傳感器實驗指導書實驗一電位器傳感器的負載特性的測試一、實驗目的：1、了解電橋的工作原理及零點的補償；2、了解電位器傳感器的負載特性；3、利用電橋設計電位器傳感器負載特性的測試電路,并驗證其功能。二、實驗儀器與元件：1、直流穩(wěn)壓電源、高頻毫伏表、示波器、信號源、數字萬用表；2、電阻若干（1k,100K）；電位器（10k）傳感器（多圈線繞）；3、運算放大器LM358；4、電子工具一批（面包板、斜口鉗、一字螺絲刀、導線）。第1頁第第頁B點電壓小于C點電壓時，輸出低電平（-12V）。電路中用一個指示燈來觀察輸出的電平。W2作用是反相端電壓調整，適當調整C點電壓，使其與B點電壓比較，才能達到輸出端的電平變換。四、實驗步驟：1、測量A,B點電壓。直接用萬用表測量A（J4）點電壓及B（J3）點電壓，記錄數值在表5.1中，然后用物體放在紅外管前（15mm內）測出A點電壓及B點電壓，記錄數據。表3.1實驗數據記錄表A點電壓B點電壓無物體時有物體時2、調節(jié)基準電壓C。（1）狀態(tài)一，C點電壓大于B點電壓：比較B點電壓，調節(jié)POT2,測量C（J2）點電壓，調節(jié)C點電壓大于B點電壓，用手遮擋紅外管，觀察指示燈亮滅情況并記錄。（2）狀態(tài)二，C點電壓小于B點電壓：調節(jié)C點電壓小于B點電壓（根據實驗原理適當調節(jié)），用手遮擋紅外管，觀察指示燈亮滅情況，填入表5.2中。表3.2實驗數據記錄表基準電壓有無物體指示燈B點電壓C點電壓Uc>Ub無物體有物體Uc<Ub無物體有物體1、調節(jié)紅外發(fā)射的距離。在上一步的基礎上調節(jié)POT1,用手遮擋，觀察指示燈，燈亮即表示紅外接收管接收到反射的紅外光。反復調節(jié)，觀察紅外發(fā)射的距離變化情況（記錄最大和最小距離）。用黑色物體來遮擋，觀察指示燈是否變化。五、實驗報告內容簡述整個電路的工作原理。整理實驗數據，記錄表3.1和表3.2，分析實測數據變化規(guī)律?？偨Y本次實驗過程中遇到的問題及解決方法。提出對紅外實驗模塊的改進意見。觀察紅外發(fā)射的距離變化情況（記錄最大或最小距離）。實驗五電子稱的原理與測試一、實驗目的：1、了解電子秤的工作原理；2、了解懸臂梁應變傳感器的特點和使用；3、通過對電子秤的測試，分析傳感器的基本特性。二、實驗儀器與元件：1、直流穩(wěn)壓電源、高頻毫伏表、示波器、信號源、數字萬用表;2、傳感器實驗箱（電子秤模塊、數字電壓表模塊）；3、托盤、祛碼6個5g、10g、20g、20g、50g、100。三、實驗原理：在全橋測量電路中，將受力性質相同的兩只應變片接到電橋的對邊，不同的兩只接入鄰邊，如圖2.1所示。當應變片初始值相等，變化量也相等時，其橋路輸出為U=KEs （2-1）O式中，E為電橋電源電壓。式（2-1）表明，全橋輸出靈敏度比半橋又提高了一倍,非線性誤差得到進一步改善。圖2.1電子稱模塊利用的全橋測量原理，通過調節(jié)放大電路對電橋輸出的放大倍數，使電路輸出電壓值為重量的對應值，將電壓量綱（V）改為重量量綱（g），即制成一臺比較原始的電子稱。四、實驗步驟：1、懸臂梁應變式稱重傳感器已安裝在電子秤實驗模塊上，可參考圖2.1。電子秤電路如圖2.2所示。

LM7805

穩(wěn)壓輸出接數顯表摸塊電源fr

JIXs傳感器各應變片Q?￡56Rh電子秤實驗模塊.稱重傳感器dc外部補償也略（點使用）ICiR』AD620」gIII1C+I5VGND-15VOJORmXLM7805

