传感器与测试技术课程设计 样本

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1、传感器具与测试技术传感器具与测试技术 课程设计课程设计 设计题目设计题目 简易振动传感器的设计简易振动传感器的设计 学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 专专 业业 摘要摘要 在高度发展的现代工业中，现代测试技术向数字化、信息化方向发展已成 必然发展趋势，而测试系统的最前端是传感器，它是整个测试系统的灵魂，被 世界各国列为尖端技术， 特别是近几年快速发展的IC技术和计算机技术，为传感器的发展提供了良好与 可靠的科学 技术基础。使传感器的发展日新月益，且数字化、多功能与智能化是现代传感 器发展的重 要特征。振动传感器在测 试技术中是关键部件之一， 它的作用主要是将机械量 接收下来，并转换为与之 成

2、比例的电量。由于它也 是一种机电转换装置。所 以我们有时也称它为换能 器、 拾振器等。 关键字：关键字：振动 传感器 惯性式 目 录 引 言1 1 设计意义及报告要求2 1.1 课题现状.2 1.2 研究意义.2 1.3 设计要求.3 1.4 设计结构.3 2 相关基础理论和基础知识概述4 2.1 震动传感器相关概述.4 2.1.1 振动传感器的工作原理.4 2.1.2 无线射频收发模块简介.5 2.2 主要元器件介绍.8 2.2.1 STC89C51 单片机8 2.2.2 编码解码芯片 PT2262/PT2272 .11 2.2.3 SC-1 振动传感器15 3 系统设计及选型16 3.1

3、系统设计.16 3.2 元器件的选型.17 3.2.1 单片机的选择.17 3.2.2 振动传感器的选择.17 3.2.3 编码解码芯片的选择.18 3.3 方案选择.18 4 硬件电路设计及其实现19 4.1 单片机模块.19 4.2 振动信号检测模块.21 4.3 声光报警模块.22 4.4 无线通信模块.23 4.4.1 无线发射模块.23 4.4.2 无线接收模块.24 4.5 继电器输出控制模块.25 8 总结38 谢 辞39 参考文献40 引言引言 近年来，随着改革开放的深入发展，人民的生活水平有了很大提高。各种高产品 和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也是越来越多。这点

4、就是看到了大 部分人防盗意识还不够强，造成偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财 产安全问题十分担忧。 报警器这时正为人们解决了不少问题。但是市场上的报警器大部分都是用于一些 大公司财政机构，价格高昂，一般人们难以接受。如果再设计和生产一种价廉、性能 灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。由于 无线传输技术具有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广 泛的应用，此外，在电子防盗、人体探测等领域中，无线防盗报警器也以其价格低廉、 技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。 本文设计的摩托车防盗报警系统采用 MCS-51 系列单片机

5、 STC89C51 作为核心控 制元件。STC89C51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4K Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器，器件采用 宏晶公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引 脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计 算机 STC89C51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 1 课题的现状及研究意义 1.1 课题现状 摩托车防盗器产品是与我国民用摩托车工业同步

6、发展壮大起来的，至今已经有二 十多年的历史。在其发展历程中，曾经为用户们做出了很大的贡献，成为了摩托车的 忠实守护神。但是，长期以来，相对于其他电子技术产品的发展，摩托车电子防盗器 的发展显得相对滞后，一直都是“老面孔”，其缺点也逐渐的暴露出来，越来越难以 真正发挥其防盗作用。 我们常见的防盗产品的核心防盗功能主要集中在阻吓和锁车上。对于摩托车来说， 传统意义上的防盗措施在实施过程中有着相对较大的困难，较难以实现真正意义上的 有效防盗。 传统的防盗器绝大多采用震动传感器感知车体是否受到侵害，这类型的传感器的 抗干扰能力十分有限，容易因为非侵害车体的外界震动，如雷电、风雨、鞭炮或其他 车辆行驶干

