传感器温度检测要求和模块分析

1、传感器温度检测要求和模块分析 (1) 热电阻原理与特性: 要求：（1）温度系数、电阻率较高 提高灵敏度，体积小，反应快（2）理化性能稳定 提高稳定性和准确性，复现性好 （3）良好的输入-输出特性 线性/接近线性，测量精度高（4）良好的工艺性 批量生产，降低成本材料：纯金属 -铂、铜、镍、铁 （5）较大的测温范围 特别是在低温范围一、温度检测1、热电阻原理：热能 热电阻 电阻值温度 热电阻 阻值特点：应用：(1） 输入输出特性接近线性标准温度计，高精度工业测温，高低温测试 构成：金属铂丝(0.020.07mm)绕制在线圈骨架上封装在玻璃或陶瓷管等保护管内构成.温度检测Pt100：R0：0时的温度

2、 标准值(Pt100, Pt500) (2) 铂电阻(Pt) 式中，；。 Pt100在常温0100摄氏度之间变化时线性度非常好，其阻值表达式可近似简化为：RPt=100（1+At），当温度变化1摄氏度，Pt100阻值近似变化欧。 R2、R3、R4和Pt100组成传感器测量电桥，为了保证电桥输出电压信号的稳定性，电桥的输入电压通过TL431稳至。从电桥获取的差分信号通过两级运放放大后输入单片机。电桥的一个桥臂采用可调电阻R3，通过调节R3可以调整输入到运放的差分电压信号大小，通常用于调整零点。 放大电路采用LM358集成运算放大器，为了防止单级放大倍数过高带来的非线性误差，放大电路采用两级放大，

3、如图 所示，前一级约为10倍，后一级约为3倍。温度在0100度变化，当温度上升时，Pt100阻值变大，输入放大电路的差分信号变大，放大电路的输出电压Av对应升高。 测量电路1：电桥+差动放大测量电路2：电桥+仪表差动放大材料：特点：分类：（1）温度系数大 灵敏度高 （为热电阻10100倍）（2）结构简单，体积小 可以测量点温度（3）电阻率高、热惯性小 适于动态测温（4）易于维护、使用寿命长 适于现场测温（5）互换性差，非线性严重，精度低 正温度系数热敏电阻(PTC)负温度系数热敏电阻(NTC)临界温度系数热敏电阻(CTR) 半导体 - 半导体热电阻（6）成本低，应用广泛 一、温度检测2、热敏电

4、阻 （过热保护）非线性 热敏电阻的应用家用电器电熨斗、电冰箱、电饭煲、洗衣机、电暖壶、烘干机、电烤箱、空调机、电热毯、热水器、热得快、电磁炉、汽车电子电子喷油嘴、空调机、发电机防热装置、电热座椅测量仪器流量计、风速表、真空计、浓度计、湿度计、空气传感器、环境监测仪、办公设备复印机、传真机、打印机、扫描仪农业园艺温室控制、人工气候箱、烘干系统、医疗器具体温计、人工透析、散热系统工业生产电动机过热保护、一、温度检测应用实例：基于热敏电阻的电机过热保护器： Rt1 Rt2 Rt3 ：热敏电阻(NTC) ，安装在三相绕组附近 温度低时 ：电阻高 三极管不导通 继电器不吸合 电机运行温度高时 ：电阻低

5、三极管导通 继电器吸合 电机停止一、温度检测3、数字温度传感器DS18B20 DS18B20 是Dallas 公司推出的单线数字式测温芯片，它能在现场采集温度数据，并将温度数据直接转换成数字量输出。在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器双向通讯。2.测温范围 55125，测温精度0.0625，数字量转换时间小于 200ms。3.支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点测温,最多只能并联8个，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定.4.工作电源: 35V/DC.5.测量结果以912位数字量方式串行传送 。 湿度检测电路1.湿敏电阻CHR

6、02-653二、湿度检测 用一个电阻与湿敏电阻对电源分压，组成的湿度检测电路，耗电量小，为了保证测量精度，采用多次测量求平均值的方法进行数据处理。启动湿度检测后，进行10次AD转换，将平均值显示出来。 湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化。 2.湿敏电阻HR202特性参数 （at 1kHz） 单位：欧姆工作范围 2095%RH 060供电电压 1.5V AC(Max 正弦波)工作频率 500Hz2kHz额定功率 0.2mW(Max 正弦波)中心值 （at25 1kHz 1V AC 60%RH 正弦波） 31.0k阻抗范围 （at25 1kHz 1V AC 60%RH

