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太原理工大学现代科技

学院

毕业设计

设计题目：

红外抄表电度表——抄表器

学 生：

专 业：测控技术与仪器 班 级： 学 号： 指导教师： 设计日期：

太原理工大学现代科技学院

毕业设计（论文）任务书

毕业设计（论文）题目：红外抄表电度表——抄表器 原始资料：

近年来，随着信息技术的飞速发展，无线技术正在向各个领域渗透，特别是红外线无线技术，在工业生产、家用电器、安全保卫以及人们的日常生活中得到了广泛的应用。

本文详细描述了该红外抄表系统的设计方案、硬件电路设计和软件设计，并利用keil仿真软件对所开发的C语言程序进行了验证。在本文的第五章讨论了系统的发展趋势和改进，为系统的进一步开发奠定了基础。本系统关键部分主要是红外通信原理。系统在分析可行性、可靠性的基础上，参照工程设计方法，确定了模块化设计的思路。本系统主要由控制模块、发射模块、接收模块、显示模块4个模块组成。38kHz频率作为数据通信的载波，发射和接收模块对数字信号进行调制和解调，通过LCD液晶显示屏将收到的数据显示出来。该系统还具备掉电保护和数据存储功能。

利用一个红外抄表器来完成琐碎的抄表工作。从而从根本上杜绝“肉眼观察”所带来的随机误差，并大大提高了抄表的效率。

毕业设计（论文）主要内容：

本文主要介绍以AT89S51单片机为核心控制的红外抄表系统设计。该系统主要由控制模块、发射模块、接收模块、显示模块4个模块组成。系统的数据由发射板的3个按键按一定的计算规则所得。发射管发射的38kHz频率载波由单片机编程控制产生。发射模块是对发送的数字信号进行适当的调制编码，后经发射管的转换电路转变为红外光脉冲并发射到空中；接收模块对接收到的红外光脉冲进行光电转换、解调译码后恢复原数字信号。收到的数据通过LCD1602液晶显示屏显示出来。

主要参考文献：

[1] 胡汉才,单片机原理及其接口技术[M],北京,清华大学出版社，1996,48~62 [2] 沈德金,MCS-51系列单片机接口电路与应用程序实例[M],北京,北京航空航天大

学出版社，1990,21~84

[3] 祁伟，杨婷,单片机C51程序设计教程与实验[M],北京航空航天出版社，2006 [4] 凌志浩,仪表原理与设计技术[M]

[5] 许晓平，孙晓彦，程传胜.PCB设计标准教程[M],北京,北京邮电大学出版社，2008 [6] 胡伟，季晓衡,单片机C程序设计与应用实例[M],人民邮电出版社，2003 [7] 程道喜,传感器的信号处理及接口[M],北京,科学出版社，1989

[8] 杨将新，李华军，刘东骏,单片机程序设计及应用从基础到实践[M],北京,电子工业出版社, 2001

[9] 胡汉才,单片机原理及其接口技术[M],北京,清华大学出版社，1995，（6）,112~126 [10] 苏长赞,红外线与超声波遥控[M],北京,人民邮电出版社，1997 [11] 张玉香,新型遥控接收模块HS0038[J],无线电，1998

学生须提交的文件：

1、 毕业设计任务书 2、 毕业设计中期检查表 3、 毕业论文设计成绩评定表 4、 论文

进度安排：

第一周到第三周：查阅资料，文献综述。 第四周：提交开题报告。 第五周到第六周：总体方案设计。 第七周到第十一周：数据采集。

第十二周到第十四周：完善系统设计，撰写毕业论文。 第十五周：修改完善毕业论文，准备毕业答辩。

专业班级 测控技术与仪器 学生 设计（论文）工作起止日期 指导教师签字 日期 专业（系）主任签字 日期

红外抄表电度表——抄表器

摘 要

近年来，随着信息技术的飞速发展，无线技术正在向各个领域渗透，特别是红外线无线技术，在工业生产、家用电器、安全保卫以及人们的日常生活中得到了广泛的应用。

本文详细描述了该红外抄表系统的设计方案、硬件电路设计和软件设计，并利用keil仿真软件对所开发的C语言程序进行了验证。在本文的第五章讨论了系统的发展趋势和改进，为系统的进一步开发奠定了基础。本系统关键部分主要是红外通信原理。系统在分析可行性、可靠性的基础上，参照工程设计方法，确定了模块化设计的思路。本系统主要由控制模块、发射模块、接收模块、显示模块4个模块组成。38kHz频率作为数据通信的载波，发射和接收模块对数字信号进行调制和解调，通过LCD液晶显示屏将收到的数据显示出来。该系统还具备掉电保护和数据存储功能。

利用一个红外抄表器来完成琐碎的抄表工作。从而从根本上杜绝“肉眼观察”所带来的随机误差，并大大提高了抄表的效率。

关键词：通信，红外抄表，单片机，调制，解调

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INFRARED METER READING METER——METER READERS

ABSTRACT

In recent years, with the rapid development of information

technology, wireless technology is to permeate all areas, especially in the infrared wireless technology, in industrial production, household appliances, security, and has been widely used in People's Daily life.

This paper describes in detail the infrared meter reading system design scheme, hardware circuit design and software design, and use the keil simulation software developed by C language program are verified. In the fifth chapter of this article discusses the development trend of the system and improved, and laid a solid foundation for the further the development of the system. The system key part mainly is the principle of infrared communication. System based on the analysis of the feasibility, reliability, and reference to engineering design method of determine the idea of modular design. This system mainly consists of control module, the transmitting module and receiving module, display module of four modules. 38 KHZ

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frequency as carrier of data communication, transmitting and receiving modules of digital signal modulation and demodulation, and displayed through the LCD screen will receive the data. The system also have power lost protection and data storage function.

Using an infrared meter reading device to do trivial meter reading. To fundamentally eliminate the "naked eye" brought about by the random error, and greatly improve the efficiency of meter reading.

KEY WORDS:

communication, Infrared meter reading, Single chip

microcomputer, Modulation, demodulation

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目录

1 绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6

1.1课题的背景和意义 ................................................................ 6 1.2课题总体设计方案 ................................................................ 6 2 系统硬件设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8

2.1 控制模块 ............................................................................... 8 2.2 发射模块 ............................................................................... 9 2.3 接收模块 ............................................................................. 11 2.4 显示模块 ............................................................................. 13 3 系统软件设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17

3.1 38kHz频率的产生及发射程序设计 ............................... 18 3.2 数据计算程序 ..................................................................... 20 3.3 显示模块程序设计 ............................................................. 21 3.3.1 数码管显示„„„„„„„„„„„„„„„„21 3.3.2 LCD液晶显示程序„„„„„„„„„„„„„22 3.4 接收模块程序设计 ............................................................. 26 4 电路板的制作 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„28

4.1 原理图的绘制 ..................................................................... 28 4.2 PCB图的生成................................................................... 28 4.3 电路板到印制和焊接 ......................................................... 29 5 系统调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30

5.1 硬件调试 ............................................................................. 30 5.2 软件调试 ........................................................................... 30 总结语„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„32 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„33 致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„34 附录一：发射原理图„„„„„„„„„„„„„„„„„„36

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附录二：接收原理图„„„„„„„„„„„„„„„„„„37 附录三：源程序„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„38

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1 绪论

1.1课题的背景和意义

众所周知，电表是一种非常重要的计量仪表，它的计量准确与否直接关系到千家万户的利益。为此，国家制订严格的标准，各电表生产厂家在严格遵守国家标准基础上，实行更严格的内控标准。事实上，每一台出厂的合格表，都经过了严格的校验及误差处理，这些误差处理通常包括硬件和软件的处理。因而，用户最终使用的电表其自身的计量精度是达到国家标准的。然而，在电表的实际应用过程中，由于人为的操作给其计量带来种种的随机误差，尤为突出的便是抄表。目前在我国，抄表工作大多数还是采用“肉眼观察”。即抄表人员挨家挨户上门读取电能表计度器示值。可想而知，这种抄表方法效率是多么低下、花费人力大、抄表不准确，而它却仍在全国占据主流位置。所以“人眼”抄表带来了很多不便。

目前，我国城乡居民用户抄电表、水表和煤气表的方式基本上都是人工抄表，即由抄表人员每月逐户查抄水表、电表、煤气表。这种落后的方式，消耗大量的人力、物力，而且采集数据的时间跨度大、采集数据的准确度低。因此，国家有关部门规定以后将逐步以计算机为基础的自动抄表系统取代传统的人工抄表。利用一个红外抄表器来完成琐碎的抄表工作。从而从根本上杜绝“肉眼观察”所带来的随机误差，并大大提高了抄表的效率。

本设计是一个基于单片机的红外抄表系统,利用红外线这种非电信号作为传输介质,来传送数据信息,可以在那些不适合或不方便架设电缆线及电磁干扰较强的工作环境下,来实现电度表的抄表,并通过LCD液晶显示屏显示读数，完成电度表用电量的抄录工作。

1.2课题总体设计方案

本文主要介绍以AT89S51单片机为核心控制的红外抄表系统设计。该系统主要由控制模块、发射模块、接收模块、显示模块4个模块组成。系统的数据由发射板的3个按键按一定的计算规则所得。发射管发射的38kHz频率载波由单片机编程控制产生。发射模

