感器输出数据类型和处理要求，可以梳理出不同的应用模型，把它们的数据处理过程归结为共性理论的应用。
1．共性理论的提取与课程内容设计
传感器的数据处理以获取目标的状态信息为目的，常用的战场目标状态包括位置、速度、加速度等物理量。在单传感器数据处理时，目标状态的估计以线性滤波器理论为基础，包括经典的维纳滤波和基本的Kalman，针对非线性滤波问题，人们又发展了UKF、粒子滤波等新理论。在多传感器数据处理时，通常以单传感器的处理结果为基础，再用特有的数据关联、误差补偿、状态融合等理论完成数据的融合，形成统一的目标状态信息。以数据融合的观点，电磁频谱管理、认知无线电、战场侦察、传感网信息处理等不同的数据处理应用，反映的是不同层次的数据处理需求。它们在数据模型的建立上有所区别，但从多传感器处理的角度看，它们拥有数据关联、补偿、融合等共同的概念。目标的属性判别是更高层的数据处理需求，需要综合运用高分辨率成像传感器、多传感器信息融合和智能信息处理等技术。从理论基础和实现过程看，图像信息的处理需要使用计算机视觉的方法，对目标的特征进行建模，但是完成建模和目标提取后形成的图像目标数据，也可以用滤波理论来完成后续的处理。所以，图像传感器的处理只是滤波共性理论的一个分支。传感器数据融合的共性理论，见图1。
2．基于共性理论的数据处理应用模型
数学应用泛指应用数学解决实际问题的所有事情。数学模型虽属于数学应用的范畴，但更侧重于用数学的概念、原理和思维方法描述规律性的东西。数学模型是构建数学与现实世界的桥梁，它借用数学的语言讲述现实世界。应用性很强的数学模型的命名，都依赖于所描述的学科背景。比如，在生物学中有种群增长模型；在气象学中有大气环流模型；在经济学中有组合投资模型；在社会学中有信息传播模型。
数学模型的价值往往不是数学本身，而是对具体问题所起的作用。人们关注的并不是模型的数学价值，而是实际应用价值。在构建数学模型和实际应用的过程中，必然会从数学的角度汲取灵感。数学的基本思想，即抽象、推理、模型，为数学由现实到数学、数学内部发展、由数学到现实提供了思维功能。现代数学的特征是符号化、形式化和公理化，其本质是为了更好地描述数学成果。为了让学生理解数学理论，帮助学生建立理论的直观，在课程内容的设计上还需要反其道而行之：针对符号化对象要讲物理背景，针对形式化证明要讲直观，针对公理化逻辑要讲归纳。
传感器数据融合是理论结合实际的典型课程。由于传感器类型较多，输出的目标测量数据类型差异很大，从三维坐标值、纯方位值、图像信息到标量信息，对它们的处理必定用到不同的数学模型。通过对传感器的分类，针对不同的传感器类型建立数据处理的数学模型，相同的测量数据类型用相同的数据模型进行处理。由于数学模型以传感器类别为建模对象，相似工作原理的传感器都可以用这种数学模型处理。传感器数据处理模型中，要考虑单传感器处理流程和多传感器处理流程，它们是共性理论具体的选择和应用。例如，纯方位跟踪模型不仅适用于图像传感器、被动声纳和无源探测雷达，也可以用于电磁频谱感知中的辐射源定位。在纯方位跟踪模型中，以线性方程描述目标的状态空间，以角度量测方程描述目标的量测空间，用线性Kalman滤波器建立基本的单传感器目标状态信息跟踪模型。当纯方位跟踪需要多传感器协同工作时，要求使用数据关联方法计算多传感器的数据对应关系。以最大似然测度建立量测之间的关联关系，可以实现多目标纯方位跟踪。在纯方位跟踪模型中，根据传感器自身特征和输出数据类型的改变，只需对数学模型进行局部微调，就能满足实际的需要。
经过共性理论的组合和泛化，可以设计出多种传感器数据处理数学模型。这些模型用于指导具体传感器数据的处理。
3．明确课程包含知识点和能力点
《传感器数据融合》是交叉学科，主要的研究对象是多传感器环境下多目标数据的处理问题，其目的是获取战场态势计算的基础数据。统计理论和最优估计方法是本门课程的基本理论和知识点，要求学生能掌握线性最优估计理论，并熟悉常用的非线性估计方法。数据融合技术涉及的理论知识包括模糊数学、证据理论、智能计算、最优化计算等。这些理论知识在数据融合领域内的使用场合相对较窄，可以结合具体的数学模型，作为课程内容的补充适当讲解。
对数学模型的理解和应用是课程的能力要求。通过课程的学习，学生需要掌握多传感器环境下的数据处理流程；学会用分布式和网络化的观点来看待数据处理问题；要理解多传感器数据处理特有技术难题的产生原因，并掌握基本的多传感器数据处理方法。由于传感器的类型较多，不要求学生对每种传感器的数据处理都有深入理解，但要求他们能结合自身专业特点，熟悉一种数学模型的具体应用实例。
四、课程教学中应把握的问题
1．创新教学方法与手段
主要教学方法有互动式教学法、案例分析教学法、情景模拟教法等。由于课程对象是研究生，应充分发掘学生的自身能动性，把课程知识与他们的专业方向相结合，使抽象的理论和数学模型与他们有直观感受的专业背景相结合，使数据融合的概念在他们的专业领域中找到坚实的立足点。这不但有利于学生理解数据融合的思想，还对今后他们独立应用数据融合的方法解决实际问题大有益处。所以，在教学法的选择上应该以互动法和案例分析法为主，鼓励学生自己准备课堂发言，积极发掘自己专业方向内的数据处理应用，在独立思考中熟悉数据融合的基本理论和模型。
