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篇1

關(guān)鍵詞：生物傳感器；發(fā)酵工業(yè)；環(huán)境監(jiān)測(cè)。

中圖分類(lèi)號(hào)：TP212.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-883X(2002)10-0001-06

一、引言

從1962年，Clark和Lyons最先提出生物傳感器的設(shè)想距今已有40年。生物傳感器在發(fā)酵工藝、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品工程、臨床醫(yī)學(xué)、軍事及軍事醫(yī)學(xué)等方面得到了深度重視和廣泛應(yīng)用。在最初15年里，生物傳感器主要是以研制酶電極制作的生物傳感器為主，但是由于酶的價(jià)格昂貴并不夠穩(wěn)定，因此以酶作為敏感材料的傳感器，其應(yīng)用受到一定的限制。

近些年來(lái)，微生物固定化技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)生了微生物電極。微生物電極以微生物活體作為分子識(shí)別元件，與酶電極相比有其獨(dú)到之處。它可以克服價(jià)格昂貴、提取困難及不穩(wěn)定等弱點(diǎn)。此外，還可以同時(shí)利用微生物體內(nèi)的輔酶處理復(fù)雜反應(yīng)。而目前，光纖生物傳感器的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。而且隨著聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)（PCR）的發(fā)展，應(yīng)

用PCR的DNA生物傳感器也越來(lái)越多。

二、研究現(xiàn)狀及主要應(yīng)用領(lǐng)域

1、發(fā)酵工業(yè)

各種生物傳感器中，微生物傳感器最適合發(fā)酵工業(yè)的測(cè)定。因?yàn)榘l(fā)酵過(guò)程中常存在對(duì)酶的干擾物質(zhì)，并且發(fā)酵液往往不是清澈透明的，不適用于光譜等方法測(cè)定。而應(yīng)用微生物傳感器則極有可能消除干擾，并且不受發(fā)酵液混濁程度的限制。同時(shí)，由于發(fā)酵工業(yè)是大規(guī)模的生產(chǎn)，微生物傳感器其成本低設(shè)備簡(jiǎn)單的特點(diǎn)使其具有極大的優(yōu)勢(shì)。

(1).原材料及代謝產(chǎn)物的測(cè)定

微生物傳感器可用于原材料如糖蜜、乙酸等的測(cè)定，代謝產(chǎn)物如頭孢霉素、谷氨酸、甲酸、甲烷、醇類(lèi)、青霉素、乳酸等的測(cè)定。測(cè)量的原理基本上都是用適合的微生物電極與氧電極組成，利用微生物的同化作用耗氧，通過(guò)測(cè)量氧電極電流的變化量來(lái)測(cè)量氧氣的減少量，從而達(dá)到測(cè)量底物濃度的目的。

在各種原材料中葡萄糖的測(cè)定對(duì)過(guò)程控制尤其重要，用熒光假單胞菌（Psoudomonasfluorescens）代謝消耗葡萄糖的作用，通過(guò)氧電極進(jìn)行檢測(cè)，可以估計(jì)葡萄糖的濃度。這種微生物電極和葡萄糖酶電極型相比，測(cè)定結(jié)果是類(lèi)似的，而微生物電極靈敏度高，重復(fù)實(shí)用性好，而且不必使用昂貴的葡萄糖酶。

當(dāng)乙酸用作碳源進(jìn)行微生物培養(yǎng)時(shí)，乙酸含量高于某一濃度會(huì)抑制微生物的生長(zhǎng)，因此需要在線(xiàn)測(cè)定。用固定化酵母（Trichosporonbrassicae），透氣膜和氧電極組成的微生物傳感器可以測(cè)定乙酸的濃度。

此外，還有用大腸桿菌（E.coli）組合二氧化碳?xì)饷綦姌O，可以構(gòu)成測(cè)定谷氨酸的微生物傳感器，將檸檬酸桿菌完整細(xì)胞固定化在膠原蛋白膜內(nèi)，由細(xì)菌—膠原蛋白膜反應(yīng)器和組合式玻璃電極構(gòu)成的微生物傳感器可應(yīng)用于發(fā)酵液中頭孢酶素的測(cè)定等等。

(2).微生物細(xì)胞總數(shù)的測(cè)定

在發(fā)酵控制方面，一直需要直接測(cè)定細(xì)胞數(shù)目的簡(jiǎn)單而連續(xù)的方法。人們發(fā)現(xiàn)在陽(yáng)極表面，細(xì)菌可以直接被氧化并產(chǎn)生電流。這種電化學(xué)系統(tǒng)已應(yīng)用于細(xì)胞數(shù)目的測(cè)定，其結(jié)果與傳統(tǒng)的菌斑計(jì)數(shù)法測(cè)細(xì)胞數(shù)是相同的[1]。

(3).代謝試驗(yàn)的鑒定

傳統(tǒng)的微生物代謝類(lèi)型的鑒定都是根據(jù)微生物在某種培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)情況進(jìn)行的。這些實(shí)驗(yàn)方法需要較長(zhǎng)的培養(yǎng)時(shí)間和專(zhuān)門(mén)的技術(shù)。微生物對(duì)底物的同化作用可以通過(guò)其呼吸活性進(jìn)行測(cè)定。用氧電極可以直接測(cè)量微生物的呼吸活性。因此，可以用微生物傳感器來(lái)測(cè)定微生物的代謝特征。這個(gè)系統(tǒng)已用于微生物的簡(jiǎn)單鑒定、微生物培養(yǎng)基的選擇、微生物酶活性的測(cè)定、廢水中可被生物降解的物質(zhì)估計(jì)、用于廢水處理的微生物選擇、活性污泥的同化作用試驗(yàn)、生物降解物的確定、微生物的保存方法選擇等[2]。

2、環(huán)境監(jiān)測(cè)

(1).生化需氧量的測(cè)定

生化需氧量（biochemicaloxygendemand–BOD）的測(cè)定是監(jiān)測(cè)水體被有機(jī)物污染狀況的最常用指標(biāo)。常規(guī)的BOD測(cè)定需要5天的培養(yǎng)期，操作復(fù)雜、重復(fù)性差、耗時(shí)耗力、干擾性大，不宜現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，所以迫切需要一種操作簡(jiǎn)單、快速準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高、適用廣的新方法來(lái)測(cè)定。目前，有研究人員分離了兩種新的酵母菌種SPT1和SPT2，并將其固定在玻璃碳極上以構(gòu)成微生物傳感器用于測(cè)量BOD，其重復(fù)性在±10%以?xún)?nèi)。將該傳感器用于測(cè)量紙漿廠污水中BOD的測(cè)定，其測(cè)量最小值可達(dá)2mg/l，所用時(shí)間為5min[3]。還有一種新的微生物傳感器，用耐高滲透壓的酵母菌種作為敏感材料，在高滲透壓下可以正常工作。并且其菌株可長(zhǎng)期干燥保存，浸泡后即恢復(fù)活性，為海水中BOD的測(cè)定提供了快捷簡(jiǎn)便的方法[4]。

除了微生物傳感器，還有一種光纖生物傳感器已經(jīng)研制出來(lái)用于測(cè)定河水中較低的BOD值。該傳感器的反應(yīng)時(shí)間是15min，最適工作條件為30°C，pH=7。這個(gè)傳感器系統(tǒng)幾乎不受氯離子的影響（在1000mg/l范圍內(nèi)），并且不被重金屬（Fe3+、Cu2+、Mn2+、Cr3+、Zn2+）所影響。該傳感器已經(jīng)應(yīng)用于河水BOD的測(cè)定，并且獲得了較好的結(jié)果[4]。

現(xiàn)在有一種將BOD生物傳感器經(jīng)過(guò)光處理（即以TiO2作為半導(dǎo)體，用6W燈照射約4min）后，靈敏度大大提高，很適用于河水中較低BOD的測(cè)量[5]。同時(shí)，一種緊湊的光學(xué)生物傳感器已經(jīng)發(fā)展出來(lái)用于同時(shí)測(cè)量多重樣品的BOD值。它使用三對(duì)發(fā)光二極管和硅光電二極管，假單胞細(xì)菌（Pseudomonasfluorescens）用光致交聯(lián)的樹(shù)脂固定在反應(yīng)器的底層，該測(cè)量方法既迅速又簡(jiǎn)便，在4℃下可使用六周，已經(jīng)用于工廠廢水處理的過(guò)程中[5]。

(2).各種污染物的測(cè)定

常用的重要污染指標(biāo)有氨、亞硝酸鹽、硫化物、磷酸鹽、致癌物質(zhì)與致變物質(zhì)、重金屬離子、酚類(lèi)化合物、表面活性劑等物質(zhì)的濃度。目前已經(jīng)研制出了多種測(cè)量各類(lèi)污染物的生物傳感器并已投入實(shí)際應(yīng)用中了。