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块是对发送的数字信号进行适当的调制编码，后经发射管的转换电路转变为红外光脉冲并发射到空中；接收模块对接收到的红外光脉冲进行光电转换、解调译码后恢复原数字信号。收到的数据通过LCD1602液晶显示屏显示出来。

图1-1 电源、电池供电电路设计图

本系统具有掉电保护功能，以便在停电时保护所储存的数据信息。如图1-1所示为电源、电池供电电路设计图。当有外接电源时VCC电压高于电池电压，二级管处于截止状态，电池不给单片机供电；当VCC电压低于电池电压时，二极管处于导通状态，电池给单片机供电，以保证数据不丢失。还具有数据存储功能，可以按整体键查看之前所收到的数据。如图1-2所示为系统工作的整体框图。

显示模块 单 单 数据设置 片 片 机 机 发射模块 发送 接收模块

图1-2 系统框图

显示模块

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2 系统硬件设计

硬件电路主要由两个单片机控制模块、发射模块、接收模块、显示模块以及一些外围驱动电路组成。

2.1 控制模块

图2-1 AT89S51实体图

AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS8位单片机，片内含4K的可编程的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片机芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位。AT89S51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。89S51单片机实物图如图2-1所示。

AT89S51提供以下标准功能：4K字节闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口，看门狗（WDT），两个数据指针，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89S51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中到内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有工作部件直到下一个硬件复位。

AT89S51在平时的应用时比较多，同样对它的最基本电路驱动电路也是比较熟悉的。首先必须有5V的驱动直流电源，现在有现有的5V直流电源模块，就可以直接应用5V直流电源模块做为驱动单片机AT89S51的电源。这就是在VCC管脚处接上5V电源。GND接地，同时EA管脚现在不用下载程序也接上5V电源。其次要给AT89S51一个时钟电路，为了方便计算时钟频率设计了在引脚XTAT1和XTAL2外接12M的晶振构成内部振

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荡方式。再加上2个30pF的电容就组成了时钟电路。最后要有复位电路，单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，斯密特触发器的输出电平由复位电路采样一次，然后才能得到内部复位操作所需要的信号。复位电路用10KΩ电阻，加上一个10uF的电解电容和一个复位按钮来组成复位电路。由于AT89S51的存储器以足够，这就不需要我再设计外部扩展存储器的电路了。具体设计的AT89S51的最基本外围电路就设计完成了，如图2-2所示为最小系统原理图 。

图2-2 最小系统原理图

2.2 发射模块

红外发射模块是采用红外发光二极管来发送经过调制的红外光波。红外发射器发出的红外光转换成相应的电信号，再送前置放大器放大。红外发射电路的信号一般采用两级调制。在红外数据传输的信号调制方式上,采用脉冲调制的二进制不归零码。这种调制方式比较简单,编码、解码都比较方便,有利于电路简化。红外线发射管在LED封装

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行业中主要有三个常用的波段，如下850nm、875nm、940nm。根据波长的特性运用的产品也有很大的差异，850nm波长的主要用于红外线监控设备、875nm主要用于医疗设备、940nm波段的主要用于红外线控制设备。本系统采用的是红外的940nm波段。如图2-3所示为红外发射二极管实物图。

图2-3发射二极管实物图

在红外发射模块设计中选择红外发射二极管时，要注意以下几个问题：第一，由于红外发射二极管的PN结电容的存在，影响了它的工作频率，选型时应选择响应时在错误！未找到引用源。—错误！未找到引用源。S的红外发射二极管，以适应数据通信的要求；第二，由于现在大多数红外发射二极管为球面透镜封装，红外发射二极管的发射指向角较小，为改善发射光线的指向特性，使之在较宽的偏移臣离内正常工作，应采用多管并发的方法．但对本系统综合考虑还是采用了一个红外发射管。

图2-4发射管连接图

本系统的红外发射模块连接方式如图2-4所示，接单片机的P1.0引脚。两个电阻是限流的作用，R121是防止电流过大烧坏三极管，R122是防止电流过大烧坏红外发射管D121，三极管起到放大电流的主要作用，使得红外发射的更远，当单片机的P1.0口赋值1时，三极管工作，红外发射管工作发射红外线，当单片机的P1.0赋值0的时候三极管不工作，红外发射管不工作。如图2-5所示为发射管内部工作流程图。

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图2-5 发射管内部工作流程图

2.3 接收模块

一体化的红外接收模块将数据信号的接收、放大、检波、整形集于一体，并且输出可以让单片机识别的信号，这样大大简化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作，方便使用。本系统采用红外一体化的接收头（HS0038）。如图2-6所示为接收模块实物图。HS0038黑色环氧树脂封装，不受日光、荧光灯等光源干扰，内附磁屏蔽、功耗低、灵敏度高。在用小功率发射管发射信号情况下，其接收距离可达35m。它能与TTL、COMS电路兼容。HS0038为直立侧面收光型。它接收红外信号频率为38kHz,周期约为26μs，同时能对信号进行放大、检波、整形，得到TTL 电平的编码信号。三个管脚分别是地、＋5 V 电源、解调信号输出端。

图 2-6

接收模块实物图 图2-7 接收模块测试图

表2-1 红外接收模块的主要参数

工作电压 工作电流 接收频率 峰值波长 静态输出

4.8-5.3V 1.7-2.7mA 38kHz 940nm 高电平

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输出低电平 输出高电平

≤0.4V 接近工作电压

红外一体化接收头的好坏测试可以利用图2-7所示的电路进行，在HS0038的电源端2与信号输出端3之间接上一只二极管及一只发光二极管后，再配上规定的工作电源（为＋5 V），当手拿遥控器对着接收头按任意键时，发光二极管会闪烁，说明红外接收头和遥控器工作都正常；如果发光二极管不闪烁发光，说明红外接收头和遥控器至少有一个损坏。只要确保遥控器工作正常，很容易判断红外接收头的优劣。

在使用红外接收模块时应保证HS0038接收模块接地良好以防止干扰，由于此模块抗连续脉动光干扰的特性，在进行数据通讯时应发送一个字节后停顿大小为一个字节所占用的时宽，以满足此模块的脉动占空比要求。如果发送一个字节后不作停顿，接收器将会认为是光噪声，将造成通讯失败。如图2-8所示为接收模块的内部结构图。

图2-8 接收模块内部结构图

本系统在使用接收模块时在电源端和地端之间加了个电容，主要是因为电源波形影响信号的输入，而加个电容有滤波的效果和提高灵敏度。如图2-9所示为接收模块连接原理图。

图2-9 接收管原理连接图

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2.4 显示模块

液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样就可以显示出图形。

本系统发射板用到的显示模块为4位共阳LED数码管，采用的是动态扫描方式显示所需要发送的数据。用数码管显示信息时，由于每个数码管至少需要8个I/O口，如果需要多个数码管，则需要太多I/O口，而单片机的I/O口是有限的。所以在实际应用中，一般采用动态显示的方式来解决此问题。

下面对数码管进行简单的介绍，数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管，数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。

本系统用LCD1602液晶显示器来显示收到的数据信息。LCD1602可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0-D7和RS、R/W、E三个控制端口，工作电压为5V。LCD1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。LCD1602内部结构由DDRAM、CGROM、IR、DR、BF、AC等大规模集成电路组成。(1)DDRAM为数据显示用的RAM，用以存放要LCD显示的数据，只要将标准的ASCⅡ码放入DDRAM，内部控制线路就会自动将数据传送到显示器上，并显示出ASCⅡ对应的字符。(2)CGROM为字符产生器ROM，可供使用者存储特殊造型的字符码，CGROM最多可存放8个字符。(3)IR为指令寄存器，负责存储MCU要写个LCD的指令码。当RS及R/W引脚信号为0且E引脚信号为由1变为0时，D0～D7引脚上的数据便会存入到IR寄存器中。(4)DR为数据寄存器，负责存储单片机要写到CGRAM或DDROM的数据。因此，可将DR视为一个数据缓冲区。

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当RS及R/W引脚信号为1且E引脚信号为由1变为0时，读取数据。当RS引脚信号为1，R/W引脚信号为0且E引脚信号为由1变为0时，存入数据。

图2-10 LCD液晶显示原理图

如图2-10所示为液晶显示原理图，8位数据总线由单片机的I/O口P2控制，RS脚的高低电平控制数据和指令的写入，R/W脚的高低电平控制数据的读取和写入。如图2-11为模拟接线方式图。LCD液晶屏的第三引脚接了个滑动变阻，目的是对LCD对比度进行调节，使显示达到合适的效果。当电阻器滑到最靠近电源端时对比度最弱，当滑到最靠近地端时对比度最高。但对比度过高时会产生“鬼影”，因此用一个滑动变阻来调整对比度。表2-2为LCD1602液晶显示屏的主要技术参数。图2-12所示为读操作时序的控制器接口图。

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表2-2 LCD1602的主要技术参数

显示容量 芯片工作电压 工作电流 模块最佳工作电压

字符尺寸

16×2个字符 4.5-5.5V 2.0mA(5.0V)

