第一篇：熱電式傳感器論文
熱電式傳感器論文
12自動化
李偉強
1241202038
摘要：熱電式傳感器是一種將溫度變化轉化為電量變化的裝置。在各種熱電式傳感器中，以將溫度量轉為電勢和電阻的方法最為普遍。其中最常用于測量溫度的是熱電偶和熱電阻。這兩種熱電式傳感器目前在工業生產中已得到廣泛應用，并且有與其相配套的顯示儀表與記錄儀表。關鍵字：熱電式熱電偶、工作原理、應用
熱電式傳感器定義
熱電式傳感器是將溫度變化轉換為電量變化的裝置。它是利用某些材料或元件的性能隨溫度變化的特性來進行測量的。例如將溫度變化轉換為電阻、熱電動勢、熱膨脹、導磁率等的變化，再通過適當的測量電路達到檢測溫度的目的。把溫度變化轉換為電勢的熱電式傳感器稱為熱電偶；把溫度變化轉換為電阻值的熱電式傳感器稱為熱電阻。工作原理
熱電偶是利用熱電效應制成的溫度傳感器。所謂熱電效應，就是兩種不同材料的導體（或半導體）組成一個閉合回路，當兩接點溫度T和T0不同時，則在該回路中就會產生電動勢的現象。由熱點效應產生的電動勢包括接觸電動勢和溫差電動勢。接觸電動勢是由于兩種不同導體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢。其數值取決于兩種不同導體的材料特性和接觸點的溫度。溫差電動勢是同一導體的兩端因其溫度不同而產生的一種電動勢。其產生的機理為：高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，從高到低溫端的電子數比從低溫端跑到高溫端的要多，結果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因獲得多余的電子而帶負電，在導體兩端便形成溫差電動勢。熱電阻傳感器是利用導體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進行測溫的。熱電阻廣泛用來測量－200～850℃范圍內的溫度，少數情況下，低溫可測量至1K，高溫達1000℃標準鉑電阻溫度計的精確度高，作為復現國際溫標的標準儀器。
熱電傳感器的應用 1.無觸點恒溫控制器
無觸點自動溫控電路如下圖所示。其控溫范圍從室溫到150℃，精度為±0.1℃。測溫用的熱敏電阻RT作為偏置電阻接在T1、T2組成的差分放大器電路內，當溫度變化時，熱敏電阻阻值變化，引起T1集電極電流變化，影響二極管D支路電流，從而使電容C充電電流發生變化，則電容電壓達到單結晶體管BT峰點電壓的時刻發生變化，即單結晶體管的輸出脈沖產生相移，改變了可控硅SCR的導通角，改變了加熱絲的電源電壓，從而達到自動控溫的目的。圖中電位器Rp用以調節不同的設定溫度。
2.室內空氣加熱
室內空氣加熱器PTC熱敏元件由于具有升溫快、能自控、安全節能、組成電路簡單等特點，因而在各種取暖器上到了廣泛的應用。下圖是空氣加熱器的電路結構示意圖，其中PTC元件上有許多小孔，后面裝有散熱用的鼓風機。當接通電源后，PTC元件由于阻值小會有大電流通過而開始加熱，鼓風機同時工作，它吹出的空氣把PTC元件產生的熱量帶向室內空間。由于空氣流速和PTC熱量的自動平衡，出風口的溫度達50～60℃。當鼓風機由于故障原因停止轉動時，PTC元件的阻值會急劇增大，從而限制了電流的通過，溫度便下降到很低，可以避免意外事故的發生。
PTC元件的形狀常用的有方形板狀和圓盤狀兩種。方形板狀的尺寸為70mm×70mm×10mm，在厚度方向上約1800個小孔。圓盤狀的尺寸為￠50×(3.5～7.0)mm。PTC元件的功率為300~1000W
3.自動門控制電路
下圖是自動門控制電路原理圖。人體移動探測采用新型熱釋電紅外線探測模塊HN911。場效應管T1用作延時控制，通過調節電位器RP1便可改變延時控制的時間。光耦合器件MOC3020起交直隔離作用。當無人通過自動門時，HN911輸出端為低電平，T1無控制信號輸出，雙向晶閘管T2關閉，負載機不工作，門處于關閉狀態。當有人行走接近自動門時，HN911模塊檢知到人體紅外能量，輸出端1為高電平輸出，雙向晶閘管導通，負載電機工作，打開自動門。當自動門運行到位時，由限位開關S切斷電源。由于HN911模塊的輸出端2輸出的電平正和1端輸出的電平相反，故可用2端端的輸出信號控制自動門關閉。
4.客房火災報警器
下圖是客房火災報警器原理電路圖。在每個客房中安裝有由TT201溫控晶閘管組成的火災傳感器，在每一路中又都串有發光二極管LED，其總線串接報警電路再與電。為及時了解災情，發光二極管及報警電路均設置在總監控臺。若某一房間發生火災時，房內的環境溫度升高，當環境溫度升高到溫控晶閘管的開啟電壓溫度時，該路的溫控晶閘管導通，相應發光二極管發光顯示，同時，由于溫控晶閘管導通會使總線電流增大，產生報警信號，再經報警電路檢
測處理后，立即發出火災警笛聲響。
5.液位報警器
用集成溫度傳感器的液位報警器的原理電路。它由兩個AD590集成溫度傳感器、運算放大器及報警電路等組成，其中傳感器B2設置在警式液面的位置，傳感器B1設置在外部。正常情況下，兩個傳感器在相同的溫度條件下，調節電位器RP1，使運算放大器輸出為零。當液面升高時，傳感器B2將會被液體淹沒，由于液體溫度與環境溫度的差別，使運算放大 器工作輸出不為零的控制信號，驅動報警電路報警。