7、扰等均能诱发报警导致误报，误报成了传统防盗器无法逾越的障碍。由于 误报频发，用户乃至公众已经难以分辨什么是真实报警，什么是误报了。同时频发的 误报警报音已经成为了一种令公众厌恶的噪音。同时也让防盗器持有者处于一种尴尬 的地步。某些地方甚至出现过，非盗窃行为破坏防盗装置的事件，就是公众厌恶噪声 的实例。诸多不利因素，造成以阻吓为防盗核心手段的传统防盗器已经难以发挥真正 意义上的防盗功效。 1.2 研究意义 遥控式汽车防盗器是随着电子技术的进步而发展起来的，是市场上推广普及最为 广泛的一种。它的特点是遥控控制防盗器的全部功能，可靠方便，可带振动。本课题 采用 STC89C51 单片机作为主控制器，

8、采用 SC-1 型全向震动传感器作为检测元件，当 SC-1 震动传感器检测到较大振动信号时，能够从第三脚输出直流电压信号，经过放大 接入单片机 I/O 端口。单片机检测到 SC-1 有信号输出时，立即通过 I/O 口发出相应的 信号驱动扬声器发出报警信号，在发出报警声响的同时，熄火继电器常闭触点断开发 动机的起动电源，使发动机无法起动，防止了盗贼不顾报警声响而把车辆发动起来盗 走，到防盗报警的目的。 利用 PT2262 无线编码电路作为遥控器来启动和关闭防盗报 警系统。 1.3 设计要求 本课题采用 STC89C51 单片机作为主控制器，利用 PT2262 无线发射模块作为遥控 开关来启动和关

9、闭防盗报警系统，遥控器亦可让报警器直接报警，以告知车主车辆所 在。采用 SC-1 型全向震动传感器作为检测元件，当 SC-1 震动传感器检测到较大振动 信号时，能够从第三脚输出直流电压信号，经过放大接入单片机 I/O 端口。单片机检 测到 SC-1 有信号输出时，立即通过 I/O 口发出相应的信号驱动扬声器发出报警信号， 在发出报警声响的同时，熄火继电器常闭触点断开发动机的起动电源，使发动机无法 起动，防止了盗贼不顾报警声响而把车辆发动起来盗走，到防盗报警的目的。 完整的设计任务要求完成如下主要功能： （1）自动警戒； （2）具有声光报警装置； （3）引擎锁定； （4）可调节灵敏度。 1.4

10、设计结构 在设计的第二部分，将介绍关于本设计课题的相关基本理论和基础知识，着重在 于介绍 STC89C51 单片机相关理论知识、PT2262/PT2272 专用编码解码芯片的原理、 SC-1 震动传感器的主要特性及引脚功能等。在这一部分，还将介绍 315M 无线射频收 发技术的相关理论知识。在设计第三部分将着重介绍系统总体设计思想，包括硬件选 择和实现的方法。在第四部分将详细介绍硬件电路的设计，元器件参数的确定。主要 讲述 STC89C51 单片机及其最小系统和各个模块的实现以及和单片机的连接方式。第 五部分介绍软件编程的总体设计思想，各个模块的流程图。第六部分将介绍硬件电路 制作过程中印刷电

11、路板的相关知识和注意事项。最后部分为整个设计过程的总结。 2 相关基础理论和基础知识概述 2.1 震动传感器相关概述 2.1.1 振动传感器的工作原理 在高度发展的现代工业中，现代测试技术向数字化、信息化方向发展已成必然趋 势，而测试系统的最前端是传感器，它是整个测试系统的灵魂，被世界各国列为尖端 技术，特别是近几年快速发展的 IC 技术和计算机技术，为传感器的发展提供了良好与 可靠的科学技术基础。使传感器的发展日新月益，且数字化、多功能与智能化是现代 传感器发展的重要特征。 振动传感器是将振动信号（加速度、速度及位移）转换成电信号的装置，振动传 感器在测试技术中是关键部件之一，它的作用主要是