5.0V

2.95×4.35（W×H）mm

表2-3 LCD1602液晶显示屏接口信号的说明

编号 1 2 3 4 5 6 7 8

符号 VSS VDD VL RS R/W E D0 D1

引脚说明 电源地 电源正极 液晶显示偏压信号 数据/命令选择端 读/写选择端 使能信号 Data I/O Data I/O

编号 9 10 11 12 13 14 15 16

符号 D2 D3 D4 D5 D6 D7 BLA BLK

引脚说明 Data I/O Data I/O Data I/O Data I/O Data I/O Data I/O 背光源正极 背光源负极

图2-11 模拟接线图

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图2-12 读操作时序的控制器接口图

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3 系统软件设计

程序的编写就要涉及到程序语言的选择，下面先看看汇编语言和C语言的特性，再进行语言的选择。 （1）C语言：

C语言是国内外广泛使用的计算机语言，是计算机应用人员应掌握的一种程序设计工具。C语言功能丰富，表达能力强，使用灵活方便，应用面广，目标程序效率高，可移植性好，既具有高级语言的优点，又具有低级语言的许多特点。因此，C语言特别适合编写系统软件。除了这些特点外，C语言还具有以下优越性：在不需要完全了解单片机系统具体硬件的情况下，也能够编出符合硬件实际的专业水平的程序；以适应片上存储器的大小；中断服务程序的现场保护和恢复，中断向量表的填写，是直接与单片机相关的，都由C编译器代办；提供常用的标准函数库，以供用户直接使用； 头文件中定义宏、说明复杂数据类型和函数原型，有利于程序的移植和支持单片机的系列化产品的开发；有严格的句法检查，错误很少，可容易地在高级语言的水平上迅速地被排除掉；可方便地接受多种实用程序的服务：如片上资源的初始化有专门的实用程序自动生成；再如，有实时多任务操作系统可调度多道任务，简化用户编程，提高运行的安全性等等。 （2）汇编语言：

汇编语言是计算机能提供给用户的最快而又最有效的语言，也是能够利用计算机所有硬件特性并能直接控制硬件的唯一语言，因而在对于程序的空间和时间要求很高的场合，汇编语言是必不可少的，至于对于很多需要直接控制硬件的应用场合，更是非用汇编语言不可。除了这些特性，汇编语言还具有下列特性：

① 占用的内存单元和CPU资源少，能直接对硬件进行控制； ② 程序简短执行速度快；

③ 可直接调用单片机的全部资源，并可有效地利用单片机的专有特性； ④ 能准确地掌握指令的执行时间，适用于实时控制系统。

红外抄表系统的软件程序设计主要由主程序、发射程序、显示程序、接收程序组成。通过对以上两种语言的分析，由于C语言程序有利于实现较复杂的算法，同时该程序也比较复杂，要控制多个部件模块。为了能简单有条理的编辑程序。两种语言都有其独有的特性，结合自身的情况，对C语言比汇编语言要熟悉，并且应用C的时间比汇编长，

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所以我最终选择了以C语言来编写系统的程序。

如图3-1所示为红外抄表系统的整体程序流程图，系统开始工作时进行初始化操作。由按键控制数据是否发送。

是 接收按键扫描

否

数码管显示 运行发送程序 初始化子程序 数值按键扫描

开始

运行接收程序

LCD显示

后续处理

图3-1 系统软件流程图

3.1 38kHz频率的产生及发射程序设计

38kHz频率可以有效防止日光和灯光的干扰，使得通信距离更远。现讨论产生38kHz频率的两种方案。

方案一：分频电路产生

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图3-2 分频电路图

如图3-2所示455kHz晶振经12分频得到38kHz。由455kHz的晶振CRY,反相器74HC04及电阻、电容构成的振荡器产生455kHz的方波信号。经脉冲分频器74LS92,六分频成为75.83kHz的脉冲信号。再经过D触发器构成的2分频/整形电路变成38kHz的方波信号。本方案的振荡器采用了晶振，因晶振频率十分稳定。RC振荡器的稳定性差，往往由于偏差很大而缩短控制距离。方案二：软件生成38kHz频率

f=38kHz T=1/f

计算得T≈26.3us

如图3-5所示发射管接在单片机的P1.0引脚上，所以只要控制单片机P1.0引脚的高、低电平周期为26.3us。程序如下：

for(a=aa;a>0;a--) out=1; i=7; while(i>0)i--; out=0;

如下程序首先发送3.028ms38kHz频率，再停止发送2.012ms。这两个段是为了让接收模块识别防止其他信号的干扰。接着开始发送数据，kHz(40)（发送时间为1ms）后判断数据的最后一位是“1”还是“0”。如果数据是“1”则停止发送delayms(93)，否则停止发送delayms(65)（1ms）。一个数据为发送完毕，num=num>>1数据位右移一位后判断发送。如此循环8次数据就发送完毕。发送完毕指令kHz(20)，后停止发送。如图3-3所示发射和接收波形图。

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a=2ms b=1ms c=1.5ms

图3-3 发射接收波形图

khz(116); delayms(125);

for(num1=8;num1>0;num1--) khz(40); if(num&0x001)

delayms(93);//delay 1.5ms else

delayms(65);//delay 1ms num=num>>1;

如图3-4所示为38kHz的载波频率：低电平17us、高电平9us，17+9=26us 比26.3快一点点。高、低电平时间不是固定值，只要相加等于26us就是发送38khz的频率。

图3-4

计算得出的载波频率

3.2 数据计算程序

本系统用发射板的三个按键来设置需要发送的数据，三个按键分别是个、十、百位控制键，数值计算规则如下：

每按一个按键对应位加一。利用软件编程对各位进行相加计算。每位最大只能按

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到9，当超过9，则返回到0并且蜂鸣器响一声，如此反复循环计算。如个、十、百位各按一下，则得数据111。计算规则十分简单，如下程序为百位控制：key1为百位控制键，首先进行按键扫描，当按键引脚为低电平时说明按键没有按下，继续等待；当引脚为高电平时说明按键已按下，则蜂鸣器响一声，百位加一。百位计算部分程序如下：

if(key1==0) delay_ms(10); if(key1==0) while(!key1); bai++;

if(bai==10) bai=0; beer=1; delay_ms(100); beer=0;

上述为百位计算程序，同理十位和个位也是一样。扫描一遍按键后进行总和计算程序，并由数码管显示。总和计算公式为：zong=bai*100+shi*10+ge。

3.3 显示模块程序设计

3.3.1 数码管显示

数码管动态显示程序中，各个位的延时时间长短非常重要，如果延时时间长，则会出现闪烁现象；如果延时时间太短，则会出现显示暗且有重影。所有数码管的段选全部连接在一起，动态显示是多个数码管，交替显示，利用人的视觉暂留作用使人看到多个数码管同时显示。在编程时，需要输出段选和位选信号，位选信号选中其中一个数码管，然后输出段码，使该数码管显示所需要的内容，延时一段时间后，再选中另一个数码管，再输出对应的段码，高速交替。

例如需要显示数字“12”时，先输出位选信号选中第一个数码管，输出1的段码延时一段时间后选中第二个数码管，输出2的段码。把上面的流程以一定的速度循环执行就可以显示出“12”，由于交替的速度非常快，人眼看到的就是连续的“12”。

先显示百位，延时一段时间后显示十位，最后显示各位。一直按照设置时间循环显示。交替显示，利用人的视觉暂留作用使人看到多个数码管同时显示。使得看到连续的3位数。部分程序如下：

P2=dispcode[bai]; P0=dispbitcode[0];

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delay_ms(10); P0=dispbitcode[3]; P2=dispcode[shi]; P0=dispbitcode[1]; delay_ms(10); P0=dispbitcode[3];

3.3.2 LCD液晶显示程序

液晶显示屏的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。 （1）线段的显示

点阵图形式液晶由M×N个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×8=128个点组成，屏上64×16个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H～00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，„„（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。 （2）字符的显示

用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由6×8或8×8点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。 （3）汉字的显示

汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5„„右边为2、4、6„„根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行

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按列对齐，送第三个字节„„直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字。如表3-1所示为1602液晶模块内部控制器的控制指令。如图3-5所示为LCD液晶显示流程图。

表3-1 1602液晶模块内部控制器指令 序号 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0

1

*

3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 显示开/关控制 0 0 0 0 0 0

1

D

C

B 5 光标或字符移位

0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6

置功能 0

0

0 0 1 DL N

F

*

*

置字符发生存贮器

字符发生存贮器地址

7 地址

0 0 0 1

8 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址

9

读忙标志或地址 0

1 BF

计数器地址 10 写数到CGRAM或

1 0

要写的数据内容

DDRAM） 从CGRAM或DDRAM读

读出的数据内容

11 数

1 1

1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：为高电平、0为低电平）

指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置 指令2：光标复位，光标返回到地址00H 指令3：光标和显示模式设置

23

1

指令4：显示开关控制 指令5：光标或显示移位 指令6：功能设置命令

指令7：字符发生器RAM地址设置 指令8：DDRAM地址设置 指令9：读忙信号和光标地址 指令10：写数据 指令11：读数据

显示第二行内容

图3-5 液晶显示流程图

显示第一行内容 设第一行显示位置

延时 LCD初始化

开始

设第二行并显示位置

液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图3-6为LCD1602液晶屏的内部显示地址。

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图3-6 LCD1602液晶屏内部显示地址

例如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。

在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。

LCD1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。部分程序如下：

void adr_write(unsigned char adr) delay(20); e=0; rs=0; rw=0; e=1;

lcd_data=adr; e=0;