小結：
熱電式傳感器是一種將溫度變化轉換為電量變化的裝置。在各種熱電式傳感器中，以將溫度量轉換為電勢值和電阻值的方法最為普遍。如：熱電偶就是將溫度轉換為電勢值的傳感器；金屬熱電阻和半導體熱敏電阻將溫度轉換為電阻值。它們在工業生產中都得到了廣泛的應用。利用半導體PN結的伏安特性與溫度之間的關系，可以制成溫敏二極管、溫敏三極管、溫敏晶閘管以及集成溫度傳感器，它們在窄溫場中也得到了十分廣泛的應用。除此之外，本章還討論了熱釋電紅外傳感器及其應用。學完本章之后，初步掌握熱電偶、金屬熱電阻、半導體熱敏電阻、集成溫度傳感器，熱釋電紅外傳感器的工作原理及應用。
第二篇：第九章熱電式傳感器小論文
熱電式傳感器論文
09電信一班
***1
韓瑩
摘要：熱電式傳感器是一種將溫度變化轉化為電量變化的裝置。在各種熱電式傳感器中，以將溫度量轉換為電勢和電阻的方法最為普遍。其中最常用于測量溫度的是熱電偶和熱電阻。這兩種熱電式傳感器目前在工業生產中已得到廣泛應用，并且有與其相配套的顯示儀表與記錄儀表。
關鍵字：熱電式、熱電偶、工作原理、應用
熱電式傳感器定義
熱電式傳感器是將溫度變化轉換為電量變化的裝置。它是利用某些材料或元件的性能隨溫度變化的特性來進行測量的。例如將溫度變化轉換為電阻、熱電動勢、熱膨脹、導磁率等的變化，再通過適當的測量電路達到檢測溫度的目的。把溫度變化轉換為電勢的熱電式傳感器稱為熱電偶；把溫度變化轉換為電阻值的熱電式傳感器稱為熱電阻。
工作原理
熱電偶是利用熱電效應制成的溫度傳感器。所謂熱電效應，就是兩種不同材料的導體（或半導體）組成一個閉合回路，當兩接點溫度T和T0不同時，則在該回路中就會產生電動勢的現象。由熱點效應產生的電動勢包括接觸電動勢和溫差電動勢。接觸電動勢是由于兩種不同導體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢。其數值取決于兩種不同導體的材料特性和接觸點的溫度。溫差電動勢是同一導體的兩端因其溫度不同而產生的一種電動勢。其產生的機理為：高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，從高溫端跑到低溫端的電子數比從低溫端跑到高溫端的要多，結果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因獲得多余的電子而帶負電，在導體兩端便形成溫差電動勢。熱電阻傳感器是利用導體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進行測溫的。熱電阻廣泛用來測量－200～850℃范圍內的溫度，少數情況下，低溫可測量至1K，高溫達1000℃。標準鉑電阻溫度計的精確度高，作為復現國際溫標的標準儀器。
熱電傳感器的應用
1.無觸點恒溫控制器：無觸點自動溫控電路如圖5-28所示。其控溫范圍從室溫到150℃，精度為±0.1℃。測溫用的熱敏電阻RT作為偏置電阻接在T1、T2組成的差分放大器電路內，當溫度變化時，熱敏電阻阻值變化，引起T1集電極電流變化，影響二極管D支路電流，從而使電容C充電電流發生變化，則電容電壓達到單結晶體管BT峰點電壓的時刻發生變化，即單結晶體管的輸出脈沖產生相移，改變了可控硅SCR的導通角，改變了加熱絲的電源電壓，從而達到自動控溫的目的。圖中電位器Rp用以調節不同的設定溫度。
Rp 220V
RT
T1
T2
D C
加熱絲
BT
220v~ SCR 圖 5-28 無觸點恒溫控制器電路圖
2.室內空氣加熱器
PTC熱敏元件由于具有升溫快、能自控、安全節能、組成電路簡單等特點，因而在各種取暖器上得到了廣泛的應用。圖5-29是空氣加熱器的電路結構示意圖，其中PTC元件上有許多小孔，后面裝有散熱用的鼓風機。當接通電源后，PTC元件由于阻值小會有大電流通過而開始加熱，鼓風機同時工作，它吹出的空氣把PTC元件產
生的熱量帶向室內空間。由于空氣流速和PTC熱量的自動平衡，出風口的溫度達50～60℃。當鼓風機由于故障原因停止轉動時，PTC元件的阻值會急劇增大，從而限制了電流的通過，溫度便下降到很低，可以避免意外事故的發生。
外殼
入氣口
～220V
θ
PTC 鼓風機
PTC元件
PTC元件的形狀常用的有方形板狀和圓盤狀兩種。方形板狀的尺寸為70mm×70mm×10mm，在厚度方向上約1800個小孔。圓盤狀的尺寸為￠50×(3.5～7.0)mm。PTC元件的功率為300～1000W。 3.自動門控制電路
圖5-30是自動門控制電路原理圖。人體移動探測采用新型熱釋電紅外線探測模塊HN911。場效應管T1用作延時控制，通過調節電位器RP1便可改變延時控制的時間。光耦合器件MOC3020起交直隔離作用。當無人通過自動門時，HN911輸出端為低電平，T1無控制信號輸出，雙向晶閘管T2關閉，負載電機不工作，門處于關閉狀態。當有人行走接近自動門時，HN911模塊檢知到人體紅外能量，輸出端1為高電平輸出，雙向晶閘管導通，負 圖5-29 室內空氣加熱器電路及結構示意圖
載電機工作，打開自動門。當自動門運行到位時，由限位開關S切斷電源。由于HN911模塊的輸出端2輸出的電平正和1端輸出的電平相反，故可用2端的輸出信號控制自動門關閉。
