10-《传感器原理与应用》项目十

传感器原理与应用目录项目一

传感器的基础项目二

电阻式传感器项目三

电容式传感器项目四

电感式传感器项目五

磁电式传感器项目六热电式传感器项目七光电式传感器项目八声波式和辐射式传感器项目九其他传感器项目十传感器综合应用2传感器综合应用项目十客舱安全管理与应急处置签到扫码下载文旌课堂APP扫码签到（202X.X.XXXX:00至202X.X.XXXX:10）签到方式教师通过“文旌课堂APP”生成签到二维码，并设置签到时间，学生通过“文旌课堂APP”扫描“签到二维码”进行签到。。传感器在诸多领域的应用不仅改造和升级了传统产业，还引领和促进了新兴产业的发展，推动了国民经济和社会生活的信息化进程。本项目主要介绍智能制造及通信领域常用的传感器，以及传感器在智能工厂、智慧农业、智慧医疗、智慧校园等物联网领域的应用。项目导读项目导读第5页学习目标知识目标能够正确理解传感器在机器人中的重要意义能够正确认识和分析智慧校园的组成和功能特点技能目标养成脚踏实地、求真务实的工作作风树立制造强国的远大职业理想和投身国家建设的使命担当素质目标了解机器人传感器、汽车传感器、现代移动通信领域中的传感器探索传感器在物联网领域中的应用第6页目录任务一认识智能制造及通信领域常用的传感器任务二探索传感器在物联网领域的应用第7页任务一认识智能制造及通信领域常用的传感器学习目标任务工单本任务要求学生了解机器人传感器、汽车传感器、现代移动通信领域中的传感器。第9页任务引入思考：智能制造与通信领域常用的传感器有哪些？传感器在智能制造和通信领域扮演着重要的角色。传感器技术是实现智能制造的基石。智能社会的提出和快速推进，愈发凸显了具有感知、认知能力的传感器的重要性及其快速发展的迫切性。第10页任务实施——认识机器人传感器1．实施目的（1）掌握机器人中的常见传感器。（2）理解传感器在机器人中的重要意义。2．实施步骤将学生以3～5人为一组进行分组。各组按照以下步骤认识机器人传感器。第11页2．实施步骤第12页任务实施——认识机器人传感器1）热点资讯近年来，工业移动机器人受到广泛关注，在政策顶层设计方面，2021年工业和信息化部（简称工信部）发布的《“十四五”机器人产业发展规划》，明确指出未来机器人的产品创新，在于工业机器人、服务机器人、特种机器人三个方面。2．实施步骤第13页任务实施——认识机器人传感器2）分组讨论（1）指导教师带领各小组观察实训室的机器人，观察机器人的结构。（2）观察并体验机器人的功能。（3）各小组成员在指导教师的带领下，拆卸机器人，指出机器人传感系统中的各传感器，认识各传感器的结构并分析其在机器人中的作用。3．任务评价评价项目评价标准满分实际得分教师评语技能操作正确认识机器人的结构20

正确拆卸机器人20

正确指出各传感器在机器人中的位置20

正确分析机器人中各传感器的作用20参与程度认真参加活动，积极思考，主动与同学、指导教师进行交流，善于发现和解决问题10

职业素养具有团队协作精神和责任意识，具有一定的创新思维10

总分100

个人总结

第14页任务实施——认识机器人传感器相关知识一、机器人传感器具有感知、决策、行动和交互能力的系统统称为机器人，如移动机器人、微机器人、医疗机器人等。第15页（a）移动机器人