12、将机械量接收下来，并转换为与 之成比例的电量。由于它也是一种机电转换装置。所以我们有时也称它为换能器、拾 振器等。振动传感器并不是直接将原始要测的机械量转变为电量，而是将原始要测的 机械量做为振动传感器的输入量M，然后由机械接收部分加以接收，形成另一个适合 于变换的机械量N，最后由机电变换部分再将N变换为电量E，因此一个传感器的工作 性能是由机械接收部分和机电变换部分的工作性能来决定的。 振动传感器工作原理如下图所示： 图 2-1 振动传感器的工作原理 在工程振动测试领域中，测试手段与方法多种多样，但是按各种参数的测量方法 及测量过程的物理性质来分，可以分成三类。 （1）机械式的测量方法 将工

13、程振动的参量转换成机械信号，再经机械系统放大后，进行测量、记录，常 用的仪器有杠杆式测振仪和盖格尔测振仪，它能测量的频率较低，精度也较差。但在 现场测试时较为简单方便。 （2）光学式的测量方法 将工程振动的参量转换为光学信号，经光学系统放大后显示和记录。如读数显微 镜和激光测振仪等。 （3）电测方法 将工程振动的参量转换成电信号，经电子线路放大后显示和记录。电测法的要点 在于先将机械振动量转换为电量（电动势、电荷、及其它电量） ，然后再对电量进行测 量，从而得到所要测量的机械量。这是目前应用得最广泛的测量方法。 常用振动传感器有以下几种： （1）压电片谐振式：使用压电片接收振动信号，压电片的谐

14、振频率较高，为了降低谐 振频率，使用加大压电片振动体的质量来实现，并使用弹簧球代替附加物，降低两谐 振频率，增强了振动效果。其优点是灵敏度较高，结构简单。但是需要信号放大后送 到 TTL 电路或者单片机电路中，不过使用一个三极管单级放大即可。 （2）机械振动式：传统的振动检测方式，受到振动以后，弹簧球在较长的时间内进行 减幅振动，这种振动便于被检测电路检测到。振动输出开关信号，输出阻抗与配合输 出的电阻阻值所决定，根据检测电路的输入阻抗，可以做成高阻抗输出方式。 （3）微型振动传感器：将机械式振动传感器微型化，将振动体碳化并进行密封处理， 其工作性能更可靠。输出开关信号直接与 TTL 电路和或

15、者单片机输入电路相连接，电 路结构简单。输出阻抗高，静态工作电流小。 2.1.2 无线射频收发模块简介 （1）发射模块 无线数据传输广泛地运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、 门禁系统、小区传呼、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触 RF 智能卡、 小型无线数据终端、安全防火系统、无线遥控系统、生物信号采集、水文气象监控、 机器人控制、无线 232 数据通信、无线 485/422 数据通信、数字音频、数字图像传输等 领域中。 发射模块原理如图所示，工作频率为 315M，发射模块采用声表谐振器稳频，频率 稳定度极高，当环境温度在2585 度之间变化时，频飘仅为 3ppm/

16、度，SMT 树脂 封装，频率一致性较好，免调试，特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。采用 声表面波（SAW315M）谐振器作为频率源器件的高 Q 值、高频稳度的无线遥控发射 和接收电路，解决了传统的 LC 振荡电路频稳度差及频率漂移较大的问题。而一般 LC 振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，误差变化及振动也很难 保证已调好的频点不会发生偏移。具有较宽的工作电压范围及低功耗特性。当发射电 压为 3V 时，发射电流约为 2mA，发射功率较小；12V 为最佳工作电压，具有较好的 发射效果，发射电流约为 58mA，大于 12V 时直流功耗增大，有效发射功率不再明 显提高。发射模块采用 AM 方式调制以降低功耗，数据信号停止发射时发射电流降为 零，数据信号与发射模块之间采用电阻而不能采用电容耦合，否则发射模块将不能正 常工作。数据信号电平应接近发射模块的实际工作电压以获得较高的调制效果，发射 模块对过宽的调制信号易出现调制效率下降、收发距离变近的现象。当脉冲高电平宽 度在 0.081ms 时发射效果较好，大于 1ms 时效率开始