+5V RP1 增 益 調 4 3 5
R1
MOC3020 R2
負載 T2
S
～220V HN911 2 6
R2
＋ T1 C1
關門控 制電路
圖5-30 自動門控制電路原理圖
4.客房火災報警器
圖5-31是客房火災報警器原理電路圖。在每個客房中安裝有由TT201溫控晶閘管組成的火災傳感器，在每一路中又都串有發光二極管LED，其總線串接報警電路再與電源相連。為及時了解災情，發光二極管及報警電路均設置在總監控臺。若某一房間發生火災時，房內的環境溫度升高，當環境溫度升高到溫控晶閘管的開啟電壓溫度時，該路的溫控晶閘管導通，相應發光二極管發光顯示，同時，由于溫控晶閘管導通會使總線電流增大，產生報警信號，再經報警電路檢測處理后，立即發出火災警笛聲響。
報警電路
LED TT201 房間1 房間2 房間3 房間4 圖5-31 客房火災報警器電路圖
5.液位報警器
圖5-32是采用集成溫度傳感器的液位報警器的原理電路。它由兩個AD590集成溫度傳感器、運算放大器及報警電路等組成，其中傳感器B2設
置在警式液面的位置，傳感器B1設置在外部。正常情況下，兩個傳感器在相同的溫度條件下，調節電位器RP1，使運算放大器輸出為零。當液面升高時，傳感器B2將會被液體淹沒，由于液體溫度與環境溫度的差別，使運算放大器工作輸出不為零的控制信號，驅動報警電路報警。
＋U
B1 B2 液面 AD
RP1
R1 50M AD590
R2
－ IC
＋ 741 R3
報警
圖 5-32 液位報警器原理圖
小結：
熱電式傳感器是一種將溫度變化轉換為電量變化的裝置。在各種熱電式傳感器中，以將溫度量轉換為電勢值和電阻值的方法最為普遍。如：熱電偶就是將溫度轉換為電勢值的傳感器；金屬熱電阻和半導體熱敏電阻將溫度轉換為電阻值。它們在工業生產中都得到了廣泛的應用。利用半導體PN結的伏安特性與溫度之間的關系，可以制成溫敏二極管、溫敏三極管、溫敏晶閘管以及集成溫度傳感器，它們在窄溫場中也得到了十分廣泛的應用。除此之外，本章還討論了熱釋電紅外傳感器及其應用。學完本章之后，初步掌握熱電偶、金屬熱電阻、半導體熱敏電阻、集成溫度傳感器，熱釋電紅外傳感器的工作原理及應用。 參考文獻：
[1] 《傳感器原理設計與應用》 國防科技大學出版社 劉迎春、葉湘濱編著
[2] 《傳感技術》 科學技術文獻出版社 李春茂編著
第三篇：傳感器設計論文
傳感器 課 程 論 文
課程名稱：論文題目：學 院：系 別：專 業：學 號：學生姓名：指導教師：日 期： 傳感器技術 溫度的傳感器設計
合肥通用職業技術學院
機械工程系
機電一體化 機電1301 11130156 張印
邢老師 2015 年 1 月 4日
第 一 頁
傳感器的應用、發展前景及其目前的發展趨勢
近年來，國內外溫度傳感器研發領域取得了很大的進步。溫度傳感器正從結構復雜、功能簡單向集成化、智能化、多參數檢測的方向迅速發展，為開發新一代溫濕度測控系統創造了有利條件，也將溫度測量技術提高到新的水平。國內數字溫度儀測量溫濕度采用的主要方法有:“溫—阻”法,即采用電阻型的溫度傳感器,利用其阻值隨溫度的變化測量空氣的溫度。受傳感器靈敏度的限制,這類溫濕度儀的精度不是很高,一般條件下還可以滿足需要,但是在環境實驗設備等對精度要求較高的場合就難以滿足要求了。
隨著信息產業的發展及工業化的進步,溫度不僅僅表現在以上幾個方面直接或間接影響著人類基本生活條件, 還表現在對工生物制品、醫藥衛生、科學研究、國防建設等方面的影響。針對以上情況，研制可靠且實用的溫度控制器顯得非常重要。常用溫度傳感器的非線性輸出及一致性較差，使溫度的測量方法和手段相對較復雜，且給電路的調試帶來很大的困難。傳統的溫度測量多采用模擬小信號傳感器，不僅信號調理電路復雜，且溫度值的標定過程也極其復雜，并需要使用昂貴的標定儀器設備。因此對于溫濕度控制器的設計有著很大的現實生產意義。
隨著光學技術在傳感器領域的應用，出現了開關式溫度測量器、輻射式溫度測量器等溫度測量器，使得溫度測量精度和范圍都有較大的提高，其中應用激光技術測溫打破了傳統的近距測溫，可以針對遠程溫度測量[4-5]。
隨著電子技術和自動化的發展，研究開發出數字式集成溫度傳感器。這種傳感器是將溫度和數字電路集成在一起，內部包含了溫度傳感器、A/D轉換器、信號處理器、接口電路等，有的還有單片機的中央處理器、隨即存取存儲器和只讀存儲器集成在一起，成功的實現了溫度傳感器的數字化結構。數字式溫度傳感器的采集精度高、測試的可靠性高、又很強的抗干擾能力，這些都是模擬式溫度傳感器不能達到的，由于引入了數字式的溫度反饋，有效地改善了比較器的失調和零點漂移對溫度精度的影響。目前，數字溫度傳感器已經結合了總線技術、等接口和主機進行通信，這種數字化、集成化的傳感器是將溫度傳感器的一個新的發展方向。
溫度傳感器的工作原理
熱敏電阻溫度測量傳感器所采用的材料為鉑金，該傳感器應用了激光調阻和濺射成膜等技術制作形成的。選用鉑電阻的原因是因為其電阻值可以隨著溫度的變化而近似線性的變化，且具有良好的溫度重現性和良好的測試穩定性。
本文設計所使用的是鉑膜溫度傳感器，該傳感器零度時的阻值為1000Ω，該電阻的變化率為0.3851Ω/℃，在測量中薄膜鉑電阻具有體積小，響應快，壽命長，測溫范圍寬，在氧化介質中性能穩定，線性度及精確度高等優點，很適合在便攜式測量儀中使用。