使用时都要进行初始化操作，如两行显示、清显示、是否需光标，从哪里开始显示等等。部分程序如下：

adr_write(0x38); //两行显示，5*7模式 adr_write(0x01);//清显示

adr_write(0x0c); //整体显示打开，不显示光标 adr_write(0x06);

adr_write(0x80);//从第一行的第一个位置开始显示

开机时，首先从坐标的（0,0）开始显示"Please Power On!"，（1,0）显示为空。接着按照同样显示定位显示"Has Boot!"和"Think You!"。最后显示收到的数据，第一行显示"DianDuShuZhi:"加数值，第二行显示为空。

void display_init()

str_write("Please Power On!"); str_write(" "); void display_on()

25

str_write("Has Boot! "); str_write("Think You! "); void dis_play()

str_write("DianDuShuZhi:");

当按整体键时，显示之前所存储的数据。由于本设计显示屏比较小，所以只设置显示4个读数。第一行显示两个数，第二行显示两个数，显示方式为：

第一行： DS1:+数值 DS2:+数值 第二行： DS3:+数值 DS4:+数值 部分程序如下： str_write("DS1:");

ddr_write(table[num1/100]); ddr_write(table[num1/10%10]); ddr_write(table[num1%10]); str_write("DS2:");

ddr_write(table[num2/100]); ddr_write(table[num2/10%10]); ddr_write(table[num2%10]);

3.4 接收模块程序设计

红外接收头在接收数据时首先要对脉冲信号进行识别，判断是不是所要的那个信号。系统采用外部中断方式来进行数据的识别和解码。当收到一个红外信号时，立即对其他红外信号进行屏蔽并对此信号进行识别。部分识别程序如下：

void sieasdf() interrupt 0 EX0=0; for(a=5;a>0;a--)

delayms(35);//延时0.5ms 判断5次 5*0.5＝2.5ms

进行5次判断，如图3-7所示：发射模块发射了3ms38kHz频率，接收模块进行了2.5ms时间的判断。如是正确信号即执行解码程序，否则跳出解码程序。解码部分程序如下：

if(fleg)

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delayms(72);//延时1ms 判断是不是高电平了 if(in)

delayms(115);//延时让它超过2ms; 2.5+1+1.623=5.123ms

图3-7 波形识别

for(a=10;a>0;a--) while(!in);

delayms(86);//延时1.188ms 判断IO高低 num=num>>1; if(in)

delayms(31);//延时0.6ms mun=num; 解码完毕

如不是正确信号，则跳出。跳出程序：if(in)fleg=0;

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4 电路板的制作

4.1 原理图的绘制

本次设计的红外通信系统的原理是通过查阅大量的资料，在图书馆以及网上查找资料所得到的，经过综合的分析其可行性，经济性等方面要求前提下做出的电路原理图。而在有可靠的电路原理图之后，我需要再做的就是将电路原理图变成一个硬件，使其实现预定的功能。

如果使用的是万能板，则不需要绘制电路图，只要根据原理图的元器件在万能板上摆放好，用导线将其焊接起来即可。但是在使用万能板时有许多的不便之处，比如说在焊接的过程中需要跳线，而板子本身也不够美观，好看。所以为了获得更好的效果，我们一般都使用腐蚀板，这样我们就首先的步骤就是在protel 99SE中绘制电路原理图。在本设计的电路图中的元器件，在protel 99SE的标准元件库里基本上都有，但是四位七段的共阳数码管在标准库里没有找到，所以在绘制电路图时就需要自己画一个数码管，同时也要做一个它的封装图，还有用到的LCD1602是在库中没有找到元件和封装，这也同样需要我测量该元件的管脚和找出它的原件参数，做出它的原件图和封装库。做好了这个基本上就可以了画出完整的电路原理图了。首先我们先要在元器件库中调入各个元器件，将各个模块的元器件放在一起，然后用线将其连接起来其可完成原理图的基本绘制。

4.2 PCB图的生成

由前面一节我提到在protel 99SE里绘制的原理图，如果要生成制作电路板所用的PCB图的话，首先要确认我们前面画的电路原理图的正确性，确定每个元器件的连线都连接上，所以在生成PCB之前我们要对每个元器件进行封装，封装库没有的元器件要自己做一个，比如前面讲到的四位七段数码管的封装。在对每个元器件封装的同时定义每个元器件的编号，编号要一一对应，不能有重复。

电阻：AXIAL0.3～AXIAL0.7 其中0.4～0.7指电阻的长度，一般用AXIAL0.4 瓷片电容：RAD0.1～RAD0.3 其中0.1～0.3指电容大小，一般用RAD0.1

电解电容：RB.1/.2～RB.4/.8 其中.1/.2～.4/.8指电容大小。一般用RB.1/.2,100uF～470uF用RB.2/.4,>470uF用RB.3/.6

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二极管：DIODE0.4～DIODE0.7 其中0.4～0.7指二极管长短，一般用DIODE0.4 集成块：DIP8～DIP40, 其中8～40指有多少脚，8脚的就是DIP8贴片电阻 石英晶体振荡器 ：XTAL1 单排多针插座：SIP 双列直插元件：DIP

然后是进行元器件的电气检测，检测没有错误的话会显示没有错误，如果错误，连线没有连上等等都会在原理图中只指示出来。然后就是生成网络报表，显示所有的元器件的封装号，编号等。只要没有出现错误就可以生成PCB图。生成PCB后需要对其进行布线，设计焊盘的大小，导线的粗细，各个元器件实际放的位置，布线是一件很麻烦的事情，要尽量没有交叉，不限还要美观等等，这个工作长的话需要两三天到一个星期的时间，熟悉的话半天一天就可以完成。像我以前没有接触太多，所以布线起来比较困难，需要较多时间，但从中也学到了不少东西。

4.3 电路板到印制和焊接

考虑到本系统所用元器件较少，大部分功能都是通过软件编程来实现，同时也出于对毕业设计成本的考虑，因此所用到的板子是自己手工制作的PCB板。在电路板的制作中，首先要进行线路的排布。利用PROTEL 软件模拟实际电路板的线路走向，尽量避免线路出现交叉短路，电源线路尽量安排在电路板的最外圈。PCB板刻录完成之后，开始进行焊接工作。焊接完后进行电路板检查，将原线路图与实际焊接的电路板进行对比，由于线路不多，所以用万用表的欧姆档或是短路声响指示功能来做焊点的检测，如此可以避免焊接时漏焊、虚焊和配线错误的问题，同时保证了所制作出来的线路与原设计线路的一致性。

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5 系统调试

5.1 硬件调试

本设计硬件部分主要为显示模块、发射和接收模块。硬件电路功能检测主要针对以下这几部分进行测试。

对于显示电路，由于使用的是四位数码管显示，首先要确定数码管的共阴还是共阳极。因此先用万用表检测是什么极性。然后再先固定下，检查显示电路能否正常显示。最后再焊接上去。

对于接收模块，在HS0038的电源端与信号输出端之间接上一只二极管及一只发光二极管后，再配上规定的工作电源（＋5V），当手拿遥控器对着接收头按任意键时，发光二极管会闪烁，说明红外接收头和遥控器工作都正常；如果发光二极管不闪烁发光，说明红外接收头和遥控器至少有一个损坏。只要确保遥控器工作正常，很容易判断红外接收头的优劣。

排除逻辑故障：这类故障往往由于设计和加工制板过程中工艺性错误所造成的。主要包括错线、开路、短路。排除的方法是首先将加工的印制板认真对照原理图，看两者是否一致。应特别注意电源系统检查，以防止电源短路和极性错误。必要时利用数字万用表的短路测试功能，可以缩短排错时间。

排除元件失效：造成这类错误的原因有两个：一个是元器件买来时就已坏了；另一个是由于安装错误，造成器件烧坏。可以采取检查元器件与设计要求的型号、规格和安装是否一致。在保证安装无误后，用替换方法排除错误。

排除电源故障：在通电前，一定要检查电源电压的极性，否则很容易造成集成块损坏。加电后检查各插件上引脚的电位，一般先检查VCC与GND之间电位。

5.2 软件调试

软件的设计与调试实行分模块实现方法。本设计软件调试中的分模块包括显示模块、发射和接收模块。各个独立模块功能调试成功后，将这些模块程序通过主程序合并在一起，最后再对合并后的总程序进行调试。各软件模块首先要通过PC和仿真器进行软件调试，当仿真效果符合要求后，再烧写进单片机看能否在实际电路板上正常工作。编程语言的软件设计采用C语言编写。

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LED显示问题：本设计的最终方案是采用LED显示屏实现显示功能，最初数码管显示不正常，出现闪烁现象。通过调试发现这是由于延时时间选择不当会使人眼产生视觉暂留效果，每一次显示时都必须加入适当的时间延时。由于一开始所选用的延时时间太短，因此出现闪烁现象，在增加显示延时之后，数码管显示正常。