（b）微机器人

（c）医疗机器人相关知识一、机器人传感器第16页机器人传感器内部检测传感器安装在机器人自身中，用来感知机器人自身的状态，以调整和控制机器人的行动外部检测传感器用于使机器人获取周围环境、目标物的状态特征信息，对环境有自校正和自适应的能力相关知识一、机器人传感器第17页机器人传感器内部检测传感器由位置传感器、加速度传感器、角度传感器、压力传感器等组成外部检测传感器通常有触觉传感器、视觉传感器、听觉传感器、接近觉传感器、嗅觉传感器等相关知识一、机器人传感器第18页1．触觉传感器接触觉传感器接触觉传感器用于检测机器人与外界物体是否接触，如感受是否抓住物体等，如图所示。相关知识一、机器人传感器第19页1．触觉传感器压觉传感器压觉传感器位于机器人手指握持面上，用来检测机器人手指握持面上承受的压力大小及其分布情况。压觉传感器有压阻式传感器、光电式传感器、光纤传感器等。相关知识一、机器人传感器第20页1．触觉传感器力觉传感器力觉传感器用于感知机器人的肢、腕等关节部位在工作和运动中所受力、力矩的大小和方向，进而决定如何运动、采取什么姿势，以及推测物体的重量等。相关知识一、机器人传感器第21页1．触觉传感器力觉传感器力觉传感器有应变式力觉传感器、压电式力觉传感器、电容式力觉传感器等，其中以应变式力觉传感器的应用最广泛。相关知识一、机器人传感器第22页1．触觉传感器滑觉传感器滑觉传感器可以检测在垂直于握持方向上物体的位移、旋转以及由重力引起的变形，以达到修正夹紧力，防止抓取物滑动。滑觉传感器有光电式滑觉传感器、球形滑觉传感器等。相关知识一、机器人传感器第23页1．触觉传感器滑觉传感器光电式滑觉传感器只能感知一个方向的滑觉，球形滑觉传感器能感知二维滑觉。如图为球形滑觉传感器。相关知识一、机器人传感器第24页2．视觉传感器机器人视觉的作用是最大程度地模仿人眼的功能，创造一个类似双目立体视觉的集成化感知系统，从而获取被测物体的三维信息。相关知识一、机器人传感器第25页2．视觉传感器CCD图像传感器能够将光学图像信息转换为电信号。镜头根据被测物体的远近自动调节焦距，也可根据光线的强弱自动调节光圈的大小。良好的光源可以使被测物体所形成的图像最清晰，复杂程度最低。图像输入部分通常由CCD图像传感器、镜头、光源等部分组成。相关知识一、机器人传感器第26页2．视觉传感器机器人视觉系统机器人视觉系统在装配机器人、搬运机器人、焊接机器人、喷涂机器人、清洗机器人、管道作业机器人等方面均有应用。相关知识一、机器人传感器第27页3．听觉传感器听觉传感器听觉传感器是将声源通过空气振动产生的声波转换为电信号的装置，相当于机器人的“耳朵”。听觉传感器有动圈式听觉传感器器、电容式听觉传感器等。相关知识一、机器人传感器第28页3．听觉传感器动圈式听觉传感器感应电压与振膜振动的振幅和频率相对应，因此动圈输出的电信号与声音的强弱、频率相对应，由此便将声音转换为音频信号。相关知识一、机器人传感器第29页3．听觉传感器电容式听觉传感器固定电极和振膜构成电容器。当声音传入时，振膜可随声音振动，振膜与固定电极间的电容量也随声音而变化，从而引起电容器的容抗发生变化。相关知识一、机器人传感器第30页4．接近觉传感器接近觉传感器可感知机器人与物体之间的接近程度，主要用于避障和防止冲击。接近觉传感器有电磁感应式、光电式、电容式、超声波式、红外式等多种类型。相关知识一、机器人传感器第31页4．接近觉传感器自动寻轨和避障功能的机器人设有三个红外式接近觉传感器，用于实现自动寻轨功能，还设有四个超声波式接近觉传感器，用于实现避障功能。相关知识一、机器人传感器第32页5．嗅觉传感器嗅觉传感器通过感受某些气味来识别环境中的特定气体，并测定其成分、浓度等参数。