由于熱電阻隨溫度變化而引起電阻的變化值較小，如鉑電阻 Pt1000 在零溫度時的阻值
R0=1000，因此，在傳感器與測量儀器之間的引線過長會引起較大的測量誤差，在實際應用時，通常是熱電阻與儀器或放大器采用兩線或四線制的接線方式。兩線制的引線電阻：鉑電阻不超過 R0的 0.1%，銅電阻不超過 R0的 0.2%。采用四線制可消除連線過長而引起的誤差。
第 二 頁
電橋輸出電壓 V0為
V0=I /2×2R(Rt-Rr)/(2R+Rt+Rr)當 R>>Rt、Rr時，V0=I /(Rt-Rr)其中
Rr為溫漂很小的鉑電阻 Rt為可變電阻 R 為固定電阻
I 為恒流源提供的電流 V0為輸出電壓。
傳感器的動態特性
根據本文的設計，圖1-1為所測得在0℃～ 100℃溫度范圍內鉑電阻的阻值和溫度的關系曲線。并且該圖為傳感器的動態特性。
圖1-1鉑電阻與溫度關系曲線
由圖1-1可以看出，隨著溫度升高鉑電阻的的組織也隨之升高，曲線呈近似線性變化。
傳感器的靜態特性
溫度傳感器探頭采用的材料為鉑金，應用激光調阻和濺射成膜等工藝技術制成。鉑電阻的阻值能夠隨著溫度的變化而近似線性變化，具有良好的溫度重現性和測試穩定性。本文采用的是溫度傳感器探頭如圖1-2所示。
第 三 頁
圖1-2溫度傳感器探頭圖
常用的鉑膜溫度傳感器
圖1-3 溫度傳感器探頭圖
第 四 頁
鉑膜溫度傳感器技術指標
鉑膜溫度傳感器的技術指標見下表 1.鉑電阻的技術指標
2.熱響應時間
在溫度出現階躍變化時，鉑電阻的輸出變化至量程變化50%所需要的時間成為熱響應時間，用T0.5表示。
3.鉑電阻絕緣電阻
常溫絕緣電阻的試驗電壓可取直流 10～100V 任意值，環境溫度在15～35℃范圍內，相對濕度應不大于 80%，常溫絕緣電阻值應大于 100M。
4.鉑電阻允許通過電流
通過鉑電阻的測量電流最大不應超過 1mA。5.公稱壓力
一般是指在長溫下，保護管所能承受的不至于破裂的靜態外壓，承壓數值的大小同保護管的材料，直徑，壁厚，焊接強度等密切相關。
溫度傳感器是指檢測外界溫度的傳感器，它將所測環境中的溫度信號轉換為便于處理，顯示，記錄的電（頻率）信號等，在很多領域都有普遍的應用。
溫度傳感器從使用角度大致可分為接觸式和非接觸式兩大類。前者是讓溫度傳感器直接與待測物體接觸，來檢測被測物體溫度的變化，而后者是使溫度傳感器與待測物體離開一定的距離。檢測從待測物體放射出的紅外線，從而達到測溫的目的。在接觸式和非接觸式兩大類溫度傳感器中，相比之下運用較多的是接觸式傳感器，非接觸式傳感器一般在比較特殊的場合才使用。它是利用轉換元件電磁參數隨溫度變化的特性，對溫度和與溫度有關的參量進行檢測的裝置，其中將溫度變化轉換為電阻變化的稱熱電阻傳感器，金屬熱電阻式傳感器簡稱熱電阻，半導體熱電阻式傳感器簡稱熱敏電阻，將溫度變化轉換為電動勢變化的稱為熱電偶傳感器。
溫度檢測采用的最基本的是熱電偶式和熱敏電阻式。熱電偶式應用廣泛，價格便宜而且耐用，種類多，能夠覆蓋非常寬的溫度范圍，最高溫度可達到2000℃。所以本文設計選擇熱敏電阻，該傳感器主要隨溫度的變化阻值發生變化，主要測量范圍為-200℃～ 500℃溫度范圍內測量。其溫度系數大而且穩定，反應速度快，工藝價格低，測溫環境穩定。
第 五 頁
傳感器的內部結構
在傳感器中間沉積了過渡層氧化鎳,同時為了提高鉑薄膜的焊接連接特性,在鎳薄膜上面又沉積了銅薄膜作為導線層,最后在最外層沉積了三氧化二鋁薄膜作為保護膜,起到絕緣保護的作用,其膜系結構設計如圖所示：
由于三氧化二鋁的絕緣特性和高硬度、高穩定性等特點,可以避免傳感器層和銅導線層的氧化,同時也可以保證傳感器的耐腐蝕和耐沖擊,從而保證傳感器長期穩定地工作。
設計小結
利用鉑薄膜的溫度電阻特性以及磁控濺射鍍膜技術設計并制備了薄膜熱阻型溫度傳感器,得到的薄膜傳感器在-200到600攝氏度之間有極高的線性度和穩定性,并且通過對不同工藝參數的分析得到了最佳的制備鉑薄膜的工藝參數:工作壓強0.6 Pa,靶基距60 mm,電源功率120 W。通過對退火溫度的對比分析得到了鉑薄膜最佳的退火溫度為400℃,退火時間為2 h,這些都為制備更為穩定精度更高的鉑薄膜溫度傳感器奠定了良好的基礎。
第 六 頁
第四篇：機器人傳感器論文
機器人技術基礎論文
學校: 班級： 學生：
機器人傳感器
摘要：
機器人的控制系統相當于人類大腦，執行機構相當于人類四肢，傳感器相當于人類的五官。因此，要讓機器人像人一樣接收和處理外界信息，機器人傳感器技術是機器人智能化的重要體現。Abstract：
Robot control system is equivalent to the human brain, actuators equivalent to human limbs, sensor is equivalent to the human facial features.Therefore, to make robots like people receive and process information from outside, robot sensor technology is the important embodiment of intelligent robots.關鍵詞：機器人 傳感器 內部 外部