蜂鸣器异常启动问题：蜂鸣器的启动/关闭是通过单片机输出的控制信号来实现的，当有按键按下，单片机将控制口进行赋值，从而启动蜂鸣器发声。

在最初编写程序时，键盘控制部分按照常例加入了按键消抖程序。在实际调试中，发现按键出现反应不灵敏现象。这是因为在键盘控制程序中，除了消抖程序外，还加入了按键提示音程序（每次按压键盘时，蜂鸣器发出“哔”的一声提示音）。由于在调用子程序时，实际上已实现了一次时间的延时，因此再加入按键消抖程序的延时后，致使延时时间过长而出现按键反应不灵敏问题。通过调试发现子程序本身所产生的延时已能够满足按键消抖时间延迟的要求，因此在键盘控制程序中无需再加入专门的按键消抖程序。在去除按键消抖程序后，按键控制灵敏度恢复正常。

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总结语

毕业设计完成的主要任务是单片机控制系统的设计、红外通信的设计和显示模块的设计三大块内容。通过单片机编程来获取38kHz频率的载波，由LED数码管显示需要发送的数据，通过红外通信传送并由LCD显示。总结整个毕业设计的制作完成过程，心里有颇多体会和得到以下结论：

（1）对整个红外通信系统进行了全面的分析，了解了红外通信的原理。 （2）对液晶显示屏的了解有了很深刻的印象，选用了市场上应用的比较广泛的LCD1602。

（3）整个系统模块化，每单个模块进行比较设计，编程时也是单个模块先进行编程，然后各个模块整合起来，以实现这次毕业设计的要求。

（4）对各个模块所使用的芯片元器件进行了较深的了解，知道每个芯片的功能。 （5）绘制原理图时还学会了使用其他的软件进行电路的仿真，比如EWB。 （6）设计时更熟练的使用了protel 99SE软件，这是一个很有实用性的软件，这对我们以后出去工作有较大的帮助。

由于缺乏生产生活中的试验，所以本设计要应用于生产生活还需要进行改进，对单片机内存的扩展，可以存更多的程序，或者改用内存更大的单片机。

由于是实物设计，所以我在设计的过程中考虑最多的是实际制造的问题，因此在设计理念上受到了诸多的限制。同时自身的知识和经验储备不足，无法将自己的设计理念完全体现在实物上。但是正是这些诸多的因素使我懂得了，作为一名设计者如何去做设计，如何来实现设计要求。总体上讲，在这次毕业设计过程里，能将所学的知识应用到实际中，感受到了设计的乐趣。

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参考文献

[1] 胡汉才,单片机原理及其接口技术[M],北京,清华大学出版社，1996,48~62 [2] 沈德金,MCS-51系列单片机接口电路与应用程序实例[M],北京,北京航空航天大学出版社，1990,21~84

[3] 祁伟，杨婷,单片机C51程序设计教程与实验[M],北京航空航天出版社，2006 [4] 凌志浩,仪表原理与设计技术[M]

[5] 许晓平，孙晓彦，程传胜.PCB设计标准教程[M],北京,北京邮电大学出版社，2008 [6] 胡伟，季晓衡,单片机C程序设计与应用实例[M],人民邮电出版社，2003 [7] 程道喜,传感器的信号处理及接口[M],北京,科学出版社，1989

[8] 杨将新，李华军，刘东骏,单片机程序设计及应用从基础到实践[M],北京,电子工业出版社, 2001

[9] 胡汉才,单片机原理及其接口技术[M],北京,清华大学出版社，1995，（6）,112~126 [10] 苏长赞,红外线与超声波遥控[M],北京,人民邮电出版社，1997 [11] 张玉香,新型遥控接收模块HS0038[J],无线电，1998

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致谢

本论文是在王建升老师的悉心指导下完成的。老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本设计从选题到完成，每一步都是在老师的指导下完成的，倾注了老师大量的心血。同时，在此次毕业设计过程中我也学到了许多了关于红外通信方面的知识，实验技能有了很大的提高。

另外，我还要感谢我的同学以及学哥学姐们的热心帮助，在我们的共同努力下出色地完成了此项任务。

此次毕业设计历时三个月，是我大学学习中遇到过的时段最长、涉及内容最广、工作量最大的一次设计。用老师的一句话概括就是这次毕业设计相当如是把以前的小课程设计综合在一起的过程，只要把握住每个小课设的精华、环环紧扣、增强逻辑，那么这次的任务也就不难了。我此次的任务是做一个项目的招标文件。虽说老师说的话让此次的毕业设计看起来不是那么的可怕，但是当我真的开始着手时，还的确是困难重重。

俗话说的好，“磨刀不误砍柴工”，当每次遇到不懂得问题时，我都会第一时间记在本子上面，然后等答疑的时候问老师，老师对于我提出来的问题都一一解答，从来都不会因为我的问题稍过简单加以责备，而是一再的告诫我做设计该注意的地方，从课题的选择到项目的最终完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持，他们真正起到了“传道授业解惑疑”的作用，让人油然而生的敬佩。除此之外，我们组和老师还有另外两个交流途径：打电话和上网，为此老师还特意建立一个群，以便大家第一时间接收到毕业设计的最新消息和资料，每次大家都在群不亦乐乎的讨论着毕业设计的事情。多少个日日夜夜，老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩老师们的专业水平外，他们的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向王建升老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢。感谢太原理工大学现代科技学院信息系的领导老师对我这四年的培养、关怀，为我们顺利的完成学业营造了一

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个如此美丽宁静的校园和人文环境。

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附录一：发射原理图

36

附录二：接收原理图

37

附录三：源程序

#include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int

unsigned char code dispbitcode[]={0x04,0x02,0x01,0x00}; unsigned char code dispcode[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99, 0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; sbit key1=P3^0; sbit key2=P3^1; sbit key3=P3^2; sbit bw=P0^2; sbit sw=P0^1; sbit gw=P0^0; sbit out=P1^0; sbit beer=P3^7;

uchar i,a,num1,bai,shi,ge; uint zong;

void init()//初始化作用 { out=0; beer=0; key1=1; key2=1; key3=1; bw=0; sw=0; gw=0;

38

}

void delay_ms(uchar i) {

uchar j,k; for(j=i;j>0;j--) for(k=113;k>0;k--); }

void delayms(uchar aa)//延时程序 {

for(a=aa;a>0;a--) { _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); } }

void khz(uchar aa)//是发射38KHZ的程序 {

for(a=aa;a>0;a--) //这个for语句可以得到准确的26.3波特率 { out=1; i=7; out=0; } }

//khz(116);//3.028ms 精确的时间 //khz(64);//2.006ms

39

//低了17us

// 38kHZ

while(i>0)i--;

//khz(40); //1.052ms

//delayms(125);//2.012ms 这里是一些时间的介绍 //delayms(65);//1.054ms //delayms(93);//1.5ms void fashu(uint num) {

khz(116);//发射3ms 38khz delayms(125);

for(num1=10;num1>0;num1--) { khz(40); if(num&0x001)

delayms(93);//delay 1.5ms else

delayms(65);//delay 1ms num=num>>1; } khz(20); }

void keyscan()//按键扫描 {

if(key1==0) {

delay_ms(10); if(key1==0) {

while(!key1); bai++;

if(bai==10) bai=0; beer=1; delay_ms(100); beer=0; }

40

}

if(key2==0) {

delay_ms(10); if(key2==0) {

while(!key2); shi++;

if(shi==10) shi=0; beer=1; delay_ms(100); beer=0; } }

if(key3==0) {

delay_ms(10); if(key3==0) {

while(!key3); ge++;

if(ge==10) ge=0; beer=1; delay_ms(100); beer=0; } }

zong=bai*100+shi*10+ge; }

void disp_led() {

P2=dispcode[bai]; P0=dispbitcode[0];

41

delay_ms(10); P0=dispbitcode[3]; P2=dispcode[shi]; P0=dispbitcode[1]; delay_ms(10); P0=dispbitcode[3]; P2=dispcode[ge]; P0=dispbitcode[2]; delay_ms(10); P0=dispbitcode[3]; } 接收程序 void main() { init(); while(1) {

keyscan(); disp_led(); fashu(zong); } }

#include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define lcd_data P0 sbit rs=P1^2; //加上拉 sbit rw=P1^1; //加上拉 sbit e =P1^0; //加上拉 sbit key1=P3^3; sbit key2=P3^4; sbit key3=P3^5

42

sbit led=P2^0; sbit in=P3^2; sbit beer=P3^7;

uchar table[]="0123456789" ; uchar i,a,shuzhi,kaiji,show,save; uint num,mun,num1,num2,num3,num4,numall; bit fleg; void init() { fleg=1; beer=0; key1=1; key2=1; key3=1; in=1; EA=1; EX0=1; IT0=1; }

void delayms(uchar aa) {

for(i=aa;i>0;i--) {

_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); } }

void delay(uchar z) {

uchar x,y; {

for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); }

43

}

//1602LCD写地址函数

void adr_write(unsigned char adr) {

delay(20); e=0;

rs=0; rw=0; e=1;

lcd_data=adr; e=0; } void lcd_init(void) {

e=0;

adr_write(0x38); //两行显示，5*7模式

adr_write(0x01);//清显示

adr_write(0x0c); //整体显示打开，不显示光标 adr_write(0x06);

adr_write(0x80);//从第一行的第一个位置开始显示 }

void ddr_write(unsigned char ddr) { //

adr_write(0x06); delay(20);

e=0; rs=1; rw=0; e=1;

lcd_data=ddr; e=0; }

void str_write(unsigned char *str)