2．研究性教学
研究性教学是教学与研究相结合、以研究为基础的教学模式。［2］ 要求教育者激励、引导和帮助学生去主动发现问题、分析问题、解决问题，并在这样的探究过程中获取知识、训练技能、培养能力，特别是培养创新能力。［3］研究性教学主要是通过课程教学实现教学和科研的结合，在教学科研结合的氛围中加强师生互动。［4］因此，研究性教学既是一种教学理念，也是一种教学模式。作为一种教学理念，认为知识不是被动吸收的，而是由认知主体主动获取的，学习过程是学生主动建构的过程。在《传感器数据融合》课程学习中，以问题为牵引，启发学生寻找解决问题的思路和方法，从问题的最终解决来理解理论知识，对理论知识有更进一步的直观感受。
3．课程编制问题
课程编制是课程管理的关键环节，它包括对课程在培养计划中的地位、课程学习的目的和考核方式等多方面的设计。由于传感器数据融合是交叉学科，涉及传感器物理原理、统计与估计理论、指挥控制流程等方面，是通信、计算机网络、传感器设计等多个学科的综合应用。在设计课程内容时要充分考虑先修课程，不但要求学生具有概率论和数理统计的基本知识，还最好了解一种传感器的工作原理。对传感器的了解是理解本课程中数学模型的重要条件。
多元化构成的课程考核。传感器数据融合是应用型的课程，其目标是拓展研究生的数学基础知识，提高数学应用能力和战场信息系统的开发设计能力。在课程考核时，以学生的专业背景为依托，尽量从其专业知识中发掘兴趣点，允许文献综述和课程论文的方式对本专业中的数据融合处理进行总结。同时，应该鼓励学生动手实践，把数据融合的理论知识和模型进行仿真实验。尽管编程实践会带来较大的工作量，但它对理解理论知识带来的好处是无与伦比的。
五、总 结
多传感器数据处理是我军信息化过程中出现的新课题。为了培养合格的信息化人才，我们对《传感器数据融合》课程在人才培养体系内的地位和教学内容进行了设计。通过课程的学习，可以帮助学生理解传感器数据处理流程和基本方法，其目的是为了更好地理解信息化技术，从而推进信息化建设快速、平稳发展。
参考文献
1 钟启泉.现代课程论［M］.上海：上海教育出版社，1989
传感器设计论文篇7
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）10-0087-02
一、“传感器技术”课程背景
随着计算机技术、信息技术的发展，信息资源的获取与信息的转换越来越引起人们的高度重视。传感器与测试技术作为信息科学的一个重要的分支，与计算机技术、自动控制技术和通信技术一起构成了完整的信息技术学科，在信息技术领域具有不可替代的作用。以传感器为核心的测试系统已广泛地应用于工业、农业、国防和科学研究等领域。因此，许多高校都将“传感器技术”作为工科专业学生的必修课程。
我国高等教育的大众化转变，要求高等教育的内容和形式随之发生变化，高等教育要满足社会需求，更注重对学生实践能力和职业能力的训练。因此，如何进一步完善课程教学内容、改革教学方法，提高学生的实践与创新能力，已成为亟待解决的首要问题。
二、“传感器技术”课程教学现状
1.教材
目前“传感器”课程使用的教材基本上是按照“精英教育”时代教材模式延续下来的，它已经无法适应目前工程教育发展趋势。现有传感器教材主要特点为：教材内容上偏重理论、轻视应用；注重传感器内部工作原理和参数，轻视外部特性及使用方法；教材编写结构基本上是根据传感器的工作原理进行分类。可见，从理论上看教材编写思路清晰，但是从应用角度看，它不利于学生系统掌握传感器的应用性能。教材的理论知识体系严谨，但是对于应用型本科生所需的实际应用能力培养却明显不足。
2.实践教学
实践教学是理论知识和实践活动、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。它在教学过程中有着举足轻重的地位。
目前传感器实验教学方面还存在一些问题。例如，教与学双方都存在着重理论、轻实践的倾向；验证性实验过多，缺少设计性、综合性实验，与工程实践脱节严重；实验教学方式单调枯燥，影响学生主观能动性的发挥；考核方式流于形式，实践环节效果不够理想。
三、“传感器技术”教学改革与探讨
根据传感器课程的现状，笔者所在课题组分别从教材和实践教学两方面进行了改革和探索。
1.教材改革
针对目前传感器教材存在的不适用于应用型本科教学的问题，课题组编写了一部适合于应用型本科教学的教材。本教材的编写在内容和形式上都进行了较大的改进，该教材已由机械工业出版社出版。
（1）教材组织形式。教材组织形式实际上反映的是教学理念。传统教材教学内容设计思想为结构化设计，即按照传感器的工作原理进行分类。例如，通常传感器教材章节划分为：电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器、热电式传感器等。这样分类从理论上看是比较合适，它的理论性较强，而且教材编写思路清晰，但是从应用角度看，它不利于系统掌握传感器的应用性。