机器人嗅觉传感系统一般是由气体传感器、射线传感器等组成的阵列。相关知识二、汽车传感器第33页1．汽车发动机电控系统传感器常用的传感器主要有空气流量传感器、进气压力传感器、节气门位置传感器、曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器、温度传感器、氧传感器、爆燃传感器等。相关知识二、汽车传感器第34页1．汽车发动机电控系统传感器空气流量传感器安装在空气滤清器与节气门体之间，用于测量空气流量，可将吸入节气门的空气流量转换成电信号，并送至发动机电子控制单元（ECU）。该信号是决定喷油量的基本信号之一。相关知识二、汽车传感器第35页1．汽车发动机电控系统传感器进气压力传感器根据发动机转速和负荷的大小检测进气歧管内绝对压力的变化，然后将绝对压力的变化量转换成信号电压送至发动机ECU，发动机ECU根据信号电压的大小，控制基本喷油量的大小。相关知识二、汽车传感器第36页1．汽车发动机电控系统传感器节气门位置传感器用于怠速控制、起步加速控制、急加速控制、急减速控制、断油控制、点火提前角控制、自动变速器换挡控制的主要传感器。相关知识二、汽车传感器第37页1．汽车发动机电控系统传感器曲轴位置传感器曲轴位置传感器的作用是感知曲轴的位置，即曲轴的转角，以确定活塞在气缸中往复运动的位置，作为喷油定时和点火正时的基准点。相关知识二、汽车传感器第38页1．汽车发动机电控系统传感器凸轮轴位置传感器作用是采集配气凸轮轴的位置信号，并将信号输入发动机ECU，使发动机ECU能够识别汽车发动机某气缸的上止点位置，从而进行顺序喷油控制、点火时刻控制和爆燃控制。相关知识二、汽车传感器第39页1．汽车发动机电控系统传感器温度传感器温度传感器主要用于检测冷却液温度、进气温度、排气温度等，并将这些温度变化转换成电信号送至发动机ECU，发动机ECU据此控制喷油器的开启时刻和持续时间。相关知识二、汽车传感器第40页1．汽车发动机电控系统传感器氧传感器安在汽车发动机排气管，检测汽车尾气中氧含量和气缸中的空燃比，向燃油供给系统发出负反馈信号，以修正喷油脉冲，使汽车发动机排气装置达到理想排气净化效果。相关知识二、汽车传感器第41页1．汽车发动机电控系统传感器爆燃传感器安装在发动机缸体上，向发动机ECU输入气缸压力或发动机振动信号，发动机ECU据此控制点火提前角，抑制爆燃产生。相关知识二、汽车传感器第42页2．转向系统传感器以液压动力转向系统为例，在其转向盘柱上安装有转矩传感器和转角传感器。相关知识二、汽车传感器第43页2．转向系统传感器转矩传感器转矩传感器用于检测转向轴上的转矩信号，转向系统ECU根据这些输入信号，确定助力转矩的大小和方向。相关知识二、汽车传感器第44页2．转向系统传感器转角传感器转角传感器是一种光电式传感器，用来检测转向盘的中间位置、转动方向、转动角度、转动速度等信号。用于实现电控助力转向、车辆稳定控制、电控悬架控制等。相关知识二、汽车传感器第45页3．传动系统传感器输出轴转速传感器输出轴转速传感器用于检测变速器输出轴的转速。变速器ECU根据输出轴转速传感器的信号计算车速，作为换挡控制的依据。相关知识二、汽车传感器第46页3．传动系统传感器输入轴转速传感器输入轴转速传感器用于检测输入轴转速，并将信号送入变速器ECU，使变速器ECU更精确地控制换挡时机，以改善换挡感觉，提高汽车行驶的舒适性。相关知识二、汽车传感器第47页3．传动系统传感器液压油温度传感器液压油温度传感器用于检测变速器内液压油的温度，作为变速器ECU进行换挡控制、油压控制、锁止离合器控制的依据。相关知识二、汽车传感器第48页4．安全气囊系统传感器常用的安全气囊系统（SRS）传感器是碰撞传感器，如图所示。