7、正弦波） 19.850.2k湿度检测精度 5%RH应用领域: 用于温湿度显示计、温湿度表、大气环境监测、工业过程控制、农业、测量仪表等应用领域.应用电路：三、气体检测1.瓦斯气体传感器(KGS-20) KGS-20型可燃气传感器是以二氧化锡为基本敏感材料的，专门用于可燃气浓度检测的一种半导体型气体传感器。TO-39金属封装的外壳上部带有100目金属丝网。 它的基本特征是：极高灵敏度和极快的响应速度且功耗低。KGS-20型可燃气传感器适用于对瓦斯等可燃气浓度的检测，用于瓦斯报警器，可燃气报警器，瓦斯检测仪等。特性参数 ：l.检测电压：（Vc、Vd）15V 2.取样电阻：（RL）0.5-20K 3

8、.加热电压：（VH）0.90.05V 4.加热功率：（P）约150mW 5.灵敏度：R0（air）RS（5000ppmCH4）5 6.响应时间：Tres10秒 7.恢复时间：Trec30秒 符号Symbol参数 Parameter数值Specification条件 Conditions etc.VH加热电压 Heater voltage0.9V 0.05VDCVD检测电压 Detect voltage5VDCRL负载电阻 Load resistance200WRH加热器电阻 Heater resistance2.8W0.2W室温 at room temperatureIH加热器电流 Heate

9、r current130mAIH=VH/RHPH加热器功耗 Heater power consumption120mWPH=VH2/ RH(typical value)PS传感器敏感材料部分功耗 Power dissipation of sensing element10mWPS=(VC-VRL)2/RS表1 典型操作条件 根据瓦斯传感器的特性: 当CH4浓度为1.5%时输出20mV的模拟电压信号，经过信号放大电路使其放大10倍，得到200mV的模拟电压信号。 设定64AD模块模拟量控制端输入为05V的电压信号由于模拟量模块采集的瓦斯浓度值为0-4000之间的数字量，在给定瓦斯浓度限制点的值时

10、，要把其转换成0-4000之间的数字量。 1.5%对应的数字量为:0.2/(5-0)*(4000-0)=1600两种典型的驱动电路：控制电路：特性参数l、回路电压：(Vc) 5-24V2、取样电阻：(RL) 0.5-20K3、加热电压：(VH)50.1V4、加热功率：(P)约750mW5、灵敏度：R0(air)/RS (1000ppmC4H10)56、响应时间：Tres10秒7、恢复时间：Trec30秒2.天然气、液化石油气（CO）传感器2M003测试电路：工作环境： 温度-10-+50、相对湿度0-90RH四、距离检测1、超声测距传感器超声测距原理：被测距离:c - 声速 t - 往返飞行时

11、间应用：适于大目标、近距离、一般精度测距 手持测距仪 - 盲人导盲 汽车倒车雷达 - 汽车安全 工业应用 - 超声测量液位、物位特点：超声波束发散，测量范围小 波束聚焦困难，测量精度低 测量目标不能太小； 超生探头被测目标 超声波传感器（超声波探头），是实现声电转换的装置（超声换能器）这种装置能够发射超声波，同时还可以接收超声回波，并转换成电信号。为了有更高的声压级和灵敏度，选用需要较高发射电压和大角度的超声波传感器，单片机输出40K的方波信号，经变压器升压，作用于超声波传感器。超声波发射电路： 超声波传感器接收回波信号，经耦合电容送入前置放大电路，放大的信号经带通滤波电路、后级放大电路、电压

12、比较电路后完成回波信号的处理并向单片机发出中断信号。超声波接收模块： 由于超声波在不同温度下传播速度不同，超声波速度c与温度T有关。如果环境温度变化显著，必须考虑温度补偿问题。空气中声速与温度的关系可以表示为： 式中T为环境摄氏温度。为了提高测量精度，可采用数字温度传感器DS1820采集环境温度进行温度补偿。温度补偿：四、距离检测2、激光测距传感器(1) 激光测距特点：测量距离可达几公里甚至几十公里（主要手段）(2) 激光测距方法：飞行时间法、相位差法(a) 飞行时间法：被测距离:c - 光速 t - 往返飞行时间(b) 相位差法：被测距离:c - 光速 f0 - 脉冲频率 - 相位差激光器被