本教材在组织形式上，设计思想为模块化设计，即根据被测对象进行传感器的分类。例如，教材章节划分为：温度测量传感器、力与压力测量传感器、位移与速度测量传感器、角度与角位移测量传感器、磁场与成分参数测量传感器、光学测量传感器等。这样分类有两点好处，一是学生容易根据被测对象选择传感器；另一个是教学中容易归纳和比较不同传感器在测量同一个被测对象过程中，各自所具有的特点以及适用的范围。有了这两个特点，学生对传感器的理解和掌握有一个清晰的思路。例如当需要测量温度时，学生马上就会联想到所有学过的测温传感器，而且各个传感器的在测温时都有哪些特点、如何选择，就会十分清楚。
（2）教材内容侧重点。在教材内容上进行了较大的调整，主要原则是传感器原理上以够用为度，重点强化应用能力的培养。本教材重点强化各种传感器的外部特性、主要参数、接口方式以及应用等内容。目的是使学生能够掌握各种传感器的选择方法、使用方法以及相关电路的设计方法。
此外还增加了传感器综合应用实例一章的内容。通过实际检测系统的设计实例给读者一个传感器以及测控系统的整体设计思路，加深对传感器应用过程的理解。
（3）增加了实验内容。为加强实践训练环节，在教材每章内容后都针对本章教学内容配置了多个相应的实验项目，这些实验绝大多数要求学生自行搭接电路并调试，以培养学生的实践应用能力。考虑到各院校实验设备的差异，实验内容仅给出一般实验电路图供教学时参考。学生既可按照该电路图进行实验，也可在了解实验电路原理的情况下，根据现有实验设备，自行设计实验电路，按实验步骤完成实验。
2.实践环节改革
实践能力是应用型人才必须具备的一个重要能力。培养学生实践能力就是要使学生树立理论与实际相结合的观念，提高学生运用科学知识和方法解决实际问题的能力，培养学生在实际工作环境下的思维方式和行为方式。对于实践环节，课题组在以下几方面进行了改革探讨和实践。
（1）实验内容和方法。针对应用型本科学生的特点，开设多层次实验。将传感器实验划分为基础性实验、自我设计性实验和团队合作性实验三个层次。
1）基础性实验。传感器基础性实验包括验证性和综合性实验，通常在传感器课程实验中完成。基础性实验可以在传感器实验箱进行，也可以在传感器综合实验台上进行。
一些实验要求在实验箱上进行，这些实验要完成传感器接口电路搭接与调试。在实验中，学生要根据所选用的传感器，自己搭接传感器的接口电路、调试电路并测试相关数据。通过这些实验，学生不仅了解传感器的特性，还能够清楚地了解传感器输出信号的处理方式，例如传感器的电荷输出、电压输出和电流输出特性以及各自接口电路及特点。此外，通过在实验箱上进行实验，学生除了掌握传感器的特性外，还锻炼了自己的电路设计能力及电路调试能力。实验中还需要综合应用前期所学课程内容，例如模拟电子技术和数字电子技术等。
传感器实验台上进行的实验，主要目的是使学生掌握各种传感器的外部特性。实验中，学生根据实验内容选择相关传感器和相关电路模块，测试传感器各种参数。通过实验，学生能够掌握各种传感器的非线性、灵敏度及温度特性等外部特性。
2）自我设计性实验。传感器自我设计性实验主要是设计性实验，它们也包含在传感器课程实验中。让学生自我发挥，以现有实验平台和传感器为依托，以课本理论为依据，构建一个实验项目，完成对理论知识的验证和发挥；也可以设计一个小的传感器应用项目，通过该项目完成对理论知识的深度理解和升华。这里实验教师要对学生的设计思想和可行性进行总体把握和评价，但大部分的工作应该交给学生自己去做，要求学生完成一个没有实验指导书的实验，真正让学生成为实验的主体，真正去思考、去体验实验本身所带来的乐趣和成就感。
3）团队合作性实验。传感器团队合作性实验通常在传感器课程设计中完成。这种团队合作性的实验一般比较复杂，用到的知识比较多，实验时间会比较长，依靠个人的力量往往难以完成，这时可以由学生自我结合或由教师进行分组，通过组内不同分工来完成实验，团队合作性实验可以锻炼学生的团队合作精神及分工统筹能力，为后续的工作做好铺垫。
（2）实验考核。为了使实践教学环节达到预期目标，提高学生独立设计能力、实际动手能力及解决问题的能力，课题组增加了对实践环节的考核力度。
对于课程实验，考核分为平时成绩、成果验收和实验报告。对于课程设计，还要进行设计内容答辩。平时成绩体现了学生实验的态度、实验方法以及操作技能掌握情况等。实验报告则要求学生学会处理实验数据和分析实验结果，掌握理论与实践之间的相互作用关系。实验成果验收是由指导教师对学生实验最终结果进行检查，达到要求的学生可以撰写实验报告，否则需要利用课余时间继续进行该实验，直到合格为止。采用成果验收这种形式能够将学生的设计思想、方案论证、技术路线等一些创造性工作反映出来，同时还可锻炼学生的总结能力。实行成果验收制度，强化实验的管理，引起学生对实验的重视，取得了较好的效果。
（3）创新实践活动。教学实践表明，要培养学生的实践能力和创新能力，仅靠理论课和实验课是远远不够的。各种创新实践活动可以作为一种很好的补充和延伸。
典型的创新实践活动就是学生参加各种竞赛活动，例如，智能车大赛、机器人擂台赛、电子设计大赛及挑战杯竞赛等。首先，参加竞赛活动有助于提高学生对知识融会贯通及解决实际问题的能力。“传感器技术”课程本身是一门独立的课程，与其他课程并非各自独立、互不相干，而是相互关联构成体系的。在实际应用时，应学会将它们综合应用，即将所学知识融会贯通。竞赛活动为学生培养这些能力提供了良好的平台。其次，竞赛活动有助于提高学生实践创新能力。竞赛使那些具有良好的理论基础、实践动手能力强，特别是具有创新意识和协作精神的学生有了施展才能的空间。