穩(wěn)壓輸出接數顯表摸塊電源fr

JIXs傳感器各應變片Q?￡56Rh電子秤實驗模塊.稱重傳感器dc外部補償也略（點使用）ICiR』AD620」gIII1C+I5VGND-15VOJORmXR』./.氐,：*-i-I5VR!?3-r-nk-o__+15V^圖2.22、將差動放大器調零。檢查實驗箱一切正常后，打開主控臺電源，按下相應電子秤模塊開關。保持托盤上無任何重物，輸出端Q接數顯電壓表（選擇2V擋），調節(jié)電位器之，使電壓表顯示為0V。心的位置確定后不能改動。3、在應變傳感器托盤上放置一只祛碼，調節(jié)R/改變差動放大器的增益，使數顯電壓表顯示1.00V左右，讀取數顯表數值。保持也不變，依次增加祛碼（至少3只），讀取相應的數顯表值，記下實驗結果，填入表5.1中，關閉電源。表5.1實驗數據記錄表重量/g電壓/V4、拆一個電子稱產品，并學習它內部結構和原理，最后重新安裝該產品。五、實驗報告內容1、簡述實驗原理。2、整理實驗數據記錄表5.1,在坐標軸上畫出各個數據點，然后用直線擬合，得出重量與電壓的數學關系。根據擬合曲線，計算靈敏度L=U/W、非線性誤差f3。。3、寫出拆卸掉的電子稱產品的系統框圖，簡單分析其工作原理，產品的結構特點等。4、總結本次實驗過程中遇到的問題及解決方法。提出對電子秤實驗模塊的改進意見。實驗六超聲波位移測量實驗實驗目的學習LabVIEW軟件的使用。認識超聲波傳感器的工作原理。學習使用超聲波傳感器進行位移測量的方法。實驗原理.超聲波傳感器測量原理：超聲波測距傳感器包括有發(fā)射超聲波和接收超聲波的兩部分裝置，習慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。常用的超聲波傳感器有兩種，即壓電式超聲波傳感器和磁致式超聲波傳感器。本實驗采用的是壓電式超聲波傳感器,主要由超聲波發(fā)射器（或稱發(fā)射探頭）和超聲波接收器（或稱接收探頭）兩部分組成，它們都是利用壓電材料（如石英、壓電陶瓷等）的壓電效應進行工作的。利用逆壓電效應將高頻電振動轉換成高頻機械振動，產生超聲波，以此作為超聲波的發(fā)射器。而利用正壓電效應將接收的超聲振動波轉換成電信號，以此作為超聲波的接收器。超聲波發(fā)射探頭向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物會立即返回來，超聲波接收探頭收到反射波立即停止計時。設超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離S，即：S=340t/2。需要說明的是，超聲波傳感器發(fā)射的波束比較窄（＜10°），反射后仍然很窄，如果被測物體被旋轉放置，有可能反射波束會偏離出接收探頭的位置，導致探頭接收不到反射波信號，無法進行測距。實驗所使用超聲波傳感器的發(fā)射波頻率是40KHz，它由單片機控制發(fā)射探頭發(fā)射一組超聲波脈沖后，輸出電平由低電平轉為高電平；等到接收探頭接收到足夠強度的反射超聲波信號時，輸出信號由高電平轉為低電平。所以在實驗的過程中，可以觀察到隨著反射板到探頭的距離變化，傳感器輸出波形的“脈沖”寬度也會對應的發(fā)生變化，測試距離越遠，脈沖的寬度越寬。另外，空氣中的聲音傳播速度不是一個固定的值，在不同的溫度下這個數據會有一些變化。通常我們說的340m/s是一個近似數據，傳播速度的修正公式為S=331.4X（1+t/273）P.5,t為空氣溫度。作為常溫下的測試，可以認為聲速為346m/s（按25℃計算）。

