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第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/101第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/102学习目的掌握传感器的应用技术了解传感器与检测电路的调试方法第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/10313.1电阻应变式力传感器制作的数显电子秤13.2敲击式电子门铃13.3超温报警电路13.4水位指示及水满报警器13.5光控延时照明灯13.6热释电红外探头报警器13.7超声波遥控照明灯13.8感应式防盗报警器13.9吸烟报警器13.10触摸式延时照明灯本章小结主要内容返回主目录第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/104随着科学技术的发展，传感器几乎渗透到所有的技术领域，如工业生产、宇宙开发、海洋探索、环境保护、资源利用、医学诊断、生物工程、文物保护等等广泛领域，并逐渐深入到人们的生活中。本章仅列举传感器在部分检测与控制中的应用，通过这些简单的制作，使读者充分掌握传感器的工作原理及其应用，加深对传感器的理解。第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/10513.1电阻应变式力传感器制作的数显电子秤该电子秤是根据应变式传感器的工作原理制作的数字式电子秤，具有准确度高，易于制作、成本低、体积小巧、实用等特点。其分辨率为1g，在2kg的量程范围内经仔细调校，测量精度可达0.5%。第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/10613.1.1工作原理图13-1数显电子秤电路原理图电阻应变式传感器，采用E350-2AA箔式电阻应变片，其常态阻值为350数显面板提供1.22V基准电压，经R5、R6及RP2分压后作为A/D转换器的参考电压A/D转换器放大电路第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/10713.1.2元件选择IC1选用ICL7126集成块；IC2、IC3选用高精度低温漂精密运放OP07；IC4选用LM385-1.2V集成块。传感器R1选用E350-2AA箔式电阻应变片，其常态阻值为350。各电阻元件选用精密金属膜电阻。RP1选用精密多圈电位器，RP2、RP3经调试后可分别用精密金属膜电阻代替。电容C1选用云母电容或瓷介电容。第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/10813.1.3制作与调试该数显电子秤外形可参考图13-2形式。其中形变刚件可用普通钢锯条制作，其方法是：首先将锯条打磨平整，再将锯条加热至微红，趁热加工成“U”形，并在对应位置钻孔，以便以后安装；然后再将其加热至橙红色（700～800℃），迅速放入冷水中淬火，以提高其硬度和强度；最后进行表面处理工艺。有条件时，可采用如图13-3所示的准S型传感器。秤钩可用清理胶粘接于钢件底部。应变片则用专用应变胶粘接于钢件变形最大的部位（内侧正中），这时其受力变化与其阻值变化刚好相反。拎环用活动链条与秤体连接，以便使用时秤体能自由下垂，同时拎环还应与秤体在同一垂线上。图13-2图13-3准S型传感器第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/109调试在调试时，应准备1kg及2kg标准砝码各一个，调试过程如下：零位调整。首先在秤体自然下垂无负载时调整RP1，使显示器读数为零。满量程调整。当秤承担满量程重量时（如2kg），调整RP2，使显示器读数为满量程值。中间位置调整：当秤钩下悬挂1kg的标准砝码时，调整RP3，使显示器读数为1.000。重复第2、3步，直到满足要求为止。最后准确测量PR2、RP3电阻值，并用精密金属膜电阻代替。RP1引出表外，以便于测量前调零之用。第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/101013.2敲击式电子门铃该敲击式电子门铃是用压电传感器作为检测元件的。其特点是：当有客人来访时，只要用手轻轻敲击房门，室内的电子门铃就会发出清脆的“叮咚”声。工作可靠、实用性强。第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/101113.2.1工作原理图13-4敲击式电子门铃电路压电陶瓷片BC固定在房门内侧上，当有人敲击门时，BC受到机械振动后，其两端产生感应电压（压电效应），该电压经VT1放大后，作为触发电平加至IC1和IC2的CP端，使单稳态触发器翻转，IC1的输出端输出低电平脉冲给IC2的R端，IC2开始对敲击脉冲进行计数。延时约1s后，IC1的输出端恢复为高电平，IC2停止计数。当1s内敲击脉冲超过3次时，IC2的输出端会产生高电平脉冲，触发音乐集成电路IC3工作，IC3的O/P端输出音乐电平信号，该信号经VT2和VT3放大后，推动扬声器BL发出“叮咚”声。拾音放大器单稳态触发器脉冲计数器音乐发生器音频放大器压电陶瓷片第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/101213.2.2元器件选择R1～R7均选用RTX-1/8W碳膜电阻器。CI～C3均选用涤纶电容器或独石电容器；C4～C6均选用CD11-16V的电解电容器。VT1用9014或3DG8型硅NPN小功率三极管，要求电流放大系数≥150；VT2选用9013或3DG12、3DK4型硅NPN中功率三极管，要求电流放大系数≥100；VT3选用9012型硅PNP中功率三极管，要求电流放大系数≥50。IC1选用CD4013双D触发器数字集成电路；IC2选用CD4017十进制计数分频器数字集成电路；IC3选用KD2538音乐集成电路。BL选用0.25W、8微型电动式扬声器。BC用27mm的压电陶瓷片，如FT-27等型号。G用两节5号干电池串连而成，电压3V。第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/101313.2.3制作与调试IC3芯片通过4根7mm长的元器件剪脚线插焊在电路板上；除压电陶瓷片BC外，焊接好的电路板连同扬声器BL、电池G（带塑料架）一起装入绝缘材料小盒内。盒面板为BL开出拾音孔；盒侧面通过适当长度的双芯屏蔽线引出到压电陶瓷BC。