实践证明，竞赛既是考察学生诸多素质能力的手段，又是培养学生良好的综合素质能力的有效形式。因此竞赛活动已成为培养学生素质能力的良好载体。
四、结束语
应用型本科教育改革的目的是适应新的教育对象，提高教育质量，培养和造就社会所需要的高质量的应用型和创新型人才。理论教学内容和实践教学环节的改革，激发了学生学习的热情，改善了教学效果，提高了学生综合运用所学知识的能力、理论联系实际能力和动手实践能力，培养了学生创新意识。通过探索和尝试，学生的实践能力和创新能力普遍得到提高，学生在各种大赛中多次得奖，毕业生也得到了社会的认可。
参考文献：
传感器设计论文篇8
由于在局部的温度通常具有不一致性，因此在检测环境温度时，传统的单一测点测量温度的方法并不能够准确说明实际的温度信息。在同一环境中，对多点进行温度测量，能够有效解决这一问题，使得温度测量更加准确。但是多点温度测量的温度测量点比较分散，如果使用传统的有线布线方式的话，则系统设计复杂，十分麻烦。本论文设计了一种基于无线传输的温度采集系统，采用了nrf9e5无线芯片，主控芯片采用的是at89s52单片机，温度测量的传感器为ds18b20[1]。
本论文首先介绍系统整体设计方案，然后分别简要介绍硬件电路设计以及部分软件程序设计。
2 系统方案
无线数据传输按照传输方式的不同，可以分为：点对点、点对多点以及多点对多点。本论文所设计的系统由主控芯片51单片机、主接收器以及多个测量终端组成。每个测量终端都是通过无线传输模块nrf9e5传递数据，进而形成无线传输的温度采集系统。系统框图如图1所示。
将相应的温度传感器分布在所要测量环境的不同位置，就能够精确评估环境温度。然后再将这些测量得到的温度经过无线通信模块发送到主控芯片上，主控芯片对数据进行处理和显示。
3 硬件电路设计
3.1 无线数据传输模块
nrf9e5具有和8051相互兼容的微控制器，但是时序和指令都与其有些差别。nrf9e5与cpu的数据交换是通过串口来进行的。
nrf9e5和其他模块通信主要是通过自身内部的并行口和内部的spi口。nrf9e5与nrf905等具有一样的功能。收发器在与微控制器进行数据交换的过程中，主要是通过片内的spi和并行口。在要传输通信的数据准备好之后，就能够产生中断，供微控制器使用。
3.2 温度测量电路
温度检测的方法有很多，比如采用热电偶等。但是本论文采用的是ds18b20温度传感器。该温度传感器采用的是one-wire总线，即只采用一根信号线与单片机进行连接。该测温传感器能够测量零下55度到125摄氏度的温度范围，同时分辨率能够达到0.5摄氏度。工作电压范围很宽，一般为3.0至5.5v。
3.3 主控芯片
本论文设计的数据采集器使用的主控芯片是at89s52单片机。msc-51单片机是八位的非常实用的单片机。本论文所使用的at89s52单片机就是基于这款单片机的。msc-51单片机的基本架构被atmel公司购买，继而在其基本内核的基础上加入了许多新的功能，同时扩展了芯片的容量以及加入flash闪存等等。51内核的单片机具有很多优点，因此无论是在工业上还是在一些电子产品上应用都很多。全球也有许多大公司对其进行扩展，加入新的功能。即使是在今天，51单片机仍然在控制系统中占据很大市场。
下面对本论文所使用的单片机作简要介绍。这款单片机具有最大能够支持的64k外部存储扩展，同时还具有8k字节的flash空间。该单片机具有4组i/o口，分别是从p0到p3，同时每组端口具有8个引脚。每个引脚除了能够作为普通的输入和输出端口外，还具有其它功能，也就是我们通常所说的引脚复用。其还具有断电保护、看门口、计时器和定时器。51单片机一般的工作电压是5v。
4 软件设计
4.1 通信协议
本系统为单点对多点的无线通信，主接收器在可靠通信范围内分别与每个数据终端通信。主接收器与每个数据终端都有一个唯一的地址，因此在通信过程中必须明确接收方的地址。系统通信协议定制如表1所示。
4.2 温度测量程序
本论文采用的温度传感器是one-wire总线的器件，与主控芯片进行一根数据线连接，就能够同时实现数据和时钟信号的双向传输。但是这样就要求主控芯片的时序必须具有严格的要求。在出厂之前，每个器件的rom上都光刻上64位的编码，这个编码地址序列是唯一的，我们可以通过这个编码地址序列来进行多
点的组网。但是本论文所设计的温度采集系统，在每一个结点只是用一个温度传感器，因此在程序中并不需要读取其rom编码。
5 总结
在实际的温度测量过程中，测量单点的温度往往并不能够准确反映实际温度信息，需要对同一环境进行多次测量，同时要对多个温度节点进行测量。但是多点温度测量的温度测量点比较分散，如果使用传统的有线布线方式的话，则系统设计复杂，十分麻烦。本论文设计了一种基于无线传输的温度采集系统，采用了nrf9e5无线芯片，主控芯片采用的是at89s52单片机，温度测量的传感器为ds18b20。本论文首先介绍系统整体设计方案，然后分别简要介绍硬件电路设计以及部分软件程序设计。
参考文献
[1]马祖长，孙怡宁，梅涛.无线传感器网络综述[j].北京：通信学报，2004，25（4）：15-17.