物體反射的超聲波波束測物體超聲波傳感器距離測量原理示意圖被測物體物體反射的超聲波波束測物體超聲波傳感器距離測量原理示意圖被測物體.紅外傳感器測量原理：紅外傳感器是基于三角測量原理設計的。如下圖左圖所示，紅外發(fā)射器按照一定的角度發(fā)射紅外光束，當遇到物體以后，光束反射回來，反射的紅外光線被CCD檢測器接收以后,得到一個偏移值L。利用三角關系，以知發(fā)射角度a,偏移距L,中心距X,以及濾鏡的焦距f以后，傳感器到物體的距離D就可以通過幾何關系計算出來了。CCD依兩器.O.0.6W月巾322-7-.￡￡1111.1CCD依兩器.O.0.6W月巾322-7-.￡￡1111.1-PDistancetoreflectedob依ct[cm]；三角測量原理 紅外傳感器電壓與檢測距離間關系當距離D足夠小的時候，L值會相當大，超過CCD的探測范圍。這時，雖然物體很近，但是傳感器反而看不到了。當距離D很大時，L值就會很小。這時CCD檢測器能否分辨得出這個很小的L值成為關鍵，也就是說CCD的分辨率決定能不能獲得足夠精確的L值。要檢測的物體越遠，CCD的分辨率要求就越高。輸出電壓與檢測距離之間的關系如上圖右圖所示。從圖中可以看出，傳感器與被探測物體之間的距離小于10cm的時候，輸出電壓急劇下降，這就要求測量時傳感器與被探測物體之間距離應盡可能大于lOcmo止匕外，紅外傳感器的輸出是非線性的。如果采用線性擬合的方法進行數據標定，誤差很大。這里可以采用多項式擬合的方法。假設有一個高階的多項式函數尸哂+，一1嚴-1)+…+以+%其中y代表距離，x代表紅外傳感器輸出電壓。如果該函數能夠逼近實際的待擬合的數據，那么就采用該多項式作為傳感器的輸出函數。實際上，對于紅外傳感器來說，采用多項式函數擬合與采用線性最小二乘法擬合相比較，前者的誤差大大減小。實驗儀器和設備TOC\o"1-5"\h\z計算機 1臺LabVIEW軟件 1套超聲波紅外位移測量實驗模塊 1個多通道數據采集模塊 1套多路電源模塊 1套實驗步驟關閉多路電源模塊的開關，關閉多通道數據采集模塊的開關，以免帶電插入傳感器信號線和直流電源線。將多路電源模塊電源線接入交流電源220V。將超聲波位移測量對象的電源線（@16五芯航插）連接至多路電源接口；將多通道數據采集模塊電源線（@16五芯航插）連接至多路電源接口。將超聲波傳感器的信號輸出線連接至數據采集模塊的第1通道上。開啟總電源，開啟多路電源模塊開關，開啟數據采集模塊開關，開關開啟后禁止帶電插拔電源線和信號線。打開路徑“TS-ULS-02超聲波紅外位移測量實驗模塊'實驗程序”，運行LabVIEW程序“超聲波傳感器一位移測量實驗.vi”。移動滑塊來改變擋板到超聲波之間的距離，觀察采集到的數據信號波形。結合超聲波傳感器的原理，解釋波形變化的原因和規(guī)律。讀懂LabVIEW程序，如何采集超聲波信號，如何并進行信號處理。比較實驗測得值與模塊表面刻度尺讀數之間偏差，多次移動滑塊測量該偏差是否恒定。如果偏差恒定，嘗試在軟件中對超聲波測量的距離進行補償，使測量更準。

超市波傳感器一位移根!童女瞼超聲波傳感器--位移測量實驗LabVIEW程序界面單擊“STOP”按鈕停止程序運行。首先關閉多通道數據采集模塊開關，關閉多路輸出電源模塊開關，然后再拔超聲波傳感器的信號輸出線，連接上紅外傳感器的信號輸出線，打開多路輸出電源模塊電源開關、打開多通道數據采集模塊開關打開路徑“TS-ULS-02超聲波紅外位移測量實驗模塊'實驗程序”，打開文件“紅外位移測量模塊_main.vi"。程序界面下圖所示。實驗報告要求.簡述超聲波傳感器和紅外傳感器的原理；.依據超聲波傳感器的實驗記錄作數據分析;.注意事項超聲波傳感器的有效測量距離是2cm?300cm。實際距離若過小或過大可能導致測量誤差增大，在測量過程中請保持在此距離以內。避免信號線帶電插拔，造成儀器或設備受損。