正文：
傳感器是機器人完成感覺的必要手段，通過傳感器的感覺作用，將機器人自身的相關特性或相關物體的特性轉化為機器人執行某項功能時所需要的信息。根據傳感器在機器人上應用的目的和使用范圍不同，可分為內部傳感器和外部傳感器。
內部傳感器用于檢測機器人自身狀態（如手臂間角度、機器人運動工程中的位置、速度和加速度等）；外部傳感器用于檢測機器人所處的外部環境和對象狀況等，如抓取對象的形狀、空間位置、有沒有障礙、物體是否滑落等。
機器人用內、外傳感器分類
傳感器 位置 速度 加速度 檢測內容 位置、角度 速度 加速度 接觸 把握力 荷重
觸覺 分布壓力 多元力 力矩 滑動 接近
接近覺 間隔 傾斜平面位置
視覺 距離 形狀 缺陷
聽覺 嗅覺 味覺 聲音 超聲波 氣體成分 味道
檢測器件
電位器、直線感應同步器 角度式電位器、光電編碼器 測速發電機、增量式碼盤 壓電式加速度傳感器 壓阻式加速度傳感器 限制開關
應變計、半導體感壓元件 彈簧變位測量器
導電橡膠、感壓高分子材料 應變計、半導體感壓元件 壓阻元件、馬達電流計 光學旋轉檢測器、光纖
應用
位置移動檢測 角度變化檢測 速度檢測 加速度檢測 動作順序控制 把握力控制
張力控制、指壓控制 姿勢、形狀判別 裝配力控制 協調控制 滑動判定、力控制
光電開關、LED、紅外、激光 動作順序控制 光電晶體管、光電二極管 電磁線圈、超聲波傳感器 攝像機、位置傳感器 測距儀 線圖像傳感器 畫圖像傳感器 麥克風 超聲波傳感器
氣體傳感器、射線傳感器 離子敏感器、PH計
障礙物躲避
軌跡移動控制、探索 位置決定、控制 移動控制 物體識別、判別 檢查，異常檢測 語言控制（人機接口）導航 化學成分探測
機器人傳感器的要求和選擇
機器人傳感器的選擇取決于機器人工作需要和應用特點，對機器人感覺系統的要求時選擇傳感器的基本依據。機器人傳感器的選擇的一般要求：
? 精度高、重復性好； ? 穩定性和可靠性好； ? 抗干擾能力強；
? 重量輕、體積小、安裝方便。
內部傳感器
位移傳感器
按照位移的特征，可分為線位移和角位移。
線位移是指機構沿著某一條直線運動的距離，角位移是指機構沿某一定點轉動的角度。（1）電位器式位移傳感器
電位器式位移傳感器由一個線繞電阻（或薄膜電阻）和一個滑動觸點組成。其中滑動觸點通過機械裝置受被檢測量的控制。當被檢測的位置量發生變化時，滑動觸點也發生位移，從而改變了滑動觸點與電位器各端之間的電阻值和輸出電壓值，根據這種輸出電壓值的變化，可以檢測出機器人各關節的位置和位移量。（2）直線型感應同步器
直線感應同步器的組成是由定尺和滑尺組成。定尺和滑尺間保證與一定的間隙，一般為0.25mm左右。在定尺上用銅箔制成單項均勻分布的平面連續繞組，滑尺上用銅箔制成平面分段繞組。繞組和基板之間有一厚度為0.1mm的絕緣層，在繞組的外面也有一層絕緣層，為了防止靜電感應，在滑尺的外邊還粘貼一層鋁箔。定尺固定在設備上不動，滑尺則可以再定尺表面來回移動。（3）圓形感應同步器
圓形感應同步器主要用于測量角位移。它由釘子和轉子兩部分組成。在轉子上分布著連續繞組，繞組的導片是沿圓周的徑向分布的。在定子上分布著兩相扇形分段繞組。定子和轉子的截面構造與直線型同步器是一樣的，為了防止靜電感應，在轉子繞組的表面粘貼一層鋁箔 絕對速度傳感器
絕對速度傳感器，圖4-11為國產CD-1型絕對速度傳感器的結構圖。途中磁鋼6借鋁架5固定在殼體4內，并通過殼體形成磁回路。線圈2和阻尼環3安裝在芯桿2上，芯桿用彈簧1和8支承在殼體內，構成傳感器的活動部分。當傳感器的殼體與振動物體一起振動時，如振動的頻率較高，由于芯桿組件的質量很大，故產生的慣性力也大，可以阻止芯桿隨殼體一起運動。當振動頻率高到一定程度時，可以認為芯桿組件基本不動，只是殼體隨被測物體振動。這時，線圈以物體的振動速度切割磁力線而在線圈兩端產生感應電壓。并且線圈輸出的電壓與線圈相對可替代運動速度成正比。當振動速度高到一定程度時，線圈與殼體的相對速度就是被測振動物體的絕對速度。加速度傳感器
電動式速度傳感器的結構它由軛鐵。永久磁鐵、線圈及支承彈簧所組成。由電磁感應定律可知，穿過線圈的磁通量隨時間變化時，在線圈兩端將產生與磁通量中減少速率成正比的電壓U，可表示為：
U??d? dt如果線圈沿著與磁場垂直的方向運動，在線圈中便可產生與線圈速度成正比的感應電壓，通過測量電路測得其電壓的大小，便可得出速度的大小。壓電式加速度傳感器
它也稱為壓電式加速度計，他是利用壓電效應制成的一種加速度傳感器。常見的結構形式有基于壓電元件厚度變形的壓縮式加速度傳感器、基于壓電元件剪切變形的剪切式和復合型加速度傳感器。
機器人外部傳感器
力或力矩傳感器
機器人在工作時，需要有合理的握力，握力太小或太大都不合適。力或力矩傳感器的種類很多，有電阻應變片式、壓電式、電容式、電感式以及各種外力傳感器。力或力矩傳感器通過彈性敏感元件將被測力或力矩轉換成某種位移量或變形量，然后通過各自的敏感介質把位移量或變形量轉換成能夠輸出的電量。機器人常用的力傳感器分以下三類。i.裝在關節驅動器上的力傳感器，稱為關節傳感器。它測量驅動器本身的輸出力和力矩。用于控制中力的反饋。ii.裝在末端執行器和機器人最有一個關節之間的力傳感器，稱為腕力傳感器。它直接測出作用在末端執行器上的力和力矩。