[2]郑启忠，耿四军，朱宏辉.射频socnrf9e5及无线数据传输系统的实现[j].单片机与嵌入式系统应用，2004（8）：51-54.
[3]季一锦，尹明德.一种基于nrf9e5的无线监测局域网系统的设计[j].国外电子元器件，2004，（12）：22-25.
传感器设计论文篇9
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：
传感器设计论文篇10
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
传感器设计论文篇11
智能小车本身属于轮式机器人研究的一个分支，其本身在国内外机器人研究领域都存在着较高关注度，而在本文基于单片机的智能小车避障循迹系统设计展开的研究中，笔者选择了AT89S52单片机作为系统微控制器，并应用了4组QTI红外传感器，而这一设计经过实践验证了该智能小车避障循迹系统的可行性与可靠性。
1 系统总体设计
在本文进行的智能小车避障循迹系统设计中，智能小车避障循迹系统主要由控制电路板、电机、传感器模块、底盘部件等结构组成，图1为本文设计智能小车避的车体结构俯视图，结合该图我们就能够更为直观了解本文的总体设计思路。
在智能小车避障循迹系统的总体设计中，笔者将AT89S52单片机作为这一设计的核心，并通过这一核心进行电源模块、时钟电路、复位电路、传感器模块、伺服电机模块的控制，这其中的伺服电机模块主要用于智能小车的基本巡航动作，而传感器模块则主要用于控制小车沿黑色轨迹线行驶，而通过图1我们能够发现智能小车本身选择了三轮结构车体，这就使得智能小车本身的灵活循迹实现能够得到较好支持[ 1 ]。
2 系统硬件设计
在本文研究的智能小车避障循迹系统硬件设计中，这一设计主要包括伺服电机模块、循迹传感器模块、电源模块等3部分内容。
2.1 伺服电机模块
对于智能小车避障循迹系统硬件的伺服电机模块设计来说，这一设计采用了360°伺服舵机，而这一伺服舵机的选择就使得智能小车避障循迹系统能够实现连续的位置或速度控制。对于伺服电机模块中的360°伺服舵机来说，其本身存有红、黑、白3条输入线，这3条输入线分别负责伺服舵机的电源、接地、信号控制。在智能小车避障循迹系统硬件的伺服电机模块中，其本身还存在着1个基准电路和1个比较器，这一构成就使得伺服电机模块能够更好实现智能小车的控制[ 2 ]。
2.2 循迹传感器模块
对于智能小车避障循迹系统硬件的伺服电机模块设计来说，循迹传感器模块也是这一设计的重要组成之一，而这一循迹传感器模块本身包含着传感器的选择、小车循迹策略两部分部分内容。
2.2.1 传感器的选择
对于传感器的选择这一循迹传感器模块的设计来说，这里笔者选择了QTI传感器用于循迹传感器模块的设计，这一传感器本身属于红外传感器范畴，其本身通过对反射光强度的接收，实现不同颜色物体的探测，而通过探测QTI传感器就能够自动输出不同的电平信号，为智能小车避障循迹的实现提供有力支持[ 3 ]。
2.2.2 小车循迹策略
对于小车循迹策略这一循迹传感器模块设计组成来说，这一设计的实质就是QTI传感器安装位置的选择，这里笔者将QTI传感器的SIG信号线与智能小车平台的相应I/O口进行了连接，并保证了这一连接使用了不同颜色的信号线，这就为后续排查错误等工作的展开提供了有力支持。在小车循迹策略设计中，我们实现了两级方向控制传感器信号的智能小车控制，这种控制设计就使得智能小车能够在两级传感器支持下实现轨迹的较好控制与纠正，这就使得智能小车的循迹可靠性得以较好提升[ 4 ]。
3 系统软件设计
除了硬件设计外，软件设计同样也属于智能小车避障循迹系统的重要组成，这一设计主要包括机器人基本动作实现、循迹功能的实现两部分内容。
3.1 机器人基本动作实现
对于智能小车避障循迹系统软件设计的机器人基本动作实现中，我们首先需要考虑智能小车运行时轮子的旋转情况，这里我们以智能小车的前进为例，智能小车前进时从左轮看该轮为逆时针旋转，而从右轮看则恰恰相反，而由此我们就能够得出智能小车运行方向和速度情况，通过改变智能小车车轮的参数控制，就能够实现智能小车的加减速控制。
结合智能小车车轮参数控制、加减速控制的相关认知，笔者在C语言设计中将智能小车的两个车轮速度作为形式参数，并应用left与right进行了定义，这样我们就能够顺利完成机器人基本动作实现这一智能小车避障循迹系统软件设计。
3.2 循迹功能的实现