13、测目标原理：激光器发出单个激光脉冲原理：激光器发出连续激光脉冲激光器被测目标特点：对时间测量精度要求高，适于测量超长距离（地球-月球：分辨力达到1m ）特点：测量精度高，测量范围大（短距离 超长距离）（相机自动调焦）四、距离检测范围：0.2 300m 分辨力： 3mm德国俫卡手持式：范围：0.2 200m分辨力：0.2mm美国bushwell 单目军用范围：1000m分辨力：1m1.测量射程范围：10 to 80 cm 2.最大允许角度：40 3.电源电压：4.5 to 5.5V 4.平均功耗：35mA 5.峰值功耗：约200mA 6.更新频率/周期：25Hz/40ms 7.模拟输出噪声：20

14、0mV 8.测量距离与输出模拟电压关系：模拟信号对应10cm80cm，输出与距离成反比非线性关系。 GP2D12产品规格参数： 3.红外测距传感器（夏普GP2D12）五、避障模块 、寻迹模块该光电传感器为NPN常开型反射式传感器，自发自收。工作电压为5V，工作电流为100mA。有效测量距离为80cm。易于装配，使用方便，可以很方便的实现小车的避障等功能。通过调节后部的螺丝，可以改变该传感器的避障距离。即避障距离可以在080cm之间可调。 该传感器为开关量传感器，输出的为1，0开关量信号，可以和单片机直接连接使用。工作原理：光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。一般情况下，

15、光电传感器由三部分构成：发送器，接收器和检测电路（其工作原理如图2-3）。图2-3 E3F-DS10C4工作原理图三个同样的E3F-DS10C4分别安装在小车的前方和左右两面， E3F-DS10C4具有探测距离可调功能，可以预置小车距离墙壁的最小距离，当检测到两边的距离小于预置值时，便可以把信号传给控制器，让控制器进行调整。1.光电开关E3F-DS10C4光电开关的应用电路：2.黑白线检测传感器TK-20TK-20黑白线检测传感器是TK-10的升级版，有效探测距离达5cm。通过调节电位器，最远可以达到10cm（该距离下，探测黑白线的精度降低）。 这款黑白线传感器继承了TK-10的受可见光干扰小

16、，输出信号为开关量，信号处理简单，使用非常方便外，还增加了探测距离调节器、改进了探测距离、加强了探测精度（在有效量程内，可对报纸大标题进行感应）。电气特性： U:5VDC I:20mA Sn:05CM 应用场合： 1.白底黑线或黑底白线的检测； 2.完成小车或机器人寻迹功能；注意事项：该传感器为开关量传感器，输出为TTL电平，可以直接和单片机连接，但需要在输出端加上拉电阻，使用方法如红外避障传感器。（如不加上拉电阻会出现不规则电平输出） 3.红外发射接收对管红外对管的工作原理。在车底部安装一左一右两个红外发射接收对管。能很顺利地引导小车到达C点。电路图如图所示。在该电路中，加比较器LM311的

17、目的，是将模拟量转化为开关量，以便于处理。为使发射有一定的功率，发射回路要求至少不小于20mA的电流。根据 ，可选择R1=150。寻迹模块 应用电路：检测液滴电路 无液滴落下时，接收管与发射管正对，接收管接收到的光强较强，有液滴滴下时，下落中的水滴对红外光有较强的漫反射、吸收及一定的散射作用，导致接收光强的较大改变，接收管接收到的信号经一级施密特触发器，送单片机的中断口，据此就可以正确的探测出液滴的滴落。 光强利用光敏电阻与定值电阻分压获得，再由比较器与固定电压比较，输出逻辑电平，送至单片机进行开关灯或故障报警操作。测光电路设计;六、光度测量光敏电阻七、感应人体1.热释电传感器D203 热释电

18、红外线传感器是利用温度变化的特征来探测红外线的辐射，采用双灵敏元互补的方法抑制温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。产品应用广泛，例如，保险装置，防盗报警器，感应门，自动灯具，智能玩具等。 特性参数：工作电压 2.2-15V工作电流 8.5-24A(VD=10V,Rs=47k,25)源极电压 0.4-1.1V(VD=10V,Rs=47k,25)工作温度 -20- +70保存温度 -35- +80视场 139126输出信号峰值3500mV, 人体感应模块 基于红外线技术的自动控制产品, 灵敏度高，可靠性强，广泛应用于各类自动感应电器,如自动门、自动洗手机、自动滴液器、感应冲水器、各类智能玩具以及其它感应电器设备等。 功能特点: 1.全自动感应: 人进入其感应范围则输出高电平， 人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。2.光敏控制（可选择，出厂时未设）：可设置光敏控制，白天或光线强时不感应。3.两种触发方式：（可跳线选择）a.不可重复触发方式: 即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变为低电平；b.可重复触发方式： 即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活