裝在機器人手爪指（關節）上的力傳感器，稱為指力傳感器，它用來測量夾持物體時的受力情況。觸覺傳感器 人的觸覺包括接觸覺、壓覺、力覺、冷熱覺、滑動覺、痛覺等。在機器人中，使用觸覺傳感器主要有三方面的作用： i.使操作動作使用，如感知手指同對象物之間的作用力，便可判定動作是否適當，還可以用這種力作為反饋信號，通過調整，使給定的作業程序實現靈活的動作控制。這一作用是視覺無法代替的。ii.識別操作對象的屬性，如規格、質量、硬度等，有時可以代替視覺進行一定程度的形狀識別，在視覺無法使用的場合尤為重要。iii.用以躲避危險、障礙物等以防事故，相當于人的痛覺。
接近覺傳感器
接近覺是指機器人能感覺到距離幾毫米到十幾厘米遠的對象物或障礙物，能檢測出物體的距離、相對傾角或對象物表面的性質。這就是非接觸式感覺。滑覺傳感器
機器人要抓住屬性未知的物體時，必須確定自己最適當的握力目標值，因此需檢測出握力不夠時所產生的物體滑動。利用這一信號，在不損壞物體的情況下，牢牢抓住物體。為此目地設計的滑動檢測器，叫做滑覺傳感器。視覺傳感器
每個人都能體會到，眼睛對人來說多么重要。有研究表明，視覺獲得的信息占人對外界感知信息的80%。人類視覺細胞數量的數量級大約為106，時聽覺細胞的300多倍，時皮膚感覺細胞的100多倍。人工視覺系統可以分為圖像輸入（獲取）、圖像處理、圖像理解、圖像存儲和圖像輸出幾個部分，實際系統可以根據需要選擇其中的若干部件。聽覺傳感器
智能機器人在為人類服務的時候，需要能聽懂主人的吩咐，需要給機器人安裝耳朵，首先分析人耳的構造。
聲音是由不同頻率的機械振動波組成，外界聲音使外耳鼓產生振動，中耳將這種振動放大、壓縮和限幅、并抑制噪聲。經過處理的聲音傳送到中耳的聽小骨，再通過卵圓窗傳到內耳耳蝸，由柯蒂氏器、神經纖維進入大腦。內耳耳蝸充滿液體，其中有30000各長度不同的纖維組成的基底膜，它是一個共鳴器。長度不同的纖維能聽到不同頻率的聲音，因此內耳相當于一個聲音分析器。智能機器人的耳朵首先要具有接受聲音信號的器官，其次還需要語音識別系統。
在機器人中常用的聲音傳感器主要有動圈式傳感器和光纖聲傳感器。味覺傳感器
味覺是指酸、咸、甜、苦、鮮等人類味覺器官的感覺。酸味是由氫離子引起的。比如鹽酸、氨基酸、檸檬酸；咸味主要是由NaCl引起的；甜味主要由蔗糖、葡萄糖等引起的，苦味是由奎寧、咖啡因等引起的；鮮味是由海藻中的谷氨酸鈉、魚和肉中的肌酐酸二鈉、蘑菇中的鳥苷酸二鈉等引起的。在人類的味覺系統中，舌頭表面味蕾上的味覺細胞的生物膜可以感受味覺。味覺物質被轉換為電信號，經神經纖維傳至大腦。味覺傳感器與傳統的、只檢測某種特殊的化學物質的化學傳感器不同。目前某些傳感器可以實現對味覺的敏感，如PH計可以用于酸度檢測、導電計可用于堿度檢測、比重計或屈光度計可用于甜度檢測等。但這些傳感器智能檢測味覺溶液的某些物理、化學特性，并不能模擬實際的生物味覺敏感功能，測量的物理值要受到非味覺物質的影響。此外，這些物理特性還不能反應各味覺之間的關系，如抑制效應等。
實現味覺傳感器的一種有效方法是使用類似于生物系統的材料做傳感器的敏感膜，電子舌是用類脂膜作為味覺傳感器，能夠以類似人的味覺感受方式檢測味覺物質。從不同的機理看，味覺傳感器大致分為多通道類脂膜技術、基于表面等離子體共振技術、表面光伏電壓技術等，味覺模式識別是由最初神經網絡模式發展到混沌識別。混沌是一種遵循一定非線性規律的隨機運動，它對初始條件敏感，混沌識別具有很高的靈敏度，因此應用越來越廣。目前較典型的電子舌系統有新型味覺傳感器芯片和SH—SAW味覺傳感器。
總結：
傳感器對于機器人有著至關重要的作用，通過對各種機器人傳感器的學習和了解，我對機器人各種傳感器有了一個新的認識，使我獲益匪淺，為我以后這方面的學習打下了堅定的基礎。
參考文獻：（1）《機器人技術基礎》，劉極峰
（2）《機器人傳感器及其應用》，高國富，謝少榮（3）《傳感器及其應用》，謝文和
第五篇：2011基于18B20溫度傳感器論文
基于單片機18B20的溫度計設計
摘要：文章主要介紹有關18B20溫度傳感器的應用及有關注意事項，經典接線原理圖。1.引言：
溫度傳感器的種類眾多，在應用與高精度、高可靠性的場合時DALLAS（達拉斯）公司生產的DS18B20溫度傳感器當仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強，精度高，附加功能強，使得DS18B20更受歡迎。對于我們普通的電子愛好者來說，DS18B20的優勢更是我們學習單片機技術和開發溫度相關的小產品的不二選擇。了解其工作原理和應用可以拓寬您對單片機開發的思路。
2.DS18B20的主要特征： ? * 全數字溫度轉換及輸出。? * 先進的單總線數據通信。? * 最高12位分辨率，精度可達土0.5攝氏度。? * 12位分辨率時的最大工作周期為750毫秒。? * 可選擇寄生工作方式。? * 檢測溫度范圍為–55°C ~+125°C(–67°F ~+257°F)? * 內置EEPROM，限溫報警功能。? * 64位光刻ROM，內置產品序列號，方便多機掛接。? * 多樣封裝形式，適應不同硬件系統。3.DS18B20引腳功能：