在智能小车避障循迹系统软件设计的循迹功能实现中，想要实现智能小车避障循迹系统软件设计的循迹功能，我们首先需要得出QTI传感器的循迹策略表，这样才能够通过调用move函数实现基于QTI传感器的智能小车自主循迹，表1为QTI传感器的循迹策略表局部，而结合该表我们能够发现结合这一思路，我们就能够实现智能小车不同循迹功能的扩展，不过介于篇幅原因，本研究不予详细论述[ 5 ]。
4 结论
在本文就基于单片机的智能小车避障循迹系统设计展开的具体研究中，笔者对这一智能小车避障循迹系统的总体设计、硬件设计、软件设计进行了详细论述，而结合这一系列论述完成的设计在实际的测试证明中取得了智能小车运行灵活、可靠、稳定、识别能力较强的结果，但具体测试中笔者也发现QTI传感器的安装高度出现问题会直接影响智能小车的无法巡线或抖动厉害的情况出现，而智能小车全速行驶突然停下很容易导致翻车问题的出现，用于轨迹引导的线颜色较淡时智能小车的避障循迹往往容易出现问题，这几点需要引起大家重视。总之，本文基于纹机的智能小车避障循迹系统设计展开的研究具备着较高的可行性，希望能够为相关研究人员带来一定启发。
参考文献
[1]顾群，蒲双雷.基于单片机的智能小车避障循迹系统设计[J].数字技术与应用，2012（5）：23.
[2]陈海洋，李东京.基于单片机的智能循迹避障机器人小车设计[J].科技风，2014（20）：99.
传感器设计论文篇12
传感器技术被认为是现代信息产业的三大支柱之一，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[2]。世界各国都十分重视这一领域的发展，同时传感器技术的发展日新月异，产品市场出现的传感器种类与其功能日益丰富，由于产品技术更新快，新理论与新技术不断涌现，因此对该类课程的教学工作提出了更高的要求[3]。特别是知识化、信息化、技术化的21世纪，为更好的向输送实用型、技能型的高科技人才，高等院校担负着伟大而艰巨的责任和使命。
所以，传统的理论公式推导和基本原理介绍的教学模式不再适应本课程教学需求，把基础理论与市场应用实践结合起来，传感器技术和具体工程实践项目结合起来，激发学生对本课程的兴趣，提高学生的认知能力、动手能力、工程设计能力，具有重要的意义。
1.理论教学
该课程的理论教学任务及教学重点主要是对各类型传感器的工作原理、内部结构、性能特性分析、研究现状以及应用实例进行相关介绍。传统的理论教学模式是任课教师强制性把每类传感器的工作原理、测量电路和基本应用领域等知识灌输给学生，这种强制性的“灌输式”教学不仅没有激发学生对该课程的强烈的学习兴趣，反而加速学生对该课程厌恶情绪的积累。该课程具体的改革路线如下图所示：
1.1 应用场景课堂设计
该课程的理论教学非常枯燥无味，课堂教学设计是激发学生学习兴趣的关键。
在实际的教学课程中，我们将根据该课程的特点，对目前国内外相关传感器技术进行分类和统计，并根据实际情况，制作教学花絮课件，在正式模块化理论教学前对学生进行感性教育，激发学生对该模块理论教学的兴趣。例如：医学上的电子血压测试、电子血糖测试、胆固醇的检测；电饭煲、空调、冰箱等家用电器的温度检测传感和控制；甲醛检测仪、CO浓度检测仪等有毒气体检测所用到传感器技术；飞行器在空中的姿态控制是如何实现的，对飞行器的姿态是如何检测的；机器人如何识别周围环境等等。通过实例，激发了学生对该课程的学习兴趣，达到理解相关传感器技术的理论的知识。为学生学习该课程后续内容作了准备。
1.2 模块课件的设计
根据课程的相关内容和其传感器在应用市场中的重要位置，我们将根据应用市场的调研情况，对课程的理论教学进行职业化的模块划分，针对不同的功能模块，采取不相同的教学课件和教学方式。教学功能模块可以根据我们选用和参考使用的教材进行划分，例如：
功能模块1：温控传感器，本功能模块主要讲解各类温度传感器的基本测量知识，让学生了解并掌握热电偶传感器、热电阻传感器、敏电阻等温度传感器的基本原理、结构及其日常生活中的应用，结合该类传感器技术市场应用，设计感官实践，让学生具有明显的感性认识。
功能模块2：压力传感器，该功能模块主要向学生讲解各类力学传感器在工业市场的应用并使学生认识力学传感器的基本原理，让学生掌握电阻应变式传感器、压阻式传感器、压电式传感器、电感式传感器、电涡流传感器、电容式传感器的原理、结构、应用。以介绍贴近生活应用的传感器为起点，激发学生的学习热情，比如：电阻式触摸屏和电容式触摸屏。
2.实验教学改革
2.1课内实验教学
《传感器技术与应用》课程是一门实验性很强的课程，它注重培养学生该领域的基本思维和解决相关问题的能力，特别是使用相关的传感器技术解决现实生活中的具体问题的能力。
