传感器与检测技术项目十 自动检测系统与无线传感器网络

1、工程十 自动检测系统与无线传感器网络 学习目标1掌握自动检测系统的组成和系统的工作原理。2了解并掌握系统各局部的作用和工作原理。3了解干扰的种类和来源。4了解抗干扰的措施。5了解无线传感器网络的概念和组成。6了解无线传感器网络的应用。本章任务任务一 自动检测系统 任务二 抗干扰技术任务三 无线传感器网络 任务一 自动检测系统 自动检测系统智能仪器：将微处理器、存储器、接口芯片与传感器结合在一起组成的检测系统。 个人仪器：由个人计算机配以相应的硬件电路与传感器组合而成的检测系统。自动测试系统：以工控机为核心，以标准接口总线为根底，以可程控的多台智能仪器为下位机组合而成的一种检测系统。 任务一 自

2、动检测系统 智能仪器框图 任务一 自动检测系统 个人仪器框图 任务一 自动检测系统 自动测试系统框图检测系统各局部介绍 一、多路模拟开关 用来把多个被测点上变送器的输出量逐个、分时地接入采样保持电路或模数转换器输入端，完成从多到一的功能。 任务一 自动检测系统 多路模拟开关 1、CD4051：8选1模拟开关。带有禁止端(INH)和三位译码端(A、B、C)控制的8路模拟开关电路，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为20V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号。 任务一 自动检测系统 CD4051 8选1多路模拟开关 任务一 自动检测系统 输入状态接通通道INHCBA0000“0”0001“1

3、”0010“2”0011“3”0100“4”0101“5”0110“6”0111“7”1均不接通CD4051 8选1多路模拟开关真值表 多路模拟开关 2、CD4052：差动4通道数字控制模拟开关，有A、B两个二进制控制输入端和INH禁止输入端，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为20V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号。 任务一 自动检测系统 CD4052 双4选1多路模拟开关 任务一 自动检测系统 CD4052 双4选1多路模拟开关真值表 输入状态接通通道INHBA000“0”X、“0”Y001“1”X、“1”Y010“2”X、“2”Y011“3”X、“3”Y1均不接通检测系统各局部

4、介绍 二、信号的放大 采用集成运算放大器。集成运放具有电压增益高，输入阻抗大，输出阻抗小，使用方便，稳定可靠等一系列优点 任务一 自动检测系统 典型的运算放大器应用电路 反相放大器 任务一 自动检测系统 典型的运算放大器应用电路 2、同相放大器 任务一 自动检测系统 典型的运算放大器应用电路 3、测量放大器 任务一 自动检测系统 检测系统各局部介绍三、采样保持电路：模数转换器ADC完成一次转换需要一定的时间。当被测量变化很快时，为了使ADC的输入信号在转换期间保持不变，需要使用采样保持器。 任务一 自动检测系统 采样保持器的常用芯片LF398是美国国家半导体公司生产的一种廉价芯片，也是我国使用

5、最多的一种保持器。它的内部结构如下图。 任务一 自动检测系统 检测系统各局部介绍四、A/D转换电路 A/D转换器是指将模拟信号进行量化、编码，转换为n位二进制数字量信号的集成电路。 间接A/D转换间接ADC 直接A/D转换直接ADC 任务一 自动检测系统 8位 ADC0809/0809与单片机的接口电路 任务一 自动检测系统 12位 ADC574与单片机的接口电路 任务一 自动检测系统 双积分型ADC 5G14433与单片机的接口电路 任务一 自动检测系统 检测系统各局部介绍五、D/A转换电路 分为直接D/A转换和间接D/A转换。直接DAC是将数字代码直接转换成模拟信号；间接ADC是先将输入的

6、数字信号转换成中间变量，再将中间变量转换成模拟量。 任务一 自动检测系统 8位 DAC0832与单片机的接口电路 任务一 自动检测系统 12位 DAC1208与单片机的接口电路 任务一 自动检测系统 噪声形成干扰噪声源传播途径 接收载体 任务二 抗干扰技术 一、干扰与噪声电和磁干扰 电和磁干扰 热干扰 任务二 抗干扰技术 二、干扰的分类化学干扰 湿度干扰 光干扰射线辐射干扰 静电电容耦合 任务二 抗干扰技术 三、干扰信号的的耦合方式 电磁耦合 共阻抗耦合 漏电流耦合 四、两种测量干扰 根据干扰进入测量电路的方式不同，可将干扰分为差模干扰和共模干扰两种。 任务二 抗干扰技术 一、 差模干扰： 是