按照用途的不同，碰撞传感器可分为触发碰撞传感器和防护碰撞传感器。相关知识二、汽车传感器第49页4．安全气囊系统传感器触发碰撞传感器触发碰撞传感器用于检测碰撞时加速度的变化，并将碰撞信号传输给SRSECU，作为安全气囊起爆的触发信号。防护碰撞传感器防护碰撞传感器与触发碰撞传感器串联，用于防止安全气囊误爆。相关知识二、汽车传感器第50页5．空调系统传感器空调系统传感器车外温度传感器车内温度传感器光照传感器蒸发器温度传感器空调系统可根据入射太阳光的照射强度和照射方向调节车内温度。相关知识三、现代移动通信领域中的传感器第51页手机上的很多功能都是通过各类传感器来实现的，其中常见的传感器有光线传感器、距离传感器、陀螺仪、GPS位置传感器、近场通信传感器、重力传感器、加速度传感器等。相关知识三、现代移动通信领域中的传感器第52页1．光线传感器感知环境的光照强度，据此自动调节屏幕的亮度，也可用于实现拍照时的自动白平衡。相关知识三、现代移动通信领域中的传感器第53页2．距离传感器手机上使用的距离传感器大多是红外距离传感器红外发射管发射红外线，在被近距离物体反射后，红外接收管通过接收到红外线的强度，测定距离。相关知识三、现代移动通信领域中的传感器第54页2．距离传感器距离传感器能够检测手机是否贴在使用者耳朵上，以便在接打电话或语音、视频通话时自动息屏，既可以省电，又可以防止脸部接触手机屏幕产生误操作，还可以用于手机套模式、口袋模式下自动实现锁屏动作。相关知识三、现代移动通信领域中的传感器第55页3．陀螺仪陀螺仪是用来保持一定方向的。可以对转动、偏转的动作进行精确的测量，从而判断出使用者的实际动作，并根据动作做出相应的操作。相关知识三、现代移动通信领域中的传感器第56页3．陀螺仪三轴陀螺仪（见图）可以替代3个单轴陀螺仪，同时测定6个方向的位置、移动轨迹、加速度。相关知识三、现代移动通信领域中的传感器第57页4．GPS位置传感器根据卫星发射坐标的时间点与接收时的时间差计算出卫星与手机的距离，从而确定待测点的位置坐标。可使手机实现电子地图导航、GPS定位（见图）、测速、测距等功能。相关知识三、现代移动通信领域中的传感器第58页5．近场通信传感器近场通信又称近距离无线通信，是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输。近场通信传感器可使智能手机实现便捷支付、数据传输、标记信息快速获取等功能。相关知识三、现代移动通信领域中的传感器第59页6．重力传感器重力传感器是基于压电效应测量出重力，并将该重力正交分解，来判断出水平方向的。重力传感器主要用于手机横屏显示和竖屏显示的自动切换。相关知识三、现代移动通信领域中的传感器第60页7．加速度传感器基于压电效应，通过三个维度确定加速度方向的。用于检测一些瞬时加速或减速的动作。甩动切歌、翻转静音等功能的实现也都用到了加速度传感器。机器人传感器汽车传感器现代移动通信领域中的传感器任务二探索传感器在物联网领域的应用学习目标任务工单本任务要求学生了解传感器在智能工厂、智慧农业、智慧医疗、智慧校园等领域的应用。第63页任务引入思考：在智能工厂、智慧农业、医疗、校园这些不同领域中，传感器发挥着怎样的作用？第64页近几年，物联网技术为各行各业的发展提供了很大的机遇，特别是在智慧城市建设方面，智能工厂、智慧农业、智慧医疗、智慧校园等已具雏形。任务实施—认识智慧校园1．实施目的（1）了解智慧校园。（2）理解传感器在智慧校园中的重要意义。2．实施步骤将学生以3～5人为一组进行分组。各组按照以下步骤讨论与分析智慧校园。第65页2．实施步骤1）热点资讯第66页任务实施—认识智慧校园