实验课是帮助学生理解理论、了解并应用理论、锻炼学生动手及独立思考能力的重要环节。目前，实验教学大多采用集中布置实验任务（一个实验班级为一个实验任务），指导老师在学生实验开始前，亲手教会学生的具体操作方法。也有些采用任务布置和学生填写实验报告。这类实验课程，存在指导过程中，缺乏提示学生注意观察实验现象，缺乏激发学生自己动手尝试的激情，缺乏诱导学生独立思考，不断发现问题，分析问题，解决问题。部分学生可能根本没动手做过，只是简单的填写实验报告。
2.2创新实验
实验不仅能验证和诠释现实生活中的传感器技术应用情况[4]，而且能有效的指导理论课程教学的安排和准备，在理论和实验完美结合下，进一步激发学生探索该课程理论上和实验上的新知识和新应用的兴趣，同时也鞭策学生去分析实验过程中出现的问题，努力解决实验过程中的问题。有效的触动学生创新的触角，也能让学生在实验过程中感受到实验创新成果带来的喜悦。探索-分析-探索，通过实验性教学让学生走上一条“不归路”。进一步让学生深刻认识到理论学习的重要性。如何有效的设计实验任务，利用电子竞赛为契机，培养学生的创新能力和动手能力。
3.考核改革
传统的课程考试成绩由期末卷面分和学生平时到课情况综合，一张试卷和学生的平时到课情况就决定了学生成绩，这种成绩考核方法忽略该课程的重要特点――实验性，增加人为不确定因素对成绩的影响，难以真实地反映学生专业技术能力。依照该课程的特点和实际教学经验，将其成绩评定分为实验成绩考核、卷面考核、平时成绩考核、创新实验考核等几个方面。这样降低了试卷成绩在总体成绩中所占的比例，更多的是考查学生的学习能力、学习状态和工程实践及创新能力。
3.1实验成绩考核
通过对个章节所学的基本传感器的应用和相关电路进行实验，让学生在实验室过程中学会分析电路，学会思考问题，学会解决问题。每章节实验课，学生认真动手并记录实验所看到的和所分析到的结果，以实验报告的形式向实验老师汇报。每次实验结束后由实验老师对该次实验进行量化考核，然后综合所有实验的量化考核成绩，该部分量化考核成绩占总考核成绩的30%。
3.2试卷成绩考核
试卷成绩考核主要指期末考试的试卷得分情况，考试方式为闭卷，其目的是考核学生对课堂理论教学、项目实践教学中相关知识点的理解，主要考核学生的基础知识和综合运用知识的能力。题型可以多样化，即可能涵盖填空、选择、判断、简答、计算、综合设计、实验结论分析等几个部分，这部分成绩占总成绩的 30%。
3.3平时成绩考核
平时成绩考核是指对学生平时上课的到课情况和实验任务及作业完成情况的考核。理论课主要是讲述基本理论和方法，学生对理论兴趣不大，但不能放任学生，需要对学生平时理论的出勤情况进行考核。同时，实验任务的完成和课程作业完成情况进行考核，这部分成绩占学生总成绩的 10%。
3.4创新实验考核
创新实验考核主要是考核学生自主选用传感器、设计能完成一定任务和功能传感器应用产品，重点培养学生独立选择传感器、设计、调试其测量电路的能力，并对测量结果作进行分析判断，进而达到所设计产品符合实际电子控制类工程需要的简单测量应用系统的设计、制作及调试的目标。如智能温度检测仪、智能烟雾报警器、智能障碍探测仪、智能有毒气体探测器、智能移动体感应器等题目供学生选题，在指定的时间范围内，提交完成基本功能的检测系统设计结果、相关文字报告等，这部分考核成绩占总成绩的30%。
4.总结
《传感器技术与应用》不仅授课内容繁多，且传感器类型也是五花八门，其工程应用情况也非常广泛。在“卓越计划”背景下，以社会需求为导向，以实际工程为背景，以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力，满足企业对专业型和技能型人才的需求，顺应时展的迫切需要，结合课程内容、特点笔者的实际教学经验，通过对《传感器与检测技术》课程进行了尝试性的改革和创新。一方面，激发了学生的学习兴趣和热情，培养和鼓励学生积极参与“挑战杯”设计竞赛和大学生电子设计大赛。另一方面，同学的学习目的明确，兴趣浓厚，在期考考试中成绩优异。尽管如此，我们还需继续努力，不断优化和更新教学内容，完善教学体系，进行教学改革，提高学生的工程实践能力和专业技能，提升教学效果，满足社会需求。
参考文献：
[1]陈建元 .传感器技术 [M].北京 ：机械工业出版社，2008
[2]张宣妮. “做中学，学中做”的传感器教学模式探究[J]. 高教论坛， 2011， 2（2）：70-71
[3]蒋全胜， 吕家云， 宁小波. 面向应用型人才培养的检测技术教学模式改革[J]. 合肥工业大学学报（社科版）， 2010，3（11）： 144-146
传感器设计论文篇13