實驗七數字溫度傳感器18B20測量實驗一、實驗目的：1、進一步了溫度測量方法；2、了解18B20傳感器的結構和原理；3、掌握數字溫度傳感器的軟件驅動方法。二、實驗儀器與元件：1、直流穩(wěn)壓電源、高頻毫伏表、示波器、信號源、數字萬用表；2、傳感器實驗箱（測溫模塊、數字電壓表模塊）；3、水容器、冷水、60C以上熱水、攪棒，把熱水和冷水混合配成不同溫度的水，進行測量。4、電腦三、基本原理：DS18B20的外形和內部結構□ALLAS19B20123NG二NCCZ“coIDQ匚□ALLAS19B20123NG二NCCZ“coIDQ匚87fi-5DALLASMs。2NC二ING口NCZJGND8-pm150-milSOIC

(DS18JB20Z)：R0丁TOMVIEW)TO-92(DS1SB20)DS18B20內部結構主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如圖2所示，DQ為數字信號輸入/輸出端；GND為電源地;VDD為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時接地)。(1)光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位(28H)是產品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼(CRC=X8+X5+X4+1)。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現一根總線上掛接多個DS18B20的目的。(2)DS18B20中的溫度傳感器可完成對溫度的測量，以12位轉化為例：用16位符號擴展的二進制補碼讀數形式提供，以0.0625℃/LSB形式表達，其中S為符號位。2、DS18B20的主要特性(1)適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.0?5.5V，在寄生電源方式下可由數據線供電(2)溫范圍一55℃~+125℃，在-10?+85℃時精度為±0.5℃(3)獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊(4)DS18B20支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上，實現組網多點測溫(5)DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(6)可編程的分辨率為9?12位，對應的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃，可實現高精度測溫(7)在9位分辨率時最多在93.75ms內把溫度轉換為數字，12位分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換為數字，速度更快(8)測量結果直接輸出數字溫度信號，以"一線總線"串行傳送給CPU,同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力(9)負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。部分溫度值與DS18B20輸出的數字量對照表溫度值/℃ 數字輸出(二進制)數字輸出(十六進制)+85℃0000010101010000+85℃0550H0550H+25.625℃0191H+10.125℃+25.625℃0191H+10.125℃00A2H+0.5℃0008H0℃0000H-0.5℃FFF8H-10.125℃FF5EH-25.625℃FF6FH-55℃FC90H00000001000000000000000000000000111111111111111111111111111111001001000110100010000010000000000011111000011011100110111110010000上表是DS18B20溫度采集轉化后得到的12位數據，存儲在DS18B20的兩個8比特的RAM中，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于或等于0，這5位為0，只要將測到的數值乘于0.0625即可得到實際溫度；如果溫度小于0，這5位為1,測到的數值需要取反加1再乘于0.0625即可得到實際溫度。溫度轉換計算方法舉例：例如：當DS18B20采集到+85℃的實際溫度后，輸出為0550H,則:實際溫度=0550Hx0.0625=1360乂0.0625=85℃。例如：當DS18B20采集到-55℃的實際溫度后，輸出為FC90H,則應先將11位數據位取反加1得370H（符號位不變，也不作為計算），則:實際溫度=370HX0.0625=880X0.0625=55℃。3、DS1820使用中注意事項DS1820雖然具有測溫系統簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優(yōu)點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題：(1)較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS182(與微處理器間采用串行數據傳送，因此，在對DS1820進行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。在使用PL/M、C等高級語言進行系統程序設計時，對DS1820操作部分最好采用匯編語言實現。(2)在DS1820的有關資料中均未提及單總線上所掛DS1820數量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS1820，在實際應用中并非如此。當單總線上所掛DS1820超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅動問題，這一點在進行多點測溫系統設計時要加以注意。(3)連接DS1820的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數據將發(fā)生錯誤。當將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m，當采用每米絞合次數更多的雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離進一步加長。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產生畸變造成的。因此，在用DS1820進行長距離測溫系統設計時要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。(4)在DS1820測溫程序設計中，向DS1820發(fā)出溫度轉換命令后，程序總要等待DS1820的返回信號，一旦某個DS1820接觸不好或斷線，當程序讀該DS1820時，將沒有返回信號，程序進入死循環(huán)。這一點在進行

DS1820硬件連接和軟件設計時也要給予一定的重