44

{ //

}

adr_write(0x07); while(*str!='\0') {

ddr_write(*str); delay_1602(200); str++;

//

}

void set_point(unsigned char x,y) {

if(!x)

adr_write(0x80+y); adr_write(0x80+0x40+y); else

} void display_init() {

set_point(0,0) ; }

void display_on() {

set_point(0,0) ; }

void dis_play() {

set_point(0,0) ;

45

str_write("Please Power On!"); set_point(1,0) ;

str_write(" ");

str_write("Has Boot! "); set_point(1,0) ;

str_write("Think You! ");

str_write("DianDuShuZhi:"); ddr_write(table[numall/100]); ddr_write(table[numall/10%10]); ddr_write(table[numall%10]); set_point(1,0) ;

str_write(" ");

}

void dis_play_all() {

set_point(0,0) ; str_write("DS1:");

ddr_write(table[num1/100]); ddr_write(table[num1/10%10]); ddr_write(table[num1%10]); str_write(" "); str_write("DS2:");

ddr_write(table[num2/100]); ddr_write(table[num2/10%10]); ddr_write(table[num2%10]); set_point(1,0) ; str_write("DS3:");

ddr_write(table[num3/100]); ddr_write(table[num3/10%10]); ddr_write(table[num3%10]); str_write(" "); str_write("DS4:");

ddr_write(table[num4/100]); ddr_write(table[num4/10%10]); ddr_write(table[num4%10]);

}

void key_scan() {

if(key1==0)

46

{

delay(10); if(key1==0) {

while(!key1); kaiji=1; led=0; beer=1; delay(100); beer=0;

display_on();

}

}

if(kaiji==1&&key2==0) {

delay(10); if(key2==0) {

while(!key2); beer=1; delay(100); beer=0; shuzhi++;

if(shuzhi==4) shuzhi=0; if(shuzhi==0) {

num1=mun; numall=num1; dis_play();

}

if(shuzhi==1) {

num2=mun;

47

numall=num2; dis_play();

}

if(shuzhi==2) {

num3=mun; numall=num3; dis_play();

}

if(shuzhi==3) { num4=mun;

numall=num4;

dis_play();

}

}

}

if(kaiji==1&&key3==0) {

delay(10); if(key3==0) {

while(!key3); beer=1; delay(100); beer=0;

dis_play_all();

}

}

}

void main() {

init();

48

lcd_init(); display_init(); //delayms(45);//0.642ms //delayms(35);//0.502ms //delayms(115);//1.623ms //delayms(72);//1.02ms //delayms(84);//1.188ms //delayms(31);//0.446ms while(1) {

key_scan(); }

}

void sieasdf() interrupt 0 { EX0=0;

for(a=5;a>0;a--) { delayms(35);//延时0.5ms 判断5次 5*0.5＝2.5ms if(in)fleg=0;

} if(fleg) { delayms(72);//延时1ms 判断是不是高电平了 if(in) { delayms(115);//延时让它超过2ms; 2.5+1+1.623=5.123ms for(a=10;a>0;a--) { while(!in); delayms(86); num=num>>1;

if(in)

49

开始读数据

{ num=num|0x200;

delayms(31);//延时0.6ms 因为上面延时1.2ms+0.6 刚好跳

过1.5ms

}

} mun=num;

}

}

fleg=1; EX0=1;}

50

Development of Sensor New Technology

Sensor is one kind component which can transform the physical quantity, chemistry quantity and the biomass into electrical signal. The output signal has the different forms like the voltage, the electric current, the frequency, the pulse and so on, which can satisfy the signal transmission, processing, recording, and demonstration and control demands. So it is the automatic detection system and in the automatic control industry .If automatic Technology is used wider, then sensor is more important.

Several key words of the sensor： 1 Sensor Elements

Although there are exception ,most sensor consist of a sensing element and a conversion or control element. For example, diaphragms,bellows,strain tubes and rings, bourdon tubes, and cantilevers are sensing elements which respond to changes in pressure or force and convert these physical quantities into a displacement. This displacement may then be used to change an electrical parameter such as voltage, resistance, capacitance, or inductance. Such combination of mechanical and electrical elements form electromechanical transducing devices or sensor. Similar combination can be made for other energy input such as thermal. Photo, magnetic and chemical,giving thermoelectric, photoelectric,electromaanetic, and electrochemical sensor respectively. 2 Sensor Sensitivity

The relationship between the measured and the sensor output signal is usually obtained by calibration tests and is referred to as the sensor sensitivity K1= output-signal increment / measured increment . In practice, the sensor sensitivity is usually known, and, by measuring the output signal, the input quantity is determined from input= output-signal increment / K1. 3 Characteristics of an Ideal Sensor

The high sensor should exhibit the following characteristics.

(a)high fidelity-the sensor output waveform shape be a faithful reproduction of the measured; there should be minimum distortion.

(b)There should be minimum interference with the quantity being measured; the presence of the sensor should not alter the measured in any way.

(c)Size. The sensor must be capable of being placed exactly where it is needed.

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(d)There should be a linear relationship between the measured and the sensor signal. (e)The sensor should have minimum sensitivity to external effects, pressure sensor,for example,are often subjected to external effects such vibration and temperature.

(f)The natural frequency of the sensor should be well separated from the frequency and harmonics of the measurand.

Sensors can be divided into the following categories： 1 Electrical Sensor

Electrical sensor exhibit many of the ideal characteristics. In addition they offer high sensitivity as well as promoting the possible of remote indication or mesdurement. Electrical sensor can be divided into two distinct groups: (a)variable-control-parameter types,which include: (i)resistance (ii)capacitance (iii)inductance

(iv)mutual-inductance types

These sensor all rely on external excitation voltage for their operation. (b)self-generating types,which include (i)electromagnetic (ii)thermoelectric (iii)photoemissive (iv)piezo-electric types

These all themselves produce an output voltage in response to the measurand input and their effects are reversible. For example, a piezo-electric sensor normally produces an output voltage in response to the deformation of a crystalline material; however, if an alternating voltage is applied across the material, the sensor exhibits the reversible effect by deforming or vibrating at the frequency of the alternating voltage. 2 Resistance Sensor

Resistance sensor may be divided into two groups, as follows:

(i)Those which experience a large resistance change, measured by using potential-divider methods. Potentiometers are in this group.

(ii)Those which experience a small resistance change, measured by bridge-circuit methods. Examples of this group include strain gauges and resistance thermometers. 3 Capacitive Sensor

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The capacitance can thus made to vary by changing either the relative permittivity, the effective area, or the distance separating the plates. The characteristic curves indicate that variations of area and relative permittivity give a linear relationship only over a small range of spacings. Thus the sensitivity is high for small values of d. Unlike the potentionmeter, the variable-distance capacitive sensor has an infinite resolution making it most suitable for measuring small increments of displacement or quantities which may be changed to produce a displacement. 4 Inductive Sensor

The inductance can thus be made to vary by changing the reluctance of the inductive circuit. Measuring techniques used with capacitive and inductive sensor: (a)A.C. excited bridges using differential capacitors inductors. (b)A.C. potentiometer circuits for dynamic measurements.

(c)D.C. circuits to give a voltage proportional to velocity for a capacitor.

(d)Frequency-modulation methods, where the change of C or L varies the frequency of an oscillation circuit.

Important features of capacitive and inductive sensor are as follows: (i)resolution infinite

(ii)accuracy±0.1% of full scale is quoted (iii)displacement ranges 25*10-6 m to 10-3m (iv)rise time less than 50us possible

Typical measurands are displacement, pressure, vibration, sound, and liquid level. 5 Linear Variable-differential Ttransformer 6 Piezo-electric Sensor 7 Electromagnetic Sensor 8 Thermoelectric Sensor 9 Photoelectric Cells

10 Mechanical Sensor and Sensing Elements

In information age, the information industry includes information gathering, transmission, process three parts, namely sensor technology, communication, computer technology. Because of ultra large scale integrated circuit’s rapid development after having been developed Modern computer technology and communication, not only requests sensor precision reliability, speed of response and gain information content request more and more high but also requests its cost to be

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inexpensive. The obvious traditional sensor is eliminated gradually because of the function, the characteristic, the volume, the cost and so on. As world develop many countries are speeding up to the sensor new technology’s research and the development, and all has obtained the enormous breakthrough. Now the sensor new technology development mainly has following several aspects:

Using the physical phenomenon, the chemical reaction, the biological effect as the sensor principle therefore the researches which discovered the new phenomenon and the new effect are the sensor technological improving ways .it is important studies to developed new sensor’s the foundation. Japanese Sharp Corporation uses the superconductivity technology to develop successfully the high temperature superconductivity magnetic sensor and get the sensor technology significant breakthrough. Its sensitivity is so high and only inferior in the superconductivity quantum interference component. Its manufacture craft is far simpler than the superconductivity quantum interference component. May use in magnetism image formation technology. So it has the widespread promoted value.

Using the immune body and the antigen meets one another compound when the electrode surface. It can cause the electrode potential change and use this phenomenon to be possible to generate the immunity sensor. The immunity sensor makes with this kind of immune body may to some organism in whether has this kind of ant original work inspection. Like may inspect somebody with the hepatitis virus immune body whether contracts the hepatitis, plays to is fast, the accurate role. The US UC sixth branch has developed this kind of sensor.