0 引言
传感器技术是现代新技术革命和信息社会的重要基础，是自动检测和自动控制技术不可缺少的重要组成部分。传感器和检测技术课程也成为电子技术、机电一体化、汽车电子技术等工科专业的一门重要的专业基础课程，由于涉及面广、知识多、实践性强等特点历来是一门老师难教、学生难学的课程。本文以结合我校实际情况探讨如何推动传感器课程教学改革。
1 教学现状分析
我校多年来为地方的机械制造业和汽车相关的产业培养了大量的技术性人才。但是近年来，用人单位普遍反映，学生的动手能力和解决实际问题的能力在逐年下降，并且学生的创新意识差，对工作岗位适应时间长[1]。纵观这些问题，反映出传感器课程教学急需改革。究其原因主要有三点：一是：传感器教学主要以传统的理论教学为主，缺乏对传感器实物的感性认识，所学的知识只能停留在课本上，学不能致用，课堂教学效果不佳。二是：教学学时少，实践实训课时就更少，学生缺乏实际锻炼的机会，更谈不上对学生创新能力的培养。三是：理论不能联系实际，随着科学技术的发展，新材料新技术的传感器不断涌现，学生虽然学习了传感器课程，但是在实际工程应用场合有时不认识实际的传感器实物，不会根据具体任务选择合适的传感器，对具体传感器接线更是无从下手。
2 课程教学改革探讨
现在应用型高校是以培养具有较强社会适应能力和竞争能的高素质应用型人才。这种高素质人才的培养要求必须打破传统的传感器教学以理论教学为主的模式，构建以“学生为主，教师为辅”， 以突出学生传感器应用能力培养为目标，教学做一体化的新型教学体系[1]， 本文对理论教学内容和实验实践教学的选取进行了研究和探索，提出了一些改革思路。
2.1 课程内容选取
在课程内容上，我们基于“工作过程系统化”为理念，通过对学生毕业后所从事的工作岗位所需的职业能力进行分析，以此来确定本课程的课程内容，每个内容以项目为导向，以实际工程案例为主导进行从新设计。把传感器理教学分为若干个教学项目（具体项目如表1）。教师把传感器的相关知识点与技能培养融入到项目中去，真正实现理论与实践的有机结合。这种模式教学模式过去单纯以理论教学为主，学生被动接受所学知识的教学思路。以光电式传感器教学为例，我们给出了一个寻迹小车的工程项目，要求学生从传感器选型、电路的设计、传感器的安装、项目的工作环境、项目造价等各个设计分项进行论证和设计。学生在项目的驱动下，以小组为单位，设计方案、选择传感器、制作具体的实物。这种以项目法为主导，以学生为中心的教学模式，既可以激发学生学习的兴趣，使学生将理论应用于实践，同时又可以培养学生创新和工程实践能力，实现学生与工作岗位“近距离”对接。
2.2 实验实践内容的教学改革
传感器课程的实践教学主要是为了培养学生的工程能力和工程意识。但是传统的传感器实验大多在封闭式的实验平台上完成，实验也多为验证性实验，这不利于提高学生的动手实践能力。开展综合性、设计性实验是当前实验实践教学的改革趋势，我校主要从三个方面进行改革：
（1）多课程协作开设实验内容 。在开设实验实践教学内容的时候要充分考虑本课程实验与模拟电路、数字电路、单片机等相关课程实验的内在联系，把一个项目分成若干个实验模块单元，不同的实验模块单元可以在不同的课程里面完成。形成以单一项目实现为多门课程服务的目的。这样既可以较强各门课程的横向联系，有可以解决各个课程实验实践少、实验内容少的问题。例如在温度检测实验项目中，例如在寻迹小车项目中，我们把这个项目分成检测、控制和驱动三个模块，其中控制和驱动模块可以和单片机课程实验中进行，在传感器课程中只要进行检测模块的设计和最后的调试工作。
（2）与课外实践及电子竞赛相结合。课外实践和电子竞赛是学生学习传感器技术的重要环节之一[3]。引导学生积极生开展课外科技活动和参与电子设计大赛，让学生在设计中认识并理解各种传感器，同时可以培养学生的分析问题、解决问题和自主创新的能力，为将来的工作打下良好的设计基础。
3 结论
传感器与检测技术的教学改革是一项复杂的系统工程，教学改革只是手段，其目的是培养符合市场需求的各项实用性人才[1]。经过几年的教学改革，毕业生的实践动手能力和解决工程实际的能力得到了很大的提高，缩短了从理论知识到实际应用的过程，为学生的后续发展打下了一定的基础。
参考文献：
[1]江勇，魏芳波.传感器与检测技术课程改革探讨[J].昆明冶金高等专科学校学报，2013（29）：82-84.
[2]苏敏，黄丽丽，厉相宝.传感器与检测技术课程教学方法改革探讨[J].时代教育，2016（09）：48.
[3]李玲，张旭.传感器与检测技术课程教学改革研究[J].科技文汇，2015（304）：55-56.