?GND 電壓地 ?DQ 單數據總線 ?VDD 電源電壓
4.DS18B20工作原理及應用：
DS18B20的溫度檢測與數字數據輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數據處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解18B20的內部存儲器資源。18B20共有三種形態的存儲器資源，它們分別是：
ROM 只讀存儲器，用于存放DS18B20ID編碼，其前8位是單線系列編碼（DS18B20的編碼是19H），后面48位是芯片唯一的序列號，最后8位是以上56的位的CRC碼（冗余校驗）。數據在出產時設置不由用戶更改。DS18B20共64位ROM。
5.控制器對18B20操作流程：
1、復位：首先我們必須對DS18B20芯片進行復位，復位就是由控制器（單片機）給DS18B20單總線至少480uS的低電平信號。當18B20接到此復位信號后則會在15~60uS后回發一個芯片的存在脈沖。
2、存在脈沖：在復位電平結束之后，控制器應該將數據單總線拉高，以便于在15~60uS后接收存在脈沖，存在脈沖為一個60~240uS的低電平信號。至此，通信雙方已經達成了基本的協議，接下來將會是控制器與18B20間的數據通信。如果復位低電平的時間不足或是單總線的電路斷路都不會接到存在脈沖，在設計時要注意意外情況的處理。
3、控制器發送ROM指令：雙方打完了招呼之后最要將進行交流了，ROM指令共有5條，每一個工作周期只能發一條，ROM指令分別是讀ROM數據、指
定匹配芯片、跳躍ROM、芯片搜索、報警芯片搜索。ROM指令為8位長度，功能是對片內的64位光刻ROM進行操作。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接的多個器件并作處理。誠然，單總線上可以同時掛接多個器件，并通過每個器件上所獨有的ID號來區別，一般只掛接單個18B20芯片時可以跳過ROM指令（注意：此處指的跳過ROM指令并非不發送ROM指令，而是用特有的一條“跳過指令”）。ROM指令在下文有詳細的介紹。
4、控制器發送存儲器操作指令：在ROM指令發送給18B20之后，緊接著（不間斷）就是發送存儲器操作指令了。操作指令同樣為8位，共6條，存儲器操作指令分別是寫RAM數據、讀RAM數據、將RAM數據復制到EEPROM、溫度轉換、將EEPROM中的報警值復制到RAM、工作方式切換。存儲器操作指令的功能是命令18B20作什么樣的工作，是芯片控制的關鍵。
5、執行或數據讀寫：一個存儲器操作指令結束后則將進行指令執行或數據的讀寫，這個操作要視存儲器操作指令而定。如執行溫度轉換指令則控制器（單片機）必須等待18B20執行其指令，一般轉換時間為500uS。如執行數據讀寫指令則需要嚴格遵循18B20的讀寫時序來操作。數據的讀寫方法將有下文有詳細介紹。6.DS28B20芯片ROM指令表
Read ROM（讀ROM）[33H]（方括號中的為16進制的命令字）Match ROM（指定匹配芯片）[55H] Skip ROM（跳躍ROM指令）[CCH] Search ROM（搜索芯片）[F0H] Alarm Search（報警芯片搜索）[ECH] 7.DS28B20芯片存儲器操作指令表：
Write Scratchpad（向RAM中寫數據）[4EH] Read Scratchpad（從RAM中讀數據）[BEH] Copy Scratchpad（將RAM數據復制到EEPROM中）[48H] Convert T（溫度轉換）[44H] Recall EEPROM（將EEPROM中的報警值復制到RAM）[B8H] Read Power Supply（工作方式切換）[B4H] 8.寫程序注意事項
DS18B20復位及應答關系
每一次通信之前必須進行復位，復位的時間、等待時間、回應時間應嚴格按時序編程。
DS18B20讀寫時間隙：
DS18B20的數據讀寫是通過時間隙處理位和命令字來確認信息交換的。寫時間隙：
寫時間隙分為寫“0”和寫“1”，時序如圖7。在寫數據時間隙的前15uS總線需要是被控制器拉置低電平，而后則將是芯片對總線數據的采樣時間，采樣時間在15~60uS，采樣時間內如果控制器將總線拉高則表示寫“1”，如果控制器將總線拉低則表示寫“0”。每一位的發送都應該有一個至少15uS的低電平起始位，隨后的數據“0”或“1”應該在45uS內完成。整個位的發送時間應該保持在60~120uS，否則不能保證通信的正常。讀時間隙：
讀時間隙時控制時的采樣時間應該更加的精確才行，讀時間隙時也是必須先由主機產生至少1uS的低電平，表示讀時間的起始。隨后在總線被釋放后的15uS
中DS18B20會發送內部數據位，這時控制如果發現總線為高電平表示讀出“1”，如果總線為低電平則表示讀出數據“0”。每一位的讀取之前都由控制器加一個起始信號。注意：必須在讀間隙開始的15uS內讀取數據位才可以保證通信的正確。在通信時是以8位“0”或“1”為一個字節，字節的讀或寫是從高位開始的，即A7到A0.字節的讀寫順序也是如圖2自上而下的。
9.接線原理圖：
本原理圖采用四位數碼管顯示，低于100度時，首位不顯示示例27.5，低于10度時示例為9.0，低于零度時示例為-3.7。
結束語：基于DS18B20溫度測量溫度準確，接線簡單，易于控制，加以擴展可以應用到各種溫度控制和監控場合。
參考文獻：
DALLAS（達拉斯）公司生產的DS18B20溫度傳感器文獻
程序：
#include
#define uchar unsigned char #define uint unsigned int
sbit sda=P1^7;sbit dian=P0^7;//小數點顯示 uint tem;
uchar h;uchar code tabw[4]={0xf7,0xfb,0xfd,0xfe};//位選 uchar code tabs[12]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff,0xbf};//數碼管數據
//
0 5 6 9
空
-uchar code ditab[16]= {0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};//查表顯示小數位，1/16=0.0625,即當讀出數據為3時，3*0.0625=0.1875，讀出數據為3時對應1，查表顯示1，為4時顯2 uchar data temp[2]={0};//高位數據與低位數據暫存 uchar data display[5]={0};//顯示緩存
void delay(uchar t)//t為1時延時小于5us { while(t--);} void delay1()//4us {} void delays(uchar m)//1ms { uchar i,j;for(i=0;i for(j=0;j<110;j++);} void reset()//初始化 { uchar x=1;while(x){ while(x) { sda=1; sda=0; delay(50);//延時500us以上 sda=1; delay(5);//等待15us-60us x=sda; } delay(45); x=~sda;} sda=1;} void write_s(uchar temp)//寫入一個字節 { uchar i;for(i=0;i<8;i++){ sda=1; sda=0; delay1(); sda=temp&0x01; delay(6); temp=temp/2;} sda=1;delay(1);} uchar read_s()//讀出一個字節的數據 { uchar m=0,i;for(i=0;i<8;i++){ sda=1; m>>=1; sda=0; delay1(); sda=1; delay1(); if(sda) m=m|0x80; delay(6);} sda=1;return m;} uint read_1820()//讀出溫度 { reset();delay(200);write_s(0xcc);//發送命令 write_s(0x44);//發送轉換命令 reset();delay(1);write_s(0xcc); write_s(0xbe);temp[0]=read_s();temp[1]=read_s();tem=temp[1];tem<<=8;tem|=temp[0];return tem;} void scan_led()//數據顯示—數碼管 { uchar i;for(i=0;i<4;i++){ P0=tabs[display[i]]; P1=tabw[i]; delays(7); if(i==1) dian=0; P1=tabw[i]; delays(2);} } void convert_t(uint tem)//溫度轉換{ uchar n=0;if(tem>6348){ tem=65536-tem; n=1;} display[4]=tem&0x0f;display[0]=ditab[display[4]]; display[4]=tem>>4; display[3]=display[4]/100; display[1]=display[4]%100; display[2]=display[1]/10; display[1]=display[1]%10;if(!display[3]){ display[3]=0x0a;} if(!display[2]) display[2]=0x0a;if(n) // 取百位數據暫存 // 取后兩位數據暫存// 取十位數據暫存 { n=0; display[3]=0x0b;} } void main(){ delay(0);delay(0);delay(0);P0=0xff;P1=0xff;for(h=0;h<4;h++)//初始化為零 { display[h]=0;} reset();write_s(0xcc);write_s(0x44);for(h=0;h<100;h++)//顯示0保持 scan_led();while(1){ convert_t(read_1820());//讀出并處理 scan_led();//顯示溫度 } }
點擊咨詢 