The sensor material is the important foundation for sensor technology, because the materials science is progressive and the people may make each kind of new sensor For example making the temperature sensor with the high polymer thin film; The optical fiber can make the pressure, the current capacity, the temperature, the displacement and so on the many kinds of sensors; Making the pressure transmitter with the ceramics. The high polymer can become the proportion adsorption and the release hydrogen along with the environment relative humidity size. The high polymer electricity lies between the constant to be small, the hydrogen can enhance the polymer the coefficient of dialectical loss. Making the capacitor the high polymer dielectric medium, determines the electric capacity cape city the change, then obtains the relative humidity. Making the plasma using this principle to gather the legitimate

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polystyrene film temperature sensor below, it has the characteristic.

Measured the wet scope is wide; The temperature range is wide, may reach -400 ℃ ~ +1,500 ℃; The speed of response is quick, is smaller than 1S; The size is small, may use in the small space measuring wet; The temperature coefficient is small. The ceramic electric capacity type pressure transmitter is one kind does not have the intermediary fluid the dry type pressure transmitter. Uses the advanced ceramic technology, the heavy film electronic technology, its technical performance is stable, the year drifting quantity is smaller than 0.1%F.S, warm floats is smaller than ±0.15%/10K, anti- overloads strongly, may reach the measuring range several hundred times. The survey scope may from 0 to 60mpa.German E+H Corporation and the American Kahlo Corporation product is at the leading position.

The optical fiber application is send the material significant breakthrough, its uses in most early the optical communication techniques. In the optical communication use discovered works as environmental condition change and so on the temperature, pres-sure, electric field, magnetic field, causes the fiber optic transmission light wave intensity, the phase, the frequency, change and so on the polarization condition, the survey light wave quantity change, may know causes these light wave physical quantity the and so on quantitative change temperature, pressure ,electric field, magnetic field size, uses these principles to be possible to develop the optical fiber sensor. The optical fiber sensor and the traditional sensor compare has many characteristics: Sensitivity high, the structure simple, the volume small, anti-corrosive, the electric insulation good, the path of rays may be curving, be advantageous for the realization telemeter and so on. Optical fiber sensor Japan is in the advanced level. Like Idec Izumi Corporation and Sun x Corporation. The optical fiber send receiver and the integrated path of rays technology unify, accelerates the optical fiber sensor technology development. Will integrate the path of ray’s component to replace the original optics part and the passive light component; enable the optical fiber sensor to have the high band width, the low signal processing voltage, the reliability high, the cost will be low.

In semiconductor technology processing method oxygenation, the photo etc hang, the proliferation, the deposition, the plane electron craft, various guides corrosion and steams plates, the sputtering thin film and so on, these have all introduced to the sensor manufacture. Thus has produced each kind of new sensor, like makes the

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silicon micro sensor using the semiconductor technology, makes the fast response using the thin film craft the gas to be sensitive, the wet sensitive sensor, the use sputtering thin film craft system pressure transmitter and so on..

The Japanese horizontal river company uses various guides’ corrosion technology to carry on the high accuracy three dimensional processing; the system helps the silicon resonance type pressure transmitter. The core partially presses two resonant Liang by the feeling which above the silicon diaphragm and the silicon diaphragm manufactures to form, two resonant Liang's frequency difference correspondence different pressure, measures the pressure with the frequency difference method, may eliminate the error which factor and so on ambient temperature brings. When ambient temperature change, two resonant Liang frequencies and the amplitude variation are same, after two frequency differences, its same change quantity can counterbalance mutually. It’s survey most high accuracy may reach 0.01%FS.

American Silicon Microstructure Inc.(SMI) the company develops a series of low ends, linear in 0.1% to 0.In 65% scope silicon micro pressure transmitter, the lowest full measuring range is 0.15psi (1KPa), it makes take the silicon as the material, has the unique three dimensional structure, the light slight machine-finishing, makes the wheat stone bridge many times with the etching on the silicon diaphragm, when above silicon chip stress, it has the distortion, the resistance produces presses the anti- effect but to lose the bridge balance, the output and the pressure becomes the proportion the electrical signal.

Such silicon micro sensor is the front technology which now the sensor develops, Its essential feature is the sensitive unit volume is a micron magnitude, Is the traditional sensor several dozens, several 1%. In aspect and so on industry control, aerospace domain, biomedicine has the vital role, like on the airplane the use may reduce the airplane weight, reduces the energy. Another characteristic is can be sensitive is small surveyed, may make the blood pressure pressure transmitter. The Chinese aviation main corporation Beijing observation and control technical research institute, the development CYJ series splashes thanks the membrane pressure transmitter is uses the ion sputtering craft to process the metal strain gauge, it has over come the nonmetallic strain gauge easily the temperature influence insufficiency, has the high stability, is suitable in each kind of situation, is measured the medium scope widely, but also overcame the tradition lowly to glue the precision

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which the type brought, sluggish big, shortcoming and so on slow change, had the precision high, the re-liability is high, the volume small characteristic, widely used in domain and so on aviation, petroleum, chemical industry, medical service. Integrates the sensor the superiority is the traditional sensor is unable to achieve, it is a simple sensor not merely, it in at the same time the auxiliary circuit part and send the part will integrate on together the chip, will cause it to have the calibration, to compensate, from the diagnosis and the network correspondence function, it might reduce the cost, the gain in yield, this kind of blood pressure sensor which American LUCAS, NOVASENSOR Corporation will develop, each week will be able to produce 10,000.

The intellectualized sensor is one kind of belt microprocessor sensor, is achievement which the microcomputer and the sensor unifies, it has at the same time the examination, the judgment and the information processing function, compares with the traditional sensor has very many characteristics:

Has the judgment and the information processing function, can carry on the revision, the error to the observed value compensates, thus enhancement measuring accuracy; May realize the multi-sensor multi parameters survey; Has from the diagnosis and from the calibration function, enhances the reliability; The survey data may deposit and withdraw, easy to operate; Has the data communication interface, can and the microcomputer direct communication.

The sensor, the signal adjustment electric circuit, the monolithic integrated circuit integration forms ultra large-scale integrated on a chip the senior intelligence sensor. American HONY WELL Corporation ST-3000 intelligence sensor, the chip size only then has 3×4×2mm3, uses the semiconductor craft, makes CPU, EPROM, the static pressure, the differential pressure, the temperature on the identical chip and so on three kind of sensitive units.

The intellectualized sensor research and the development, US is at the leading position. American Space Agency when development spaceship called this kind of sensor for the clever sensor (Smart Sensor), on the spaceship this kind of sensor is extremely important. Our country in this aspect research and development also very backward mainly is because our country semiconductor integrated circuit technological level is limited.

The sensor’s development is changing day after day since especially the 80's

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humanities have entered into the high industrialization the information age, sensor techno-logy to renewal, higher technological development. US, Japan and so on developed country sensor technological development quickest, our country because the foundation is weak, the sensor technology compares with these developed countries has the big disparity. Therefore, we should enlarge to the sensor engineering research, the development investment, causes our country sensor technology and the foreign disparity reduces, promotes our country instrument measuring appliance industry and from the technical development.

——From《Sensor Technology Handbook》,Jon Wilson,Newnes

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传感器新技术的发展

传感器是一种能将物理量、化学量、生物量等转换成电信号的器件。输出信号有不同形式，如电压、电流、频率、脉冲等，能满足信息传输、处理、记录、显示、控制要求，是自动检测系统和自动控制系统中不可缺少的元件。如果把计算机比作大脑，那么传感器则相当于五官，传感器能正确感受被测量并转换成相应输出量，对系统的质量起决定性作用。自动化程度越高，系统对传感器要求越高。 传感器的几个关键词： 1传感器元件

除特例外，大多数的传感器都由敏感元件、转换元件或控制元件组成。如振动膜、波纹管、应力管和应力环、低音管和悬臂都是敏感元件，它们对压力和力作出响应把物理量转变成位移。然后位移可以改变电参数，如电压、电阻、电容或者感应系数。机械式和电子式元件合并形成机电式传感设备或传感器。这样的组合可用来输入能量信号。热的，光的，磁的和化学的相互结合产生的热电式、光电式、电磁式和电化学式传感器。 2 传感器灵敏度

通过校正测量系统获得的被测物理量和传感器输出信号的关系叫做传感器灵敏度K1，也就是K1=输出信号增量/测量增量。实际中，传感器的灵敏度是已知的，并且通过测量输出信号，输入量由下式决定，输入量=输出信号增量/K1。 3 理想传感器的特性

（a）高保真性：传感器输出波形应该真实可靠地再现被测量，并且失真很小。 （b）可测量最小的干扰，任何时候传感器的出现不能改变被测量。 （c）尺寸：传感器必须能正确地放在所需的地方。 （d）被测量和传感器信号之间应该有一个线性关系。

（e）传感器对外部影响的灵敏度应该小，例如压力传感器经常受到外部振动和温度的影响。

（f）传感器的固有频率应该避开被测量的频率和谐波。 传感器可分为以下几类： 1 电传感器

电传感器具有许多理想特性。它们不仅实现远程测量和显示，还能提供高灵敏度。 电传感器可分为两大类。 （a）变参数型，包括： （i）电阻式；

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（ii)电容式； （iii)自感应式； （v)互感应式；