7、使信号接收器的一个输入端子电位相对另一个输入端子电位发生变化，即干扰信号与有用信号叠加在一起。 任务二 抗干扰技术 抗差模干扰的措施有：合理设计传感器结构并采用屏蔽措施，防止外界进入干扰和内部寄生耦合干扰。信号传输采取抗干扰措施，针对具体情况可以采用双绞信号传输线、传感耦合端加滤波器、金属隔离屏蔽线等措施来消除差模干扰。采用电流或数字量进行传送。 任务二 抗干扰技术 二 、共模干扰： 共模干扰是相对于公共的电位基准地(接地点)，在信号接收器的两个输入端子上同时出现的干扰。虽然它不直接影响测量结果，但是当信号接收器的输入电路参数不对称时将会引起测量误差。 任务二 抗干扰技术 抗共模干扰的措施有：

8、对于由敏感元件组成桥路的传感器，为了减小供电电源所引起的共模干扰，可采用正负对称的电源供电，使电桥输出端形成的共模干扰电压接近于零。测量电流采用输入端对称电路或用差分放大器来提高抑制共模干扰的能力。采用合理的接地系统，减小共模干扰形成的干扰电流流入测量电路。 任务二 抗干扰技术 五、干扰的抑制方法1、屏蔽2、接地3、悬浮 4、隔离 5、滤波一外来干扰的抑制方法 任务二 抗干扰技术 屏蔽就是用低电阻材料或磁性材料把元器件、传输导线和电路等包围起来，以隔离内、外电磁场的相互干扰 屏蔽可分为三种，即电场屏蔽、磁场屏蔽及电磁屏蔽 任务二 抗干扰技术 电路或传感器中的地指的是一个等电位点，它是电路或传感

9、器的基准电位点，与基准电位点相连接，就是接地 。1、强电地线与信号地线分开设置2、模拟信号地线与数字信号地线分开设置 3、低频电路要一点接地 4、高频电路要多点接地 任务二 抗干扰技术 浮置又称为浮空、浮接，是测量仪表的输入信号放大器公共地不接机壳或大地。浮置阻断了干扰电流的通路，测量系统浮置后，明显加大了系统信号放大器公共线与大地或外壳间的阻抗，因此浮置能大大减小共模干扰电流，提高共模干扰抑制能力。 任务二 抗干扰技术 当电路信号在两端接地时，容易形成地环路电流，引起噪声干扰。一般常采用隔离的方法，把电路的两端从电路上隔开。隔离的方法主要采用变压器隔离和光电耦合器隔离。 任务二 抗干扰技术

10、用电容和电感线圈或电容和电阻组成滤波器接在测量电路输入端、放大器输入端或测量桥路与放大器之间，以阻止干扰信号进入放大器，使干扰信号衰减。常用的有RC型、LC型及双T型等形式的滤波器。 任务二 抗干扰技术 二内部干扰的抑制 主要来源于自动测试系统中的电源变压器。 任务二 抗干扰技术 方法一、采用隔离措施： 将变压器一次侧绕组进行屏蔽，并将屏 蔽接地，二次侧绕组也应同时屏蔽。 任务二 抗干扰技术 方法二、 采用隔离变压器供电：使用隔离变压器应将一次侧，二次侧绕组屏蔽，二次侧绕组屏蔽与中间抽头相连接，隔离变压器与线路之间的相互连接线包括屏蔽线(因为这些屏蔽线是处在信号屏蔽的延伸之中)必须完全封闭。

11、任务二 抗干扰技术 无线传感器网络Wireless Sensor Networks，WSN是利用一组集成化的微型传感器协作地实时感知、采集和监测覆盖区域中对象的信息，用自带的微处理器对信息进行处理，并通过自组织的无线通信网络以多跳中继方式传送，使终端用户得到需要的信息。 任务三 无线传感器网络 1传感器节点sensor node 传感器节点由内置传感器、微处理器、无线通信及小型电池等组成。2自组织网络 无需依赖任何预设的网络设施，节点通过分层协议和分布式算法协调各自的行为。3动态拓扑 无限传感器网络是一个动态的网络，网络的拓扑结构随时发生变化，因此网络应具有动态拓扑组织功能。 任务三 无线传感器网络 1、传感器节点的低功耗、微型化、高集成度和低价格2、传感器节点的密集布设 3、协作式网络 4、自组织网络 5、无线网络 无线传感器网络的主要特征无线传感器网络主要特征 任务三 无线传感器网络