測(cè)量氨和硝酸鹽的微生物傳感器，多是用從廢水處理裝置中分離出來(lái)的硝化細(xì)菌和氧電極組合構(gòu)成。目前有一種微生物傳感器可以在黑暗和有光的條件下測(cè)量硝酸鹽和亞硝酸鹽(NOx-)，它在鹽環(huán)境下的測(cè)量使得它可以不受其他種類(lèi)的氮的氧化物的影響。用它對(duì)河口的NOx-進(jìn)行了測(cè)量，其效果較好[6]。

硫化物的測(cè)定是用從硫鐵礦附近酸性土壤中分離篩選得到的專(zhuān)性、自養(yǎng)、好氧性氧化硫硫桿菌制成的微生物傳感器。在pH=2.5、31℃時(shí)一周測(cè)量200余次，活性保持不變，兩周后活性降低20%。傳感器壽命為7天，其設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，操作方便。目前還有用一種光微生物電極測(cè)硫化物含量，所用細(xì)菌是Chromatium.SP，與氫電極連接構(gòu)成[7]。

最近科學(xué)家們?cè)谖廴緟^(qū)分離出一種能夠發(fā)熒光的細(xì)菌，此種細(xì)菌含有熒光基因，在污染源的刺激下能夠產(chǎn)生熒光蛋白，從而發(fā)出熒光?？梢酝ㄟ^(guò)遺傳工程的方法將這種基因?qū)牒线m的細(xì)菌內(nèi)，制成微生物傳感器，用于環(huán)境監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)在已經(jīng)將熒光素酶導(dǎo)入大腸桿菌（E.coli）中，用來(lái)檢測(cè)砷的有毒化合物[8]。

水體中酚類(lèi)和表面活性劑的濃度測(cè)定已經(jīng)有了很大的發(fā)展。目前，有9種革蘭氏陰性細(xì)菌從西西伯利亞石油盆地的土壤中分離出來(lái)，以酚作為唯一的碳源和能源。這些菌種可以提高生物傳感器的感受器部分的靈敏度。它對(duì)酚的監(jiān)測(cè)極限為5´10-9mol。該傳感器工作的最適條件為：pH=7.4、35℃，連續(xù)工作時(shí)間為30h[9]。還有一種假單胞菌屬（Pseudomonasrathonis）制成的測(cè)量表面活性劑濃度的電流型生物傳感器，將微生物細(xì)胞固定在凝膠（瓊脂、瓊脂糖和海藻酸鈣鹽）和聚乙醇膜上，可以用層析試紙GF/A，或者是谷氨酸醛引起的微生物細(xì)胞在凝膠中的交聯(lián)，長(zhǎng)距離的保持它們?cè)诟邼舛缺砻婊钚詣z測(cè)中的活性和生長(zhǎng)力。該傳感器能在測(cè)量結(jié)束后很快的恢復(fù)敏感元件的活性[10]。

還有一種電流式生物傳感器，用于測(cè)定有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑，使用的是人造酶。利用有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑水解酶，對(duì)硝基酚和二乙基酚的測(cè)量極限為100´10-9mol，在40℃只要4min[11]。還有一種新發(fā)展起來(lái)的磷酸鹽生物傳感器，使用丙酮酸氧化酶G，與自動(dòng)系統(tǒng)CL-FIA臺(tái)式電腦結(jié)合，可以檢測(cè)(32~96)´10-9mol的磷酸鹽，在25°C下可以使用兩周以上，重復(fù)性高[12]。

最近，有一種新型的微生物傳感器，用細(xì)菌細(xì)胞作為生物組成部分，測(cè)定地表水中壬基酚（nonyl-phenoletoxylate--NP-80E）的含量。用一個(gè)電流型氧電極作傳感器，微生物細(xì)胞固定在氧電極上的透析膜上，其測(cè)量原理是測(cè)量毛孢子菌屬（Trichosporumgrablata）細(xì)胞的呼吸活性。該生物傳感器的反應(yīng)時(shí)間為15~20min，壽命為7~10天（用于連續(xù)測(cè)定時(shí)）。在濃度范圍0.5~6.0mg/l內(nèi)，電信號(hào)與NP-80E濃度呈線(xiàn)性關(guān)系，很適合于污染的地表水中分子表面活性劑的檢測(cè)[13]。

除此之外，污水中重金屬離子濃度的測(cè)定也是不容忽視的。目前已經(jīng)成功設(shè)計(jì)了一個(gè)完整的，基于固定化微生物和生物體發(fā)光測(cè)量技術(shù)上的重金屬離子生物有效性測(cè)定的監(jiān)測(cè)和分析系統(tǒng)。將弧菌屬細(xì)菌（Vibriofischeri）體內(nèi)的一個(gè)操縱子在一個(gè)銅誘導(dǎo)啟動(dòng)子的控制下導(dǎo)入產(chǎn)堿桿菌屬細(xì)菌（Alcaligeneseutrophus(AE1239)）中，細(xì)菌在銅離子的誘導(dǎo)下發(fā)光，發(fā)光程度與離子濃度成正比。將微生物和光纖一起包埋在聚合物基質(zhì)中，可以獲得靈敏度高、選擇性好、測(cè)量范圍廣、儲(chǔ)藏穩(wěn)定性強(qiáng)的生物傳感器。目前，這種微生物傳感器可以達(dá)到最低測(cè)量濃度1´10-9mol[14]。

還有一種專(zhuān)門(mén)測(cè)量銅離子的電流型微生物傳感器。它用酒釀酵母（Saccharomycescerevisiae）重組菌株作為生物元件，這些菌株帶有酒釀酵母CUP1基因上的銅離子誘導(dǎo)啟動(dòng)子與大腸桿菌lacZ基因的融合體。其工作原理，首先是CUP1啟動(dòng)子被Cu2+誘導(dǎo)，隨后乳糖被用作底物進(jìn)行測(cè)量。如果Cu2+存在于溶液中，這些重組體細(xì)菌就可以利用乳糖作為碳源，這將導(dǎo)致這些好氧細(xì)胞需氧量的改變。該生物傳感器可以在濃度范圍(0.5~2)´10-3mol范圍內(nèi)測(cè)定CuSO4溶液。目前已經(jīng)將各類(lèi)金屬離子誘導(dǎo)啟動(dòng)子轉(zhuǎn)入大腸桿菌中，使得大腸桿菌會(huì)在含有各種金屬離子的的溶液中出現(xiàn)發(fā)光反應(yīng)。根據(jù)它發(fā)光的強(qiáng)度可以測(cè)定重金屬離子的濃度，其測(cè)量范圍可以從納摩爾到微摩爾，所需時(shí)間為60~100min[15][16]。

用于測(cè)量污水中鋅濃度的生物傳感器也已經(jīng)研制成功，使用嗜堿性細(xì)菌Alcaligenescutrophus，并用于對(duì)污水中鋅的濃度和生物有效性進(jìn)行測(cè)量，其結(jié)果令人滿(mǎn)意[17]。

估測(cè)河口出水流污染情況的海藻傳感器是由一種螺旋藻屬藍(lán)細(xì)菌（cyanobacteriumSpirlinasubsalsa）和一個(gè)氣敏電極構(gòu)成的。通過(guò)監(jiān)測(cè)光合作用被抑制的程度來(lái)估測(cè)由于環(huán)境污染物的存在而引起水的毒性變化。以標(biāo)準(zhǔn)天然水為介質(zhì)，對(duì)三種主要污染物（重金屬、除草劑、氨基甲酸鹽殺蟲(chóng)劑）的不同濃度進(jìn)行了測(cè)定，均可監(jiān)測(cè)到它們的有毒反應(yīng)，重復(fù)性和再生性都很高[18]。

近來(lái)由于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)（PCR）的迅猛發(fā)展及其在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的廣泛應(yīng)用，不少科學(xué)家開(kāi)始著手于將它與生物傳感器技術(shù)結(jié)合應(yīng)用。有一種應(yīng)用PCR技術(shù)的DNA壓電生物傳感器，可以測(cè)定一種特殊的細(xì)菌毒素。將生物素?；奶结樄潭ㄔ谘b有鏈酶抗生素鉑金表面的石英晶體上，用1´10-6mol的鹽酸可以使循環(huán)式測(cè)量在同一晶體表面進(jìn)行。用細(xì)菌中提取的DNA樣品進(jìn)行同樣的雜交反應(yīng)并由PCR放大，產(chǎn)物為氣單胞菌屬（Aeromonashydrophila）的一種特殊基因片斷。這種壓電生物傳感器可以鑒別樣品中是否含有這種基因，這為從水樣中檢測(cè)是否含帶有這種病原的各種氣單胞菌提供了可能[19]。

