传感器在生活中应用

传感器在生活中应用第一页，共29页。传感器在手机中的应用光线传感器重力传感器触摸传感器第二页，共29页。光线传感器工作原理：在手机中使用的光线传感器件一般是光敏三极管，也叫光电三极管，光敏三极管有电流放大作用，所以比光敏电阻和光敏二极管应用更广泛。光敏三极管与普通半导体三极管一样，是采用半导体制作工艺制成的具有NPN或PNP结构的半导体管。它在结构上与半导体三极管相似，它的引出电极通常只有两个，也有三个的。光敏三极管的结构如图所示。为适应光电转换的要求，它的基区面积做得较大，发射区面积做得较小，入射光主要被基区吸收。。和光敏二极管一样，管子的芯片被装在带有玻璃透镜金属管壳内，当光照射时，光线通过透镜集中照射在芯片上。

第三页，共29页。将光敏三极管接在图所示的电路中，光敏三极管的集电极接正电位，其发射极接负电位。当无光照射时，流过光敏三极管的电流，就是正常情况下光敏三极管集电极与发射极之间的穿透电流Iceo它也是光敏三极管的暗电流，其大小为：Iceo=(1+hFE)I（式中:Icbo---集电极与基极间的饱和电流;hFE---共发射极直流放大系数）。第四页，共29页。当有光照射在基区时，激发产生的电子--空穴对增加了少数载流子的浓度，使集电结反向饱和电流大大增加，这就是光敏三极管集电结的光生电流。该电流注入发射结进行放大，成为光敏三极管集电极与发射极间电流，它就是光敏三极管的光电流。可以看出，光敏三极管利用普通半导体三极管的放大作用，将光敏二极管的光电流放大了(I+hFE)倍。所以，光敏三极管比光敏二极管具有更高的灵敏度。第五页，共29页。光敏三极管在手机上应用主要是根据环境光线明暗来判断用户的使用条件，从而对手机进行智能调节，达到节能和方便用户使用的目的。黑暗环境下自动降低背光亮度以免背光太亮刺眼。太阳下自动增加屏幕亮度使显示更清楚。手机移动到耳边打电话时自动关闭屏幕和背光可以延长手机的续航时间同时关闭触屏又可以达到防止打电话过程中误触屏幕挂断电话的误操作。光敏三极管在手机中的应用第六页，共29页。