2．实施步骤2）分组讨论第67页任务实施—认识智慧校园（1）根据以上知识，查找资料，结合本任务所学知识，讨论与分析自己所在学校的智慧校园建设情况。（2）各组根据讨论内容，形成一份调研报告，并派代表上台汇报本组的成果。（3）其他小组根据汇报内容进行提问，小组内部讨论后派代表回答问题。3．任务评价评价项目评价标准满分实际得分教师评语技能操作正确认识智慧校园20

正确分析智慧校园中的各组成系统20

理解传感器在智慧校园中的重要意义20

完成调研报告并汇报成果20参与程度认真参加活动，积极思考，主动与同学、指导教师进行交流，善于发现和解决问题10

职业素养具有团队协作精神和责任意识，具有一定的创新思维10

总分100

个人总结

第68页任务实施—认识智慧校园相关知识物联网是指通过信息传感设备，采集物体的声、光、热、电、位置、力学、化学、生物学等信息，按约定的协议把物体与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。第69页相关知识一、智能工厂第70页智能工厂是基于智能制造技术，将生产精益化、标准化、自动化、信息化等功能模块进行有效配置和整合的智能生产技术平台，具备自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等能力，具有高效、节能、绿色、安全、舒适等特征。相关知识一、智能工厂第71页1．智能生产智能生产主要体现在工艺优化、生产设备自动化、生产线均衡化、换线快速化、配件模块化等方面。智能生产特别适用于小批量、多批次的客户定制化、柔性化生产模式。相关知识一、智能工厂第72页2．智能物流智能物流利用射频识别技术、传感器技术、卫星定位技术等先进的物联网技术，通过信息处理和网络通信技术平台，使物流运输、仓储、配送、包装、装卸等基本活动环节智能。相关知识一、智能工厂第73页3．智能控制智能控制是通过由数据采集层、网络层、信息层、控制层共同搭建起来的中央控制系统实现的。它能够实时收集产品生产状态以及设备运行、质量监控、物料配送等的各项数据，并提供数据分析和决策参考。相关知识二、智慧农业第74页智慧农业是将物联网技术运用到传统农业生产中，利用传感器和软件，通过移动平台或者电脑平台，对农业生产进行监测和调控，使传统农业生产更具有“智慧”。相关知识二、智慧农业第75页除了精准感知、控制、决策管理外，智慧农业还包括农业电子商务、食品溯源防伪、农业休闲旅游和农业信息服务等方面的内容。相关知识二、智慧农业第76页1．数据实时监测通过安装于指定监测点的空气温湿度传感器、浓度传感器、土壤温湿度传感器、土壤pH值传感器、光合有效辐射传感器等设备实时监测空气的温湿度、浓度、土壤温湿度及pH值、光合有效辐射等相关数据。相关知识二、智慧农业第77页2．数据实时传输无线传感器网络获取的植物生长环境信息，如土壤湿度、土壤温度、空气温度、空气湿度、光照强度、植物养分含量、土壤pH值等，可通过智能网关实时传向控制中心，从而保证了数据传输的及时性和准确性。相关知识二、智慧农业第78页3．智能联动控制智能联动控制系统由加热、喷灌、通风、卷帘设备及其配套控制系统组成。对植物进行自动灌溉、自动降温、自动卷模、液体肥料自动施肥、自动喷药等操作，从而实现对植物生长过程的精确控制。相关知识二、智慧农业第79页4．种植环境可视化通过由液晶板拼接而成的智慧农业信息展示屏，可展示农业大棚内各传感器采集的环境数据和现场场景，使种植环境可视化。相关知识二、智慧农业第80页5．