实际安装时，将压电陶瓷片BC通过502胶粘贴在大门背面正对个人常敲门的位置（一般离地面1.4m左右），门铃盒则固定在室内墙壁上。第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/101413.3超温报警电路本超温报警电路是采用LM45C贴片式温度传感器设计的，报警温度可任意设定，超过设定温度时会发出声、光报警信号。第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/101513.3.1工作原理当探头LM45C所在环境超过设定温度时，CA3140比较器的6脚输出高电平，三极管VT导通，VL发光，HA发声以示超温报警。比较器有一定的滞后，这是为了防止测量温度在阈值温度上下波动时，产生不稳定的报警声。图13-5超温报警电路贴片式温度传感器基准电压源运算放大器组成的比较器设定报警温度（每10mV相当于1℃）第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/101613.3.2元器件选择IC1选用美国国家半导体公司生产的LM45C贴片式温度传感器，其输出电压与摄氏温度成正比，灵敏度为10mV/℃，不需要调整。IC2选用运算放大器CA3140。VS采用2.5V硅稳压二极管，如LM4431；VL采用3mm高亮度发光二极管。VT采用9013或3DK4型硅NPN中功率三极管，要求电流放大系数＞100。R1～R7选用RTX-1/8W碳膜电阻器。RP采用WSZ-1型自锁式有机实心电位器。C1～C4均采用CT1瓷介电容器；C5选用CD11-10V的电解电容器。HA采用语音报警专用电喇叭。电源选用直流5V稳压电源。13.3.3制作与调试•由于本电路较简单，按电路图焊接安装好后，一般不需要调试即可使用。第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/101713.4水位指示及水满报警器该水位指示报警器可用于太阳能热水器的水位指示与控制。太阳能热水器一般都设在房屋的高处，热水器的水位在使用时不易观察，给使用者带来不便。使用该水位报警器后，可实现水箱中缺水或加水过多时自动发出声光报警。第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/101813.4.1工作原理当水箱无水时，由于180k电阻的作用，使4个开关的控制端部为低电平，开关断开，发光二极管VL1～VL4不亮。随着水位的增加，加之水的导电性，使得IC的13脚为高电平，S1接通，VL1点亮。当水位逐渐增加时，VL2、VL3依次发光指示水位。水满时，VL4发光，显示水满。同时VT导通，B发出报警声，提示水已满。不需要报警时，断开开关SA即可。图13-6水位指示与水满报警电路四双向模拟开关集成电路CD4066和相关元器件组成。每个电路内部有4个独立的能控制数字或模拟信号传送的开关第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/101913.4.2元器件选择IC选用四双向模拟开关集成电路CD4066。VT用9013或8050、3DG12、3DX201型硅NPN中功率三极管，要求＞150。VL1～VL4用F5mm高亮度红色发光二极管。R用RTX-1/8W碳膜电阻器。B用YD57-2型8圈式扬声器。电源可用4节1.5V电池或6V直流稳压电源。第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/102013.4.3制作与调试制作时可制作一个简易面板。并根据实际情况及个人爱好选择合适的报警器B。调试时将五个探知电极安置水盆的不同水位高度，接通水位报警电路，给水盆中慢慢加水，在各种不同水位对电路报警效果进行调整。第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/102113.5光控延时照明灯光控延时照明灯，采用红外发光二极管及光敏三极管作为双重光控元件，用于走廊楼道照明.第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/102213.5.1工作原理图13-7光控延时照明灯电路原理图时基集成电路IC与电位器RP、电容器C1构成单稳态触发器光控电路红外光控电路第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/1023当有人进入光控区后，遮挡光照使VTL1截止，IC的2脚变为高电平，人走出光控区后，IC的2脚加入负脉冲，使其内部的触发器翻转，IC的3脚输出高电平，使VT受触发而导通，照明灯EL被点亮。待IC暂态结束后，其3脚恢复低电平，使VT截止，照明灯EL熄灭。在白天有光时，VTL2呈现导通状态，使IC的4脚（复位端）为低电平，整个控制电路白天不工作。在晚上，VTL2因无光照射而呈现截止状态，IC的4脚变为高电平，整个控制电路开始工作若光控区无人时，则VL发出的红外线使VTL1导通，IC的第2脚为恒定的低电平，3脚输出低电平，VT截止，照明灯EL不亮（因为只有IC第2脚有负脉冲输入时，其内部的触发器才动作，IC的3脚才输出高电平）第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/102413.5.2元器件选择IC选用NE555、µA555、SL555等时基集成电路。VL选用HG501中功率红外发射二极管；VTL1、VTL2选用3DU系列的光敏三极管。VT选用MAC97A6小型塑封双向晶闸管，可驱动100W以下的白炽灯泡，使用时应加散热片；VD选用1N4004型等硅整流二极管。RP选用WS型小型精密电位器；R1～R4、R6均选用RTX-1/4W碳膜电阻器；R5选用RTX-2W碳膜电阻器。C1选用CD11型电解电容器；C2选用CT4D型独石电容器或CL11型涤纶电容器；C3选用CBB-400V型聚丙烯电容器。第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/102513.5.3制作与调试定时电路中除VL、VTL1、VTL2、EL外，其余元件焊在电路板上，装入塑料盒内，固定在走廊墙壁上。VTL2光敏三极管装在楼梯窗外，使其感受到白天光照。VL、VTL1分别安装在走廊两侧墙壁上，离地面约90cm。在光敏三极管VTL1前面可加装红色有机玻璃，以防止其它光源干扰。调节电位器RP的阻值，使其定时为20s左右。将VL对准VTL1，再分别安装好（可通电试验，用手遮挡住VL，再松开，观察灯EL是否点亮，以此来检查VL与VTL1是否对准）即可。第13章传感器的综合应用—小制作2020/2/102613.6热释电红外探头报警器热释电红外探头报