NOKIAN73手机的光线传感器电路为例电路图为：第七页，共29页。光敏三极管V6501将感应到的光线变成电信号送到电源管理/音频IC中的检测电路中，然后输出控制信号，控制LCD背光灯，使之能够随环境光线的强弱变换亮度，以达到节省电量满足视觉需要的目的。第八页，共29页。重力传感器介绍：在手机上的重力传感器：利用压电效应实现，简单来说是测量内部一片重物(重物和压电片做成一体)重力正交两个方向的分力大小，来判定水平方向。通过对力敏感的传感器，感受手机在变换姿势时，重心的变化使手机光标变化位置从而实现选择的功能。支持摇晃切换所需的界面和功能甩歌甩，屏翻转静音，甩动切换视频等，是一种非常具有使用乐趣的功能。重力传感器来说的简单点就是：你本来把手机拿在手里是竖着的，你将它转90度，横过来，它的页面就跟随你的重心自动反应过来也就是说页面也转了90度，极具人性化。第九页，共29页。重力传感器是根据压电效应的原理来工作的。所谓的压电效应就是“对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外，还将改变晶体的极化状态，在晶体内部建立电场。这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应”。重力传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压，只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。当然，还有很多其它方法来制作加速度传感器，比如电容效应，热气泡效应，光效应，但是其最基本的原理都是由于加速度产生某个介质产生变形，通过测量其变形量并用相关电路转化成电压输出。工作原理第十页，共29页。应用状况1、通过重力传感器测量由于重力引起的加速度，可以计算出设备相对于水平面的倾斜角度。通过分析动态加速度，你可以分析出设备移动的方式。但是刚开始的时候，你会发现光测量倾角和加速度好像不是很有用。但是，现在工程师们已经想出了很多方法获得更多的有用的信息。2、加速度传感器可以帮助仿生学机器人了解它现在身处的环境。是在爬山，还是在走下坡，是否摔倒。或者对于飞行类的机器人来说，对于控制姿态也是至关重要的。一个好的程序员能够使用加速度传感器来回答所有上述问题。3、重力传感器可以用来分析发动机的振动。第十一页，共29页。第十二页，共29页。触摸传感器在手机中使用的触摸传感器（touchsensor）就是平时我们俗称的触摸屏（Touchpanel）,又称为触控面板，触摸传感器的使用使人机交互更加方便和直观，增加了人机交流的乐趣。触摸传感器的使用减少了手机菜单按键，操作更加简单、便捷。在手机中使用的触摸传感器分为两类，第一类是电阻式触摸传感器，其代表就是国产大部分手机采用，第二类是电容式触摸传感器，其代表就是Iphone手机等采用。第十三页，共29页。电阻式触摸屏的工作原理：触摸屏包含上下叠合的两个透明层，四线和八线触摸屏由两层具有相同表面电阻的透明阻性材料组成，五线和七线触摸屏由一个阻性层和一个导电层组成，通常还要用一种弹性材料来将两层隔开。电阻式触摸屏第十四页，共29页。第十五页，共29页。在手机中使用电阻式触摸屏几乎全部都是四线触摸屏。四线触摸屏包含两个阻性层。其中一层在屏幕的左右边缘各有一条垂直总线，另一层在屏幕的底部和顶部各有一条水平总线，如图所示。在触摸屏幕后，起到电压计作用的触摸管理芯片首先在X+点上施加电压梯度VDD，在X-点上施加接地电压GND。然后检测Y轴电阻上的模拟电压并把模拟电压转化成数值用模数转换器计算X坐标。在这种情况下Y-轴变成感应线。同样地在Y+和Y-点分施加电压梯度可以测量Y轴坐标。第十六页，共29页。电阻式触摸屏外形结构电阻式触摸屏是覆盖在LCD上面一层玻璃结构的透明的材料它与LCD是可以分离的可以单独进行更换有些手机的触摸屏和LCD做在一起如果触摸屏损坏的时候只能一起更换。部分手机会在触摸屏上面加一个屏幕面板用来保护触摸屏和LCD。触摸屏的外形结构如图所示。第十七页，共29页。右图是是一款手机的电阻式触摸屏电路，电路由触摸检测部件、触摸屏控制芯片、CPU组成，触摸屏安装在LCD的前面，用户检测用户的触摸位置，当手指触摸图标或菜单位置时，触摸屏将检测的信息送入触摸屏控制芯片，触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。第十八页，共29页。电容式触摸屏电容式触摸屏工作原理：电容式触摸屏的构造主要是在玻璃屏幕上镀一层透明的薄膜体层，再在导体层外加上一块保护玻璃，双玻璃设计能彻底保护导体层及感应器。电容式触摸屏在触摸屏四边均镀上狭长的电极在导电体内形成一个低电压交流电场。在触摸屏幕时，由于人体电场，手指与导体层间会形成一个耦合电容，四边电极发出的电流会流向触点，而电流强弱与手指到电极的距离成正比位于触摸屏幕后的控制器便会计算电流的比例及强弱，准确算出触摸点的位置。电容触摸屏的双玻璃不但能保护导体及感应器，更有效地防止外在环境因素对触摸屏造成影响，就算屏幕沾有污秽、尘埃或油渍，电容式触摸屏依然能准确算出触摸位置。第十九页，共29页。第二十页，共29页。右图是Iphone手机的纯平触摸屏（touchlens，中文俗称有“镜面式触摸屏”、“纯屏触摸屏”）的外观，Iphone手机使用的电容式触摸屏，屏幕面板和触摸屏合二为一，透光率高，使用寿命长，适合手机的超薄化设计，加上可以多点触摸功能，深受Iphone用户的喜爱。第二十一页，共29页。传感器在饮水机中的应用温度传感器工作原理：温度传感器将加热体中的温度采集，经过模数转换变换成数字数据供单片机使用，在设计过程中尽量采用集成模数转换功能的传感器，这样一来可以极大的减少设计工作量，并且可靠性也将会有比较大的提高，这种传感器在实际生产中有这很广泛的应用。第二十二页，共29页。家用饮水机温度控制系统由传感器，模数转换器，水位探测器，LED显示电路，键盘电路，加热控制器等组成。系统结构框图如图3-1第二十三页，共29页。本系统选择AT89C2051作为主控制器，P1.0～P1.3作为4个数码管的位选信号控制，P1.4～P1.7接到译码器7447上输出数码管的显示数据。P3.0用于连接水位探测器，P3.1用于控制加热器电路的通断，P3.2和P3.3分别用来连接温水键和开水键，实现对饮水机加热模式的选择,P3.4用来连接DS18B20数字温度传感器。系统具体电路图如下图所示。第二十四页，共29