平台软件远程控制整个系统的数据存放于云端平台，平台可对采集的数据建立分析模型，进行智能化处理，从而优化植物种植。相关知识三、智慧医疗第81页智慧医疗是运用新型传感器、物联网、通信等技术，结合现代医学理念，构建以电子健康档案为中心的区域医疗信息平台，将医院之间的业务流程进行整合，优化区域医疗资源，实现跨医疗机构的在线预约和双向转诊，缩短病患的就诊流程，缩减相关手续，使医疗资源得到了合理化分配的智慧医疗系统。相关知识第82页1．远程医疗系统远程医疗系统通过整合先进的视讯技术和医疗专业需求，以大中医院为核心，连接基层医院、医疗教学机构等，实现远程医学活动、稀缺专家资源共享。三、智慧医疗相关知识第83页1．远程医疗系统远程医疗系统通过整合先进的视讯技术和医疗专业需求，以大中医院为核心，连接基层医院、医疗教学机构等，实现远程医学活动、稀缺专家资源共享。三、智慧医疗相关知识第84页2．区域卫生系统通过统一标准、安全的区域卫生信息交换平台的建设，打通医疗卫生的“信息孤岛”，实现卫生行政管理部门、公共卫生机构、医疗机构的连通，提高区域内医疗服务的效率与质量，辅助卫生行政管理部门的管理和决策。三、智慧医疗相关知识第85页3．远程健康管理系统远程健康管理系统融合了移动互联网、物联网等技术手段，通过健康管理平台、健康管理应用和高集成度的健康终端等，为公众提供自我健康管理，为亚健康人群、慢性病患者和老年人群提供及时的健康监护和干预，提高人们的健康水平和生活质量。三、智慧医疗相关知识第86页4．医讯通系统医讯通系统是基于短信平台、互联网及移动互联网技术，结合卫生系统的需求特点，通过电子信箱、网络界面以及短信、语音等无线接入方式，构建的医患交流平台，如图所示。三、智慧医疗相关知识第87页四、智慧校园智慧校园是运用互联网、物联网、云计算、大数据等新技术，将学校教学、科研、管理、校园生活以及各类校园资源和应用系统高效整合，从而实现智慧化管理和服务的新型信息化校园模式，如图所示。相关知识第88页四、智慧校园智慧校园以促进信息技术与教育教学融合、提高教学效果为目的，对教育教学、教育管理进行洞察和预测。相关知识第89页四、智慧校园1．智慧教学环境智慧教学环境是集智能化感知、智能化控制、智能化管理、智能化互动与反馈、智能化数据分析、智能化视窗等功能于一体，用以支持教学、科研活动的现实空间环境或虚拟空间环境。相关知识第90页四、智慧校园1．智慧教学环境智慧教室是一种典型的智慧学习环境的物化形式，是多媒体教室和网络教室的高端形态，是借助物联网技术、云计算技术、智能传感器技术等构建起来的新型教室。相关知识第91页四、智慧校园1．智慧教学环境智慧教室旨在为教学活动提供人性化、智能化的互动空间，通过物理空间与数字空间、本地与远程的结合，改善人与学习环境的关系，在学习空间实现人与环境的自然交互，促进个性化学习、开放式学习和泛在学习。相关知识第92页四、智慧校园1．智慧教学环境—智慧教室的九大系统教学系统由内置电子白板功能的触控投影机、音箱、无线麦克风、拾音器、问答器和配套软件组成。可实现无尘教学，保障师生的健康；还可实现师生交互式课堂教学。相关知识第93页四、智慧校园1．智慧教学环境—智慧教室的九大系统LED显示系统LED显示系统由LED面板拼接而成，安装在教室黑板顶部，用于显示正在上课的课程名称、专业班级、任课教师、到课率，以及教室内各传感器采集的环境数据。相关知识第94页四、智慧校园1．智慧教学环境—智慧教室的九大系统灯光控制系统灯光控制系统由灯光控制器、光照传感器、人体感应传感器、窗帘控制器和配套控制软件组成。灯光控制系统通过