这些传感器的工作依靠外部电压。 （b）自激型，包括： （i）电磁式； （ii）热电式； （iii）光栅式； （iv）压电式。

这些传感器根据测量输入值产生输出电压，而且这一过程是可逆的。比如，在一般情况下，压电式传感器可根据晶体材料的变形产生一个输出电压；但是，如果在材料上施加一个可变电压，传感器可以通过变形或与变电压同频率的振动来体现可逆效应。 2 电阻式传感器

电阻式传感器可以分为两大类：

（i)那些表现为大电阻变化的物理量可通过分压方式进行测量，电位器就属于此类。 （ii）那些表现为小电阻变化的物理量可通过桥电路方式进行测量，这一类包括应变仪和电阻温度计。 3 电容式传感器

电容量随着相对介电常数、截面面积、或者极板间的距离的变化而变化。电容的特征曲线表明，在空间的一段范围内，截面面积和相对介电常数的变化与电容量变化成线性关系。不象电位器，变极距型电容传感器有无限的分辨率，这最适合测量微小的位移增量的位移。 4 电感式传感器

电感可以通过改变电感电路的阻抗来调节。 电容式和电感式传感器的测量技术： （a）用差分式电容或电感作为交流电桥； （b）用交流电位计电路做动态测量；

（c）用直流电路为电容器提供正比于容值变化的电压； （d）采用调频法，C或者L随着振荡电路频率的变化而改变。 电容式和电感式传感器的一些重要特性如下： （i)分辨率无限

（ii）精确到满量程的±0.1% （iii）位移范围从25*10-6m到10-3m

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（iv）上升时间小于50us

典型的被测量是位移、压力、振动量、声音和液位。 5 线性调压器 6 压电式传感器 7 电磁式传感器 8 热电式传感器 9 光电管

10 机械式传感器及敏感元件

在今天的信息时代里，信息产业包括信息采集、传输、处理三部分，即传感技术、通信技术、计算机技术。现代的计算机技术和通信技术由于超大规模集成电路的飞速发展，而已经充分发达后，不仅对传感器的精度、可靠性、响应速度、获取的信息量要求越来越高，还要求其成本低廉且使用方便。显然传统传感器因功能、特性、体积、成本等已难以满足而逐渐被淘汰。世界许多发达国家都在加快对传感器新技术的研究与开发，并且都已取得极大的突破。如今传感器新技术的发展，主要有以下几个方面：

利用物理现象、化学反应、生物效应作为传感器原理，所以研究发现新现象与新效应是传感器技术发展的重要工作，是研究开发新型传感器的基础。日本夏普公司利用超导技术研制成功高温超导磁性传感器，是传感器技术的重大突破，其灵敏度高，仅次于超导量子干涉器件。它的制造工艺远比超导量子干涉器件简单。可用于磁成像技术，有广泛推广价值。

利用抗体和抗原在电极表面上相遇复合时，会引起电极电位的变化，利用这一现象可制出免疫传感器。用这种抗体制成的免疫传感器可对某生物体内是否有这种抗原作检查。如用肝炎病毒抗体可检查某人是否患有肝炎，起到快速、准确作用。美国加州大学巳研制出这类传感器。

传感器材料是传感器技术的重要基础，由于材料科学进步，人们可制造出各种新型传感器。例如用高分子聚合物薄膜制成温度传感器；光导纤维能制成压力、流量、温度、位移等多种传感器；用陶瓷制成压力传感器。高分子聚合物能随周围环境的相对湿度大小成比例地吸附和释放水分子。高分子电介常数小，水分子能提高聚合物的介电常数。将高分子电介质做成电容器，测定电容容量的变化，即可得出相对湿度。利用这个原理制成等离子聚合法聚苯乙烯薄膜温度传感器，其有以下特点：测湿范围宽；温度范围宽，可达-400℃～+1500℃；响应速度快，小于1S；尺寸小，可用于小空间测试；温度系数小。

陶瓷电容式压力传感器是一种无中介液的干式压力传感器。采用先进的陶瓷技术和厚膜电子技术，其技术性能稳定，年漂移量小于0.1%F.S,温漂小于±0.15%/10K,抗过载

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强,可达量程的数百倍。测量范围可从0到60Mpa。德国E+H公司和美国Kahlo公司产品处于领先地位。

光导纤维的应用是传感材料的重大突破，其最早用于光通信技术。在光通信利用中发现当温度、压力、电场、磁场等环境条件变化时，引起光纤传输的光波强度、相位、频率、偏振态等变化，测量光波量的变化，就可知道导致这些光波量变化的温度、压力、电场、磁场等物理量的大小，利用这些原理可研制出光导纤维传感器。光纤传感器与传统传感器相比有许多特点：灵敏度高，结构简单、体积小、耐腐蚀、电绝缘性好、光路可弯曲、便于实现遥测等。光纤传感器日本处于先进水平。如IdecIzumi公司和Suns公司。光纤传感受器与集成光路技术相结合，加速光纤传感器技术的发展。将集成光路器件代替原有光学元件和无源光器件，使光纤传感器有高的带宽、低的信号处理电压，可靠性高，成本低。

半导体技术中的加工方法有氧化、光刻、扩散、沉积、平面电子工艺，各向导性腐蚀及蒸镀，溅射薄膜等，这些都已引进到传感器制造。因而产生了各种新型传感器，如利用半导体技术制造出硅微传感器，利用薄膜工艺制造出快速响应的气敏、湿敏传感器，利用溅射薄膜工艺制压力传感器等。

日本横河公司利用各向导性腐蚀技术进行高精度三维加工，制成全硅谐振式压力传感器。核心部分由感压硅膜片和硅膜片上面制作的两个谐振梁结成，两个谐振梁的频差对应不同的压力，用频率差的方法测压力，可消除环境温度等因素带来的误差。当环境温度变化时，两个谐振梁频率和幅度变化相同，将两个频率差后，其相同变化量就能够相互抵消。其测量最高精度可达0.01%FS。

美国Silicon Microstructure Inc(SMI)公司开发一系列低价位,线性度在0.1%到0.65%范围内的硅微压力传感器,最低满量程为0.15psi(1KPa),其以硅为材料制成,具有独特的三维结构,轻细微机械加工,和多次蚀刻制成惠斯登电桥于硅膜片上,当硅片上方受力时,其产生变形,电阻产生压阻效应而失去电桥平衡,输出与压力成比例的电信号。象这样的硅微传感器是当今传感器发展的前沿技术,其基本特点是敏感元件体积为微米量级,是传统传感器的几十、几百分之一。在工业控制、航空航天领域、生物医学等方面有重要的作用，如飞机上利用可减轻飞机重量，减少能源。另一特点是能敏感微小被测量，可制成血压压力传感器。

中国航空总公司北京测控技术研究所，研制的CYJ系列溅谢膜压力传感器是采用离子溅射工艺加工成金属应变计，它克服了非金属式应变计易受温度影响的不足，具有高稳定性，适用于各种场合，被测介质范围宽，还克服了传统粘贴式带来的精度低、迟滞大、蠕变等缺点，具有精度高、可靠性高、体积小的特点，广泛用于航空、石油、化工、医疗等领域。

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集成传感器的优势是传统传感器无法达到的，它不仅仅是一个简单的传感器，其将辅助电路中的元件与传感元件同时集成在一块芯片上，使之具有校准、补偿、自诊断和网络通信的功能，它可降低成本、增加产量，美国LUCAS、NOVASENSOR公司开发的这种血压传感器，每星期能生产1万只。

智能化传感器是一种带微处理器的传感器，是微型计算机和传感器相结合的成果，它兼有检测、判断和信息处理功能，与传统传感器相比有很多特点：

具有判断和信息处理功能，能对测量值进行修正、误差补偿，因而提高测量精度； 可实现多传感器多参数测量； 有自诊断和自校准功能，提高可靠性； 测量数据可存取，使用方便；

有数据通信接口，能与微型计算机直接通信。

把传感器、信号调节电路、单片机集成在一芯片上形成超大规模集成化的高级智能传感器。美国HONYWELL公司ST-3000型智能传感器，芯片尺寸才有3×4×2mm3，采用半导体工艺，在同一芯片上制成CPU、EPROM、静压、压差、温度等三种敏感元件。

智能化传感器的研究与开发，美国处于领先地位。美国宇航局在开发宇宙飞船时称这种传感器为灵巧传感器（Smart Sensor），在宇宙飞船上这种传感器是非常重要的。我国在这方面的研究与开发还很落后，主要是因为我国半导体集成电路工艺水平有限。

传感器的发展日新月异，特别是80年代人类由高度工业化进入信息时代以来，传感器技术向更新、更高的技术发展。美国、日本等发达国家的传感器技术发展最快，我国由于基础薄弱，传感器技术与这些发达国家相比有较大的差距。因此，我们应该加大对传感器技术研究、开发的投入，使我国传感器技术与外国差距缩短，促进我国仪器仪表工业和自化化技术的发展。

摘自——《传感器技术手册》,Jon Wilson，Newnes

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本文来源：https://www.dywdw.cn/88b0b018598102d276a20029bd64783e08127d50.html