還有一種通道生物傳感器可以檢測(cè)浮游植物和水母等生物體產(chǎn)生的腰鞭毛蟲(chóng)神經(jīng)毒素等毒性物質(zhì)，目前已經(jīng)能夠測(cè)量在一個(gè)浮游生物細(xì)胞內(nèi)含有的極微量的PSP毒素[20]。DNA傳感器也在迅速的得到應(yīng)用，目前有一種小型化DNA生物傳感器，能將DNA識(shí)別信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，用于測(cè)量水樣中隱孢子和其他水源傳染體。該傳感器著重于改進(jìn)核酸的識(shí)別作用和加強(qiáng)該傳感器的特異性和靈敏性，并尋求將雜交信號(hào)轉(zhuǎn)化為有用信號(hào)的新方法，目前研究工作為識(shí)別裝置和轉(zhuǎn)換裝置的一體化[21]。

微藻素是一種從藍(lán)藻細(xì)菌引起的水華中產(chǎn)生的細(xì)菌肝毒素，一種固定有表面細(xì)胞質(zhì)粒基因組的生物傳感器已經(jīng)制得，用于測(cè)量水中微藻素的含量，它直接的測(cè)量范圍是50~1000´10-6g/l[22]。

一種基于酶的抑制性分析的多重生物傳感器用于測(cè)量毒性物質(zhì)的設(shè)想也已經(jīng)提出。在這種多重生物傳感器中，應(yīng)用了兩種傳導(dǎo)器—對(duì)pH敏感的電子晶體管和熱敏性的薄膜電極，以及三種酶—尿素酶、乙酰膽堿酯酶和丁酰膽堿酯酶。該生物傳感器的性能已經(jīng)得到測(cè)試，效果較好[23]。

除了發(fā)酵工業(yè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)，生物傳感器還深入的應(yīng)用于食品工程、臨床醫(yī)學(xué)、軍事及軍事醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，主要用于測(cè)量葡萄糖、乙酸、乳酸、乳糖、尿酸、尿素、抗生素、谷氨酸等各種氨基酸，以及各種致癌和致變物質(zhì)。

三、討論與展望

美國(guó)的HaroldH.Weetal指出，生物傳感器商品化要具備以下幾個(gè)條件：足夠的敏感性和準(zhǔn)確性、易操作、價(jià)格便宜、易于批量生產(chǎn)、生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè)。其中，價(jià)格便宜決定了傳感器在市場(chǎng)上有無(wú)競(jìng)爭(zhēng)力。而在各種生物傳感器中，微生物傳感器最大的優(yōu)點(diǎn)就是成本低、操作簡(jiǎn)便、設(shè)備簡(jiǎn)單，因此其在市場(chǎng)上的前景是十分巨大和誘人的。相比起來(lái)，酶生物傳感器等的價(jià)格就比較昂貴。但微生物傳感器也有其自身的缺點(diǎn)，主要的缺點(diǎn)就是選擇性不夠好，這是由于在微生物細(xì)胞中含有多種酶引起的。現(xiàn)已有報(bào)道加專(zhuān)門(mén)抑制劑以解決微生物電極的選擇性問(wèn)題。除此之外，微生物固定化方法也需要進(jìn)一步完善，首先要盡可能保證細(xì)胞的活性，其次細(xì)胞與基礎(chǔ)膜結(jié)合要牢固，以避免細(xì)胞的流失。另外，微生物膜的長(zhǎng)期保存問(wèn)題也待進(jìn)一步的改進(jìn)，否則難于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商品化。

總之，常用的微生物電極和酶電極在各種應(yīng)用中各有其優(yōu)越之處。若容易獲得穩(wěn)定、高活性、低成本的游離酶，則酶電極對(duì)使用者來(lái)說(shuō)是最理想的。相反的，若生物催化需經(jīng)過(guò)復(fù)雜途徑，需要輔酶，或所需酶不宜分離或不穩(wěn)定時(shí)，微生物電極則是更理想的選擇。而其他各種形式的生物傳感器也在蓬勃發(fā)展中，其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。隨著固定化技術(shù)的進(jìn)一步完善，隨著人們對(duì)生物體認(rèn)識(shí)的不斷深入，生物傳感器必將在市場(chǎng)上開(kāi)辟出一片新的天地。

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TheRecentResearchAndApplicationOfBiosensor

Abstract:Inthisarticle,therecentresearchprogressandapplicationofbiosensors,especiallythemicro-biosensors,arereviewed,andtheprospectofbiosensorsdevelopmentisalsoprognosticated.Biosensorsaremadeupofbioelectrode,usingimmobileorganismassensitivematerialformoleculerecognition,togetherwithoxygen-electrode,membrane-eletrodeandfuel-electrode.Biosensorsarebroadlyusedinzymosisindustry,environmentmonitor,foodmonitorandclinicmedicine.Fast,accurate,facilitateasbiosensorsis,therewillbeanexcellentprospectforbiosensorsinthemarket

Keywords:Biosensor,Zymosis-Industry,Environment-Monitor

作者簡(jiǎn)介：

篇2

1.1送料機(jī)構(gòu)（1個(gè)）送料機(jī)構(gòu)中，只有出料口有一個(gè)物料檢測(cè)傳感器，它用于檢測(cè)出料口位置處有無(wú)物料。在運(yùn)行中，如果它檢測(cè)到物料，則發(fā)出信號(hào)到PLC，PLC內(nèi)部程序指揮送料機(jī)構(gòu)開(kāi)始送料動(dòng)作；如若它沒(méi)有檢測(cè)到物料并保持若干秒鐘，則應(yīng)讓系統(tǒng)停機(jī)然后報(bào)警。這個(gè)傳感器屬于光電漫反射型傳感器，簡(jiǎn)稱(chēng)光電傳感器，主要為PLC提供一個(gè)輸入信號(hào)，判斷是否驅(qū)動(dòng)送料機(jī)構(gòu)執(zhí)行下一步動(dòng)作。

1.2機(jī)械手搬運(yùn)機(jī)構(gòu)在這部分機(jī)構(gòu)中，裝有較多的磁性傳感器用作多個(gè)不同的位置檢測(cè)，它需要在前點(diǎn)和后點(diǎn)各裝一個(gè)，以便檢測(cè)氣缸伸出和縮回的位置是否到位。例如，提升氣缸、手臂伸縮氣缸以及分揀機(jī)構(gòu)的三個(gè)手指伸縮氣缸就分別各裝有5對(duì)磁性傳感器。在運(yùn)行中，當(dāng)磁性開(kāi)關(guān)檢測(cè)到氣缸準(zhǔn)確到位后，則發(fā)出信號(hào)到PLC，PLC內(nèi)部程序指揮相應(yīng)部件執(zhí)行下一步動(dòng)作。值得注意的是，在機(jī)械手手爪處單獨(dú)安裝有一個(gè)磁性傳感器，若手爪為夾緊狀態(tài)，則有信號(hào)輸出，指示燈亮；反之，手爪松開(kāi)則無(wú)信號(hào)輸出。

1.3物料傳送和分揀機(jī)構(gòu)在這部分機(jī)構(gòu)中，落料口附近與出料口一樣，需要安裝一個(gè)物料檢測(cè)傳感器，檢測(cè)是否有物料在傳送帶的起始端。在運(yùn)行中，如果它檢測(cè)到物料，則發(fā)出信號(hào)到PLC，PLC內(nèi)部程序啟動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳送帶；若檢測(cè)為無(wú)料并保持若干秒鐘后，停止傳送帶。當(dāng)物料在傳動(dòng)帶前進(jìn)時(shí)，有三個(gè)傳感器逐一檢測(cè)物料的材料性質(zhì)，先是通過(guò)一個(gè)電感式傳感器，它可以檢測(cè)到金屬材料，發(fā)出信號(hào)至PLC，啟動(dòng)推料一執(zhí)行推料動(dòng)作。為保證檢測(cè)的靈敏度，檢測(cè)距離需調(diào)節(jié)為3～5mm。若物料不是金屬，將繼續(xù)前行至后面的兩個(gè)光纖傳感器處，它們主要用于檢測(cè)塑料，并區(qū)分黑、白兩種不同顏色。對(duì)于不同顏色的塑料，光纖傳感器的靈敏度是不同的，可以通過(guò)調(diào)節(jié)光纖放大器來(lái)區(qū)分塑料的不同顏色。

2傳感器應(yīng)用說(shuō)明與注意事項(xiàng)

2.1常用傳感器光電傳感器由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成，具有使用簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、抗干擾強(qiáng)的特點(diǎn)，常采用光電器件作為檢測(cè)元件，如光敏三極管。使用時(shí)應(yīng)注意將光電傳感器的前端面與被檢測(cè)的工件或物體表面保持平行，且距離應(yīng)保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。電感式接近傳感器由即振蕩電路、開(kāi)關(guān)電路和放大輸出電路這三部分組成。當(dāng)接通電源時(shí)，震蕩器在傳感器感應(yīng)面產(chǎn)生一個(gè)交變的磁場(chǎng)，當(dāng)金屬物料接近傳感器感應(yīng)面時(shí)，金屬中產(chǎn)生的渦流會(huì)改變磁場(chǎng)，根據(jù)磁場(chǎng)的變化來(lái)判斷是否有金屬物體接近。

2.2磁性傳感器該實(shí)訓(xùn)裝置中的磁性傳感器均為DC24V帶指示燈有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，所以也叫磁性開(kāi)關(guān)，它通過(guò)機(jī)械觸點(diǎn)的動(dòng)作進(jìn)行開(kāi)關(guān)的通斷。從設(shè)計(jì)、加工、安裝、調(diào)試各方面來(lái)看，用磁性開(kāi)關(guān)檢測(cè)活塞位置比使用其他限位開(kāi)關(guān)方式簡(jiǎn)單、省時(shí)。安裝時(shí)，要避免沖擊，開(kāi)關(guān)的導(dǎo)線(xiàn)不要隨氣缸運(yùn)動(dòng)；控制信號(hào)線(xiàn)不要與電力線(xiàn)并排在一起，避免誤動(dòng)作。

篇3

[關(guān)鍵詞]動(dòng)物溫度傳感器單片機(jī)

一、設(shè)計(jì)指標(biāo)

本系統(tǒng)采用了高精度傳感器AD22100。要準(zhǔn)確測(cè)量動(dòng)物病患體溫，首先應(yīng)全面了解動(dòng)物的正常體溫。據(jù)有關(guān)資料報(bào)道.美國(guó)科學(xué)家用口腔電子體溫計(jì)對(duì)幾十種動(dòng)物測(cè)試得到了一系列數(shù)據(jù)，可將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于上位機(jī)之中?？紤]到整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的成本，A/D轉(zhuǎn)換采用價(jià)廉的8位芯片.設(shè)計(jì)時(shí)量程范圍確定為36.00-41.10℃。將36.0℃時(shí).輸入到A/D芯片的電壓處理.調(diào)整為0V.溫度41.10℃時(shí).輸入到A/D芯片的電壓處理、調(diào)整為5V。溫度每升高0.02℃，.電壓升高5V/255=0.0196V.保證系統(tǒng)分辨力為0.02c.0.02℃×255—5.10℃.溫度上下限為36.0℃-41.10℃。報(bào)警溫度為36.5℃。

二、方案比較與選擇

本課題的核心問(wèn)題在于模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換以及數(shù)字量的顯示，筆者對(duì)兩種比較理想的方案進(jìn)行討論。

1.硬件實(shí)現(xiàn):在溫度傳感器AD22100將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將電壓模擬量轉(zhuǎn)化成八位二進(jìn)制精度的數(shù)字信號(hào)，再把該八位二進(jìn)制精度的數(shù)字通過(guò)譯碼轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制數(shù)，并最終用數(shù)碼管顯示。

2.基于單片機(jī)的軟件實(shí)現(xiàn):在溫度傳感器AD22100將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將電壓模擬量轉(zhuǎn)化成八位二進(jìn)制精度的數(shù)字信號(hào)，改用51單片機(jī)，通過(guò)編寫(xiě)程序，按照一定的算法來(lái)將八位二進(jìn)制精度的數(shù)字轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制數(shù)，并通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。

實(shí)踐表明:A/D轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化出來(lái)的是八位二進(jìn)制精度的數(shù)字，這個(gè)二進(jìn)制數(shù)的大小并不代表真實(shí)的溫度，需要一種算法來(lái)實(shí)現(xiàn)而不是單純的譯碼就可以實(shí)現(xiàn)的。而單片機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)分辨率高，高可靠性且具有一定的智能功能。

所以綜合考慮，確立方案:用單片機(jī)程序?qū)⒃摪宋欢M(jìn)制精度的數(shù)字轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制數(shù)字，再利用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)顯示器顯示，可以從顯示器上精確的讀出溫度的數(shù)值。

三、硬件設(shè)計(jì)

1.傳感器、放大模塊。測(cè)量溫度的時(shí)候，我們選用具有信號(hào)調(diào)理的電壓輸出溫度傳感器AD22100。其有以下特點(diǎn):工作溫度范圍為—50~150度；溫度系數(shù)22.5mV/℃；輸出電壓正比于溫度與V+的乘積；線(xiàn)性?xún)?yōu)于滿(mǎn)量程的±1%。；反向電壓保護(hù)；高電壓、低阻抗輸出。

溫度傳感器AD22100將溫度信號(hào)通過(guò)溫敏電阻R的變化轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，從運(yùn)放輸出端輸出電壓，對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)傳輸函數(shù)為:

當(dāng)圖中電源電壓為+5V，—50~150度對(duì)應(yīng)的輸出電壓為0.25~4.75V。溫度與輸出電壓呈線(xiàn)性關(guān)系，當(dāng)溫度變化有變化，則會(huì)對(duì)應(yīng)有一個(gè)電壓輸出，通過(guò)溫度傳感器AD22100將溫度轉(zhuǎn)化成電壓。

2.A/D轉(zhuǎn)換模塊。運(yùn)用A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809將模擬量的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成八位二進(jìn)制精度的數(shù)字量ADC0809芯片介紹可參看有關(guān)文獻(xiàn)。

3.單片機(jī)的顯示數(shù)碼轉(zhuǎn)換模塊

(1)原理與算法。在很多運(yùn)用單片機(jī)進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)中，通過(guò)傳感器或A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)只是測(cè)量數(shù)據(jù)，并非顯示數(shù)據(jù)，將這些測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的顯示數(shù)據(jù)，才能通過(guò)查表的方式正確顯示直觀數(shù)據(jù)。8位二進(jìn)制有0-255共256個(gè)值，但是電壓值卻只有0-5V，8位二進(jìn)制的0和電壓的0V對(duì)應(yīng)，而8位二進(jìn)制的255和電壓值的5V對(duì)應(yīng)，把0-255分成5分，即255/5=51，，1/51=0.0196V，即一個(gè)8位二進(jìn)制值所代表的電壓值近似為0.0196伏。再按照這個(gè)關(guān)系去除以51，得到十位電壓值；再將余數(shù)與26比較，小于26直接乘以10再除以51，所得商就是個(gè)位電壓值；如大于26則先減去26，再乘以10，然后除以51，所得商再加上5，即得個(gè)位電壓值；將第二次除以51所得余數(shù)，按第二次除以51的方法進(jìn)行計(jì)算，所得結(jié)果為十分位電壓值。(2)單片機(jī)與LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口電路。具體電路可查閱相關(guān)文獻(xiàn)。由于動(dòng)態(tài)顯示情況下，CPU要定時(shí)掃描刷新顯示，數(shù)碼管的信號(hào)在不停的通斷變化，為了保證顯示效果，一般會(huì)在數(shù)據(jù)端口接一個(gè)緩沖驅(qū)動(dòng)芯片(如74HC244、74LS244等)，而在位選通端接一個(gè)PNP三極管作驅(qū)動(dòng)(如9012、8550等)。

4.超溫異常報(bào)警模塊。利用AD22100傳感器取得電壓模擬量后，根據(jù)其傳輸函數(shù)公式

可算得當(dāng)溫度TA達(dá)到36.5時(shí)，電壓模擬量V0的值為2.196V。所以，在V0后面加一個(gè)比較器，當(dāng)V0大于恒壓源設(shè)定值時(shí)，就會(huì)在比較器輸出端輸出一報(bào)警信號(hào)，從而引發(fā)報(bào)警裝置。

四、軟件設(shè)計(jì)

1.顯示程序的實(shí)現(xiàn)。在程序設(shè)計(jì)時(shí)一般將具體的顯示部分單獨(dú)分出來(lái)組成一個(gè)顯示子程序，這樣編程方便、思路清晰，也便于檢查。顯示時(shí)，從主程序調(diào)用顯示子程序，根據(jù)顯示數(shù)據(jù)通過(guò)查表程序讀取顯示代碼，將顯示代碼從P0口傳給數(shù)碼管，同時(shí)P2選中1個(gè)數(shù)碼管，每個(gè)數(shù)碼管亮1MS，顯示完接著顯示第二位數(shù)據(jù)，當(dāng)所有數(shù)碼管第一輪全部顯示完后返回主程序。

2.程序設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)者可按個(gè)人習(xí)慣及擅長(zhǎng)具體設(shè)計(jì)。

五、問(wèn)題及展望

此類(lèi)溫度檢測(cè)器只能有一種報(bào)警溫度值，理論上只適用于平均溫度接近的一類(lèi)動(dòng)物的檢測(cè)，存在局限性，可在此問(wèn)題上進(jìn)行深入的研究，制造出集成的有各種溫度設(shè)定值得模塊，設(shè)計(jì)更加通用型的溫度檢測(cè)儀。

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篇4

本文所設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以分為3個(gè)部分：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)部分，廣域網(wǎng)（移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)或Internet）部分，遠(yuǎn)端用戶(hù)部分。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)被安置在每個(gè)冷藏箱內(nèi)，并組成通訊網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)上集成了溫濕度、二氧化碳、乙烯、震蕩檢測(cè)器等傳感器。溫度是冷鏈運(yùn)輸過(guò)程中最重要的參數(shù)，直接影響食物的保鮮時(shí)間，濕度能體現(xiàn)出食物的失水程度，二氧化碳能表現(xiàn)出食物內(nèi)部的代謝情況，乙烯能反映運(yùn)輸過(guò)程中的果實(shí)成熟過(guò)程，震蕩檢測(cè)則能體現(xiàn)一些突況。各個(gè)傳感器受嵌入式CPU控制并將信息交給CPU處理，同時(shí)嵌入式CPU與Zigbee協(xié)議處理芯片通信已實(shí)現(xiàn)協(xié)議層面的各種操作。以此方式實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器采樣周期、工作狀態(tài)等的設(shè)置和調(diào)控。各節(jié)點(diǎn)將各種傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、壓縮并發(fā)送給上一級(jí)路由器，再由路由器發(fā)送到協(xié)調(diào)器。在協(xié)調(diào)器上，安裝有GPRS和WiFi空中接口，能夠根據(jù)具體環(huán)境選擇一種方式將各路由器發(fā)送到協(xié)調(diào)器的食品所處環(huán)境信息發(fā)送到廣域網(wǎng)中。

廣域網(wǎng)部分在本文系統(tǒng)中指移動(dòng)服務(wù)器或者Internet。協(xié)調(diào)器將監(jiān)測(cè)到的環(huán)境信息發(fā)送到廣域網(wǎng)中，而廣域網(wǎng)則提供中轉(zhuǎn)的功能，便于物流管理者在遠(yuǎn)端獲取這些環(huán)境信息。遠(yuǎn)端用戶(hù)部分指物流管理者通過(guò)在PC上開(kāi)發(fā)的用戶(hù)界面或者在手機(jī)上開(kāi)發(fā)的相關(guān)應(yīng)用程序從廣域網(wǎng)獲取實(shí)時(shí)的冷鮮食品信息，并根據(jù)這些信息對(duì)出現(xiàn)的異常情況及時(shí)地做出判斷和調(diào)整。

由于終端節(jié)點(diǎn)是通過(guò)電池供電的，而在一次長(zhǎng)途運(yùn)送過(guò)程中無(wú)法更換電池，所以終端節(jié)點(diǎn)的功耗是在設(shè)計(jì)中需要考慮的重要問(wèn)題。合理利用Zigbee協(xié)議棧中提供的節(jié)點(diǎn)睡眠功能將有效地優(yōu)化終端節(jié)點(diǎn)的能量利用效率。因?yàn)閭鞲衅鞑杉沫h(huán)境信息將按照一定周期上傳給路由節(jié)點(diǎn)或協(xié)調(diào)器，所以在不需要發(fā)送信息時(shí)，可以將發(fā)送模塊以及嵌入式CPU中與發(fā)送有關(guān)的功能置于睡眠狀態(tài)，在需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)再由設(shè)置好的系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行喚醒。這樣通過(guò)軟件的編寫(xiě)，控制各個(gè)模塊的工作時(shí)間，對(duì)能量進(jìn)行分時(shí)合理利用將大幅提高終端節(jié)點(diǎn)的電能使用時(shí)間，使整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)更加適用于實(shí)際的冷鮮食品物流監(jiān)控應(yīng)用。

2結(jié)語(yǔ)

篇5

關(guān)鍵詞：傳感器；AD轉(zhuǎn)換；控制器；硬件電路

引言

隨著微電子工業(yè)的迅速發(fā)展，單片機(jī)控制的智能型控制器廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品中，為了使學(xué)生對(duì)單片機(jī)控制的智能型控制器有較深的了解。經(jīng)過(guò)綜合分析選擇了由單片機(jī)控制的智能型液位控制器作為研究項(xiàng)目，通過(guò)訓(xùn)練充分激發(fā)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的潛能。另外，液位控制在高層小區(qū)水塔水位控制，污水處理設(shè)備和有毒，腐蝕性液體液位控制中也被廣泛應(yīng)用。通過(guò)對(duì)模型的設(shè)計(jì)可很好的延伸到具體應(yīng)用案例中。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案比較說(shuō)明

對(duì)于液位進(jìn)行控制的方式有很多，而應(yīng)用較多的主要有2種，一種是簡(jiǎn)單的機(jī)械式控制裝置控制，一種是復(fù)雜的控制器控制方式。兩種方式的實(shí)現(xiàn)如下：

(1)簡(jiǎn)單的機(jī)械式控制方式。其常用形式有浮標(biāo)式、電極式等，這種控制形式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。存在問(wèn)題是精度不高，不能進(jìn)行數(shù)值顯示，另外很容易引起誤動(dòng)作，且只能單獨(dú)控制，與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信較難實(shí)現(xiàn)。

(2)復(fù)雜控制器控制方式。這種控制方式是通過(guò)安裝在水泵出口管道上的壓力傳感器，把出口壓力變成標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)電信號(hào)的模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)前置放大、多路切換、AD變換成數(shù)字信號(hào)傳送到單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)運(yùn)算和給定參量的比較，進(jìn)行PID運(yùn)算，得出調(diào)節(jié)參量；經(jīng)由DA變換給調(diào)壓變頻調(diào)速裝置輸入給定端，控制其輸出電壓變化，來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，以達(dá)到控制水箱液位的目的。

針對(duì)上述2種控制方式，以及設(shè)計(jì)需達(dá)到的性能要求，這里選擇第二種控制方式，同時(shí)考慮到成本需要把PID控制去掉。最終形成的方案是，利用單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)供水箱水位進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)。根據(jù)監(jiān)控對(duì)象的特征，要求實(shí)時(shí)檢測(cè)水箱的液位高度，并與開(kāi)始預(yù)設(shè)定值做比較，由單片機(jī)控制固態(tài)繼電器的開(kāi)斷進(jìn)行液位的調(diào)整，最終達(dá)到液位的預(yù)設(shè)定值。檢測(cè)值若高于上限設(shè)定值時(shí)，要求報(bào)警，斷開(kāi)繼電器，控制水泵停止上水；檢測(cè)值若低于下限設(shè)定值，要求報(bào)警，開(kāi)啟繼電器，控制水泵開(kāi)始上水?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)顯示測(cè)量值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱液位的監(jiān)控。

二、工作原理

基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的液位控制器是以AT89C51芯片為核心，由鍵盤(pán)、數(shù)碼顯示、AD轉(zhuǎn)換、傳感器，電源和控制部分等組成。

工作過(guò)程如下：水箱(水塔)液位發(fā)生變化時(shí)，引起連接在水箱(水塔)底部的軟管管內(nèi)的空氣氣壓變化，氣壓傳感器在接收到軟管內(nèi)的空氣氣壓信號(hào)后，即把變化量轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)；該信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大電路放大后變成幅度為0～5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，送入AD轉(zhuǎn)換器，AD轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)量，由單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行處理，根據(jù)設(shè)定要求控制輸出，同時(shí)數(shù)碼管顯示液位高度。通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)置液位高、低和限定值以及強(qiáng)制報(bào)警值。該系統(tǒng)控制器特點(diǎn)是直觀地顯示水位高度，可任意控制水位高度。

三、硬件設(shè)計(jì)

液位控制器的硬件主要包括由單片機(jī)、傳感器(帶變送器)、鍵盤(pán)電路、數(shù)碼顯示電路、AD轉(zhuǎn)換器和輸出控制電路等。

3.1單片機(jī)

單片機(jī)采用由Atmel公司生產(chǎn)的雙列40腳AT89C51芯片。

3.2傳感器

傳感器使用SY一9411L—D型變送器，它內(nèi)部含有1個(gè)壓力傳感器和相應(yīng)的放大電路。壓力傳感器是美國(guó)SM公司生產(chǎn)的555—2型OEM壓阻式壓力傳感器，其有全溫度補(bǔ)償及標(biāo)定(O～70℃)，傳感器經(jīng)過(guò)特殊加工處理，用堅(jiān)固的耐高溫塑料外殼封裝。在水箱底部安裝1根直徑為5mm的軟管，一端安裝在水箱底部；另一端與傳感器連接。水箱水位高度發(fā)生變化時(shí)，引起軟管內(nèi)氣壓變化，然后傳感器把氣壓轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，輸送到AD轉(zhuǎn)換器。

3.3鍵盤(pán)電路

P1口作為鍵盤(pán)接口，連接一個(gè)4×4鍵盤(pán)。

3.4液位顯示電路

液位顯示采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，范圍從0～999(單位可自定)，選擇的數(shù)碼管是7段共陰極連接，型號(hào)是LDSl8820。在這里使用到了74LS373，它是一個(gè)8位的D觸發(fā)器，在單片機(jī)系統(tǒng)中經(jīng)常使用，可以作地址數(shù)據(jù)總線(xiàn)擴(kuò)展的鎖存器，也可以作為普通的LED的驅(qū)動(dòng)器件，由于單獨(dú)使用HEF4511B七段譯碼驅(qū)動(dòng)顯示器來(lái)完成數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)顯示，因此74LS373在這里只用作擴(kuò)展的緩沖。

3.5AD轉(zhuǎn)換電路及控制輸出

AD轉(zhuǎn)換電路在控制器中起主導(dǎo)作用，用它將傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能處理的數(shù)字量。該控制器采用CMOS工藝制造的逐步逼近式8位AD轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809。在使用時(shí)可選擇中斷、查詢(xún)和延時(shí)等待3種方式編制AD轉(zhuǎn)換程序。控制輸出主要有上下限狀態(tài)顯示、超限報(bào)警。另外在設(shè)計(jì)過(guò)程中預(yù)留了串行口，供進(jìn)一步開(kāi)發(fā)使用。

四、軟件設(shè)計(jì)

4.1鍵盤(pán)程序

由于鍵盤(pán)采用的是4×4結(jié)構(gòu)，因此可使用的鍵有16個(gè)，根據(jù)需要分別定義各鍵，0～9號(hào)為數(shù)字鍵，10～15號(hào)分別是確定鍵、修改鍵、移位鍵、加減鍵、取消鍵和復(fù)位鍵。

值得注意的是，在用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)控制器程序時(shí)，相對(duì)會(huì)比較麻煩，如果用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序會(huì)簡(jiǎn)單很多，這里就不再做具體說(shuō)明。

五、結(jié)束語(yǔ)

基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)液位控制器模型設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于硬件電路的正確構(gòu)建，只有在電路準(zhǔn)確的前提下再進(jìn)行軟件編程才能取得成功。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃智偉.傳感器技術(shù).2002，21（9）：31～33

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關(guān)鍵詞：加速度差容式力平衡傳感器

加速度傳感器是用來(lái)將加速度這一物理信號(hào)轉(zhuǎn)變成便于測(cè)量的電信號(hào)的測(cè)試儀器。它是工業(yè)、國(guó)防等許多領(lǐng)域中進(jìn)行沖擊、振動(dòng)測(cè)量常用的測(cè)試儀器。

1、加速度傳感器原理概述

加速度傳感器是用來(lái)將加速度這一物理信號(hào)轉(zhuǎn)變成便于測(cè)量的電信號(hào)的測(cè)試儀器。差容式力平衡加速度傳感器則把被測(cè)的加速度轉(zhuǎn)換為電容器的電容量變化。實(shí)現(xiàn)這種功能的方法有變間隙，變面積，變介電常量三種，差容式力平衡加速度傳感器利用變間隙，且用差動(dòng)式的結(jié)構(gòu)，它優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，能實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸式測(cè)量，靈敏度好，分辨率強(qiáng)，能測(cè)量0.01um甚至更微小的位移，但是由于本身的電容量一般很小，僅幾pF至幾百pF，其容抗可高達(dá)幾MΩ至幾百M(fèi)Ω，所以對(duì)絕緣電阻的要求較高，并且寄生電容（引線(xiàn)電容及儀器中各元器件與極板間電容等）不可忽視。近年來(lái)由于廣泛應(yīng)用集成電路，使電子線(xiàn)路緊靠傳感器的極板，使寄生電容，非線(xiàn)性等缺點(diǎn)不斷得到克服。

差容式力平衡加速度傳感器的機(jī)械部分緊靠電路板，把加速度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娙葜虚g極的位移變化，后續(xù)電路通過(guò)對(duì)位移的檢測(cè)，輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)的電壓值，由此即可以求得加速度值。為保證傳感器的正常工作.，加在電容兩個(gè)極板的偏置電壓必須由過(guò)零比較器的輸出方波電壓來(lái)提供。

2、變間隙電容的基本工作原理

如式2－1所示是以空氣為介質(zhì)，兩個(gè)平行金屬板組成的平行板電容器，當(dāng)不考慮邊緣電場(chǎng)影響時(shí)，它的電容量可用下式表示：

由式（2－1）可知，平板電容器的電容量是、A、的函數(shù)，如果將上極板固定，下極板與被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體相連，當(dāng)被測(cè)運(yùn)動(dòng)物體作上、下位移（即變化）或左右位移（即A變化）時(shí)，將引起電容量的變化，通過(guò)測(cè)量電路將這種電容變化轉(zhuǎn)換為電壓、電流、頻率等電信號(hào)輸出根據(jù)輸出信號(hào)的大小，即可測(cè)定物移的大小，若把這種變化應(yīng)用到電容式差容式力平衡傳感器中，當(dāng)有加速度信號(hào)時(shí)，就會(huì)引起電容變化C，然后轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出，根據(jù)此電壓信號(hào)即可計(jì)算出加速度的大小。

由式（2－2）可知，極板間電容C與極板間距離是成反比的雙曲線(xiàn)關(guān)系。由于這種傳感器特性的非線(xiàn)性，所以工作時(shí)，一般動(dòng)極片不能在整個(gè)間隙，范圍內(nèi)變化，而是限制在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，以使與C的關(guān)系近似于線(xiàn)性。

它說(shuō)明單位輸入位移能引起輸出電容相對(duì)變化的大小，所以要提高靈敏度S應(yīng)減少起始間隙,但這受電容器擊穿電壓的限制，而且增加裝配加工的困難。

由式（2－5）可以看出，非線(xiàn)性將隨相對(duì)位移增加面增加。因此，為了保證一定的線(xiàn)性，應(yīng)限制極板的相對(duì)位移量，若增大起始間隙，又影響傳感器的靈敏度，因此在實(shí)際應(yīng)用中，為了提高靈敏度，減小非線(xiàn)性，大都采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，在差動(dòng)式電容傳感器中，其中一個(gè)電容器C1的電容隨位移增加時(shí)，另一個(gè)電容器C2的電容則減少，它們的特性方程分別為：

可見(jiàn)，電容式傳感器做成差動(dòng)式之后，非線(xiàn)性大大降低了，靈敏度提高一倍，與此同時(shí)，差動(dòng)電容傳感器還能減小靜電引力測(cè)量帶來(lái)的影響，并有效地改善由于溫度等環(huán)境影響所造成的誤差。

3、電容式差容式力平衡傳感器器的工作原理與結(jié)構(gòu)

3.1工作原理

如圖1所示，差容式力平衡加速度傳感器原理框圖

電路中除了所必須的電容，電阻外，主要由正負(fù)電壓調(diào)節(jié)器，四運(yùn)放放大器LT1058，雙運(yùn)放op270放大器組成。

3.2差容式力平衡傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)原理

由于差動(dòng)式電容，在變間隙應(yīng)用中的靈敏度和線(xiàn)性度得到很大改善，所以得到廣泛應(yīng)用。如圖2所示為一種差容式力平衡電容差容式力平衡傳感器原理簡(jiǎn)圖。主要由上、下磁鋼，電磁鐵，磁感應(yīng)線(xiàn)圈，彈簧片，作電容中間極的質(zhì)量塊，覆銅的上下極板等部分組成。傳感器上、下磁鋼通過(guò)螺釘及彈簧相連，作為傳感器的固定部分，上，下極板分別固定在上、下磁鋼上。極板之間有一個(gè)用彈簧片支撐的質(zhì)量塊，并在此質(zhì)量塊上、下兩側(cè)面沉積有金屬（銅）電極，形成電容的活動(dòng)極板。這樣，上頂板與質(zhì)量塊的上側(cè)面形成電容C1，下底板與質(zhì)量塊下側(cè)面形成電容C2，彈簧片一端與磁鋼相連，另一端與電容中間極相連，以控制其在一個(gè)有效的范圍內(nèi)振動(dòng)。由相應(yīng)芯片輸出的方波信號(hào)，經(jīng)過(guò)零比較后輸出方波，此方波經(jīng)電容濾除其中的直流電壓，形成對(duì)稱(chēng)的方波，該對(duì)稱(chēng)的方波加到電容的一個(gè)極板上，同時(shí)經(jīng)一次反向后的對(duì)稱(chēng)波形加到另一個(gè)極板上。

當(dāng)沒(méi)有加速度信號(hào)時(shí)，中間極板處于上、下極板的中間位置C1＝C2，C＝0后續(xù)電路沒(méi)有輸出；當(dāng)有加速度信號(hào)時(shí)，中間極板（質(zhì)量塊）將偏離中間位置，產(chǎn)生微小位移，傳感器的固定部分也將有微小的位移，設(shè)加速度為正時(shí)，質(zhì)量塊與上頂板距離減小，與下底板距離增大，于是C1＞C2，因此會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電容的變化量C，C由放大電路部分放大，同時(shí)，將放大電路的輸出電流引入到反饋網(wǎng)絡(luò)。由于OP270的腳1和16分別與線(xiàn)圈兩端相連，當(dāng)有電流流過(guò)線(xiàn)圈時(shí)，將產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，就會(huì)有電磁力產(chǎn)生。因?yàn)樯?、下磁鋼之間有彈簧，所以在電磁力的作用下將使磁鋼回到?jīng)]有加速度時(shí)的位置，即此時(shí)的電容變化完全有加速度的變化引起，同時(shí)由于線(xiàn)圈與活動(dòng)極板通過(guò)中心軸線(xiàn)相連，所以在電磁力的作用下，使中間極向產(chǎn)生加速度時(shí)的位移的相反的方向運(yùn)動(dòng)，即相當(dāng)于在C的放大電路中引入了負(fù)反饋，這樣，使傳感器的測(cè)量范圍大大提高。因此，對(duì)于任何加速度值，只要檢測(cè)到合成電容變化量C，便能使活動(dòng)極板在兩固定極板之間對(duì)應(yīng)一個(gè)合適的位置，此時(shí)后續(xù)電路便輸出一個(gè)與加速度成正比的電壓，由此電壓值就可以計(jì)算出加速度的大小。

4、力平衡傳感器實(shí)際應(yīng)用

哈爾濱北奧振動(dòng)技術(shù)是專(zhuān)門(mén)從事振動(dòng)信號(hào)測(cè)量的專(zhuān)業(yè)公司，它們應(yīng)用這種差容式力平衡原理開(kāi)發(fā)出的力平衡加速度傳感器實(shí)現(xiàn)的主要性能指標(biāo)如下：

測(cè)量范圍：±2.0g，±0.125g，±0.055g

靈敏度：BA-02a:±2.5V/g、±40.0V/g

BA-02b1:±40.0V/g（差動(dòng)輸出）

BA-02b2:±90.0V/g（特定要求，高靈敏度）

頻響范圍：DC-50Hz（±1dB）

絕對(duì)精度：±3％FS

交叉干擾：小于0.3%

線(xiàn)性度：優(yōu)于1%

噪聲：小于10μV

動(dòng)態(tài)范圍：大于120dB

溫漂：小于0.01%g/g

電源：±12V-±15V@30.0mA

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關(guān)鍵詞：光伏水泵系統(tǒng)；直流無(wú)刷電機(jī)；反電勢(shì)；過(guò)零點(diǎn)識(shí)別電路；三段式起動(dòng)

引言

近年來(lái)，隨著電力電子器件及控制理論的迅速發(fā)展，永磁直流無(wú)刷電機(jī)以其高效性，良好的調(diào)速性，易于維護(hù)性而得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的永磁直流無(wú)刷電機(jī)往往采用位置傳感器來(lái)確定轉(zhuǎn)子的位置，這不僅增大了電機(jī)的安裝體積，增加了成本，而且降低了電機(jī)的可靠性。目前，無(wú)傳感器直流無(wú)刷電機(jī)一般采用三段式起動(dòng)方式，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩在開(kāi)始起動(dòng)時(shí)比較小，并且有脈動(dòng)，對(duì)于有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求的系統(tǒng)存在著局限性，而在中小型太陽(yáng)能光伏水泵系統(tǒng)中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩是隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加的，不計(jì)摩擦力，在靜止時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零，所以，直流無(wú)刷電機(jī)可以應(yīng)用于光伏水泵系統(tǒng)，并且整個(gè)系統(tǒng)是直流的，無(wú)須逆變，那么，在光伏水泵系統(tǒng)中應(yīng)用直流無(wú)刷電機(jī)，對(duì)于提高系統(tǒng)效率,簡(jiǎn)化系統(tǒng)裝置就具有重大的意義。

1光伏水泵系統(tǒng)簡(jiǎn)介

光伏水泵系統(tǒng)由光伏陣列，控制器，電機(jī)，水泵4部分組成。光伏陣列由許多太陽(yáng)電池串并聯(lián)構(gòu)成，直接把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為直流電能。目前所用的太陽(yáng)電池都為硅太陽(yáng)電池，包括單晶硅、多晶硅及非晶硅太陽(yáng)電池。由于光伏陣列的輸出伏－安特性曲線(xiàn)具有強(qiáng)烈的非線(xiàn)性，而且和太陽(yáng)輻照度、環(huán)境溫度、陰、晴、雨、霧等氣象條件有密切關(guān)系,所以，如果要使光伏水泵系統(tǒng)工作在比較理想的工況，就需要用控制器去調(diào)節(jié)、控制整個(gè)系統(tǒng)。電機(jī)是用來(lái)驅(qū)動(dòng)水泵的，由于電機(jī)的功率因數(shù)及電壓等級(jí)在很大程度上受到太陽(yáng)電池陣列的電壓等級(jí)和功率等級(jí)的制約，因此，對(duì)水泵揚(yáng)程、流量的要求被反映到電機(jī)上，往往在兼顧陣列結(jié)構(gòu)的條件下專(zhuān)門(mén)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于要求流量小、揚(yáng)程高的用戶(hù)，宜選用容積式水泵；對(duì)于需要流量較大，但揚(yáng)程卻較低的用戶(hù)，一般宜采用自吸式水泵。

2單片機(jī)M68HC908JK3ECP介紹

這是Motorola公司的8位單片機(jī)家族中的成員之一，同樣具有高性能，低成本的優(yōu)點(diǎn)。它內(nèi)嵌4k閃速存儲(chǔ)器FLASH，128字節(jié)RAM；具有10個(gè)通道的8位精度ADC模塊，15個(gè)I/O端口；時(shí)鐘模塊具有輸入捕捉，輸出比較及脈寬調(diào)制等功能，能滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。

3無(wú)傳感器直流無(wú)刷電機(jī)控制原理

無(wú)刷電機(jī)的定子為三相對(duì)稱(chēng)繞組，采用兩相通電方式時(shí)控制電路按照一定的順序向定子的兩相通入直流電流，產(chǎn)生定子磁勢(shì)Fa；轉(zhuǎn)子為永磁材料，產(chǎn)生磁勢(shì)Ff，通過(guò)兩者的相互作用，可以產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T=FaFf|sinθ|，顯然，當(dāng)θ=60°～120°時(shí)，平均電磁轉(zhuǎn)矩最大。故檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁勢(shì)位置時(shí)，當(dāng)定轉(zhuǎn)子磁勢(shì)夾角為60°時(shí)，三相繞組中的某兩相導(dǎo)通，轉(zhuǎn)過(guò)60°時(shí)，其中一相的功率管關(guān)斷，另一相中的功率管導(dǎo)通。這樣，保證定轉(zhuǎn)子磁勢(shì)夾角為60°～120°，達(dá)到轉(zhuǎn)矩最大的目的。由于每次轉(zhuǎn)過(guò)60°只關(guān)斷一個(gè)功率管，故每個(gè)功率管導(dǎo)通角度為120°，這種方式為120°導(dǎo)通方式。

主電路采用三相全控橋，如圖1所示。圖2為三相6拍工作方式下典型的相電壓反電勢(shì)波形圖。由圖2我們可以清楚地看到，在該相懸空狀態(tài)（過(guò)零點(diǎn)前后30°區(qū)域）下，繞組感應(yīng)反電勢(shì)按正弦規(guī)律變化，平頂部分為繞組通電激勵(lì)時(shí)逆變換相主電路電壓鉗位引起的。換相點(diǎn)發(fā)生在過(guò)零點(diǎn)后30°，使用反電勢(shì)法來(lái)實(shí)現(xiàn)電子換相，就是在過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路檢測(cè)到過(guò)零點(diǎn)后30°進(jìn)行換相。三相6拍工作方式下，導(dǎo)通次序?yàn)镾1，S2－S2，S3－S3，S4－S4，S5－S5，S6－S6，S1－S1，S2?；诜措妱?shì)的電子換相方法有多種，如“1/2母線(xiàn)電壓比較法”、“端電壓比較法”等，但這些測(cè)量方法都存在抗干擾能力弱的問(wèn)題，特別是在PWM調(diào)制情況下，測(cè)量時(shí)必須采取專(zhuān)門(mén)措施避開(kāi)或抑制干擾，增加了控制電路的復(fù)雜性，并且可能產(chǎn)生換相滯后。采用“虛擬中點(diǎn)法”可以解決以上問(wèn)題，并且在PWM調(diào)制情況下，其開(kāi)關(guān)噪聲不會(huì)影響相繞組的過(guò)零測(cè)量，檢測(cè)電路也較簡(jiǎn)單。

在靜止或低速狀態(tài)下反電勢(shì)值為0或很小，無(wú)法用反電勢(shì)法來(lái)判定轉(zhuǎn)子的位置，通常采用三段式起動(dòng)方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，即先按他控式同步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)從靜止開(kāi)始加速，當(dāng)達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速時(shí)再切換到反電勢(shì)法控制狀態(tài)，包括轉(zhuǎn)子定位，步進(jìn)起動(dòng)和自由切換三個(gè)階段。轉(zhuǎn)子定位時(shí)首先導(dǎo)通兩個(gè)功率管，一般來(lái)說(shuō)先導(dǎo)通S6及S1，一定時(shí)間后就完成轉(zhuǎn)子的初始定位。步進(jìn)起動(dòng)時(shí)從初始位置開(kāi)始，按前面的導(dǎo)通次序依次導(dǎo)通各功率管，但導(dǎo)通時(shí)間按一定規(guī)律遞減，以達(dá)到提速的目的。步進(jìn)起動(dòng)結(jié)束后進(jìn)行自由切換，保證換相的正確性，同時(shí)，PWM斬波使直流側(cè)電壓逐漸加到主電路上，使無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速按控制要求加速，相當(dāng)于電機(jī)轉(zhuǎn)速的軟起動(dòng)過(guò)程，這樣就避免了電機(jī)在起動(dòng)初期會(huì)產(chǎn)生大電流，減少了對(duì)主電路的沖擊，延長(zhǎng)了功率管的壽命。

4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)硬件電路由主電路、驅(qū)動(dòng)電路、過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路、采樣電路、各種保護(hù)電路組成。過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路檢測(cè)到過(guò)零信號(hào)，并把過(guò)零信號(hào)送到JK3單片機(jī)的捕捉口，JK3單片機(jī)接收到過(guò)零信號(hào)，由軟件計(jì)算出延遲時(shí)間，并在延遲時(shí)間到后發(fā)出換相脈沖信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)信號(hào)去驅(qū)動(dòng)各功率管，這樣就實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)對(duì)直流無(wú)刷電機(jī)的控制。保護(hù)電路主要有過(guò)電壓充電保護(hù)，低水位保護(hù)。

系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，包括初始化模塊，PWM中斷模塊，捕捉中斷模塊，采樣保護(hù)模塊。PWM中斷模塊實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷電機(jī)的步進(jìn)起動(dòng)，自由切換運(yùn)行。PWM中斷模塊的流程圖如圖3所示。

初始化模塊主要完成程序所用變量的初始化，PWM中斷初始化，捕捉中斷初始化，發(fā)初始定位脈沖；捕捉中斷完成反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)的捕捉及換相周期的確定；采樣保護(hù)模塊主要用來(lái)采集直流側(cè)電壓和電流，以及判定和處理故障。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，換相時(shí)刻的準(zhǔn)確性和相位跟蹤的快速性對(duì)電機(jī)控制的性能影響極大，電子開(kāi)關(guān)的準(zhǔn)確換相點(diǎn)每次都在該相不激勵(lì)繞組的反電勢(shì)過(guò)零后30°的電角度位置，由于電機(jī)的運(yùn)行是變速運(yùn)行，換相周期是變化的，所以并不能準(zhǔn)確確定延遲30°電角度的換相時(shí)間，只能根據(jù)前若干個(gè)換相周期的變化趨勢(shì)，對(duì)該次換相時(shí)刻進(jìn)行合理有效的濾波和預(yù)估，有數(shù)字濾波和鎖相跟蹤兩種方式。

圖4為系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)測(cè)得的線(xiàn)電壓波形，毛刺部分是由PWM斬波和換相引起的。從圖中可以看出，電壓波形比較接近于理想情況，說(shuō)明換相點(diǎn)準(zhǔn)確，從而驗(yàn)證了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)控制思想是正確的。

篇8

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)傳感器

一、物聯(lián)網(wǎng)概念與定義

物聯(lián)網(wǎng)(TheInternetofthings)的概念是在1999年提出的,它的定義很簡(jiǎn)單:把所有物品通過(guò)射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái),進(jìn)行信息交換和通訊,實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

現(xiàn)在對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的定義至少有幾十種,都是不同領(lǐng)域?qū)＜覐牟煌I(lǐng)域定義的,我們?nèi)追N有代表性的供大家參考:

1.英語(yǔ)中“物聯(lián)網(wǎng)”一詞:InternetofThings,可譯成物的互聯(lián)網(wǎng)。

2.2005年ITU關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的定義:是一個(gè)具有可識(shí)別,可定位的傳感網(wǎng)絡(luò)。

3.經(jīng)過(guò)與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)(也含固定網(wǎng)絡(luò))連接,使物體與物體之間實(shí)現(xiàn)溝通和對(duì)話(huà),人與物體之間實(shí)現(xiàn)溝通與對(duì)話(huà)。能實(shí)現(xiàn)上述功能的網(wǎng)稱(chēng)為物聯(lián)網(wǎng)。

4.作者比較贊成一種基于泛網(wǎng)及其多制式、多系統(tǒng)、多終端等綜合的物聯(lián)網(wǎng)的定義——或稱(chēng)為廣義物聯(lián)網(wǎng)。

二、國(guó)內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

從國(guó)際上看,歐盟、美國(guó)、日本等國(guó)都十分重視物聯(lián)網(wǎng)的工作,并且已作了大量研究開(kāi)發(fā)和應(yīng)用工作。如美國(guó)把它當(dāng)成重振經(jīng)濟(jì)的法寶,所以非常重視物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,它的核心是利用信息通信技術(shù)(ICT)來(lái)改變美國(guó)未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式和結(jié)構(gòu)(金融、制造、消費(fèi)和服務(wù)等),改變政府、企業(yè)和人們的交互方式以提高效率、靈活性和響應(yīng)速度。按歐盟專(zhuān)家講,歐盟發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)先于美國(guó),確實(shí)歐盟圍繞物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和應(yīng)用作了不少創(chuàng)新性工作。在北京全球物聯(lián)網(wǎng)會(huì)議上,他們介紹了《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃》(Internetofthings-AnactionplanforEurope)其目的也是企圖在“物聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展上引領(lǐng)世界。

我國(guó)在“物聯(lián)網(wǎng)”的啟動(dòng)和發(fā)展上與國(guó)際相比并不落后,我國(guó)中長(zhǎng)期規(guī)劃《新一代寬帶移動(dòng)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)》中有重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)研究開(kāi)發(fā)“傳感器及其網(wǎng)絡(luò)”,國(guó)內(nèi)不少城市和省份已大量采用傳感網(wǎng)解決電力、交通、公安、農(nóng)漁業(yè)中的“M2M”等信息通信技術(shù)的服務(wù)。

在溫總理關(guān)于“感知中國(guó)”的講話(huà)后我國(guó)“物聯(lián)網(wǎng)”的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用工作進(jìn)入了,江蘇省無(wú)錫市一馬當(dāng)先率先提出建立“感知中國(guó)”研究中心,中國(guó)科學(xué)院、運(yùn)營(yíng)商、知名大學(xué)云集無(wú)錫共同協(xié)力發(fā)展我國(guó)的物聯(lián)網(wǎng)。

三、傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

一說(shuō)到傳感器,可能大家就會(huì)往小的方面想,在物聯(lián)網(wǎng)的大概念下,一個(gè)泛在的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),隨著參照物的不同,傳感器可以是一個(gè)“大”的“智能物件”,它可以是一個(gè)機(jī)器人、一臺(tái)機(jī)床、一列火車(chē),甚至是一個(gè)衛(wèi)星或太空探測(cè)器。物聯(lián)網(wǎng)關(guān)注傳感器的實(shí)際應(yīng)用,下面是按應(yīng)用方式進(jìn)行的分類(lèi)。

1.液位傳感器:利用流體靜力學(xué)原理測(cè)量液位,是壓力傳感器的一項(xiàng)重要應(yīng)用,適用于石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環(huán)保等系統(tǒng)和行業(yè)的各種介質(zhì)的液位測(cè)量。

2.速度傳感器:是一種將非電量(如速度、壓力)的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏孔兓膫鞲衅?適應(yīng)于速度監(jiān)測(cè)。

3.加速度傳感器:是一種能夠測(cè)量加速力的電子設(shè)備,可應(yīng)用在控制、手柄振動(dòng)和搖晃、儀器儀表、汽車(chē)制動(dòng)啟動(dòng)檢測(cè)、地震檢測(cè)、報(bào)警系統(tǒng)、玩具、結(jié)構(gòu)物、環(huán)境監(jiān)視、工程測(cè)振、地質(zhì)勘探、鐵路、橋梁、大壩的振動(dòng)測(cè)試與分析,以及鼠標(biāo),高層建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性和安全保衛(wèi)振動(dòng)偵察上。

4.濕度傳感器:分為電阻式和電容式兩種,產(chǎn)品的基本形式都為在基片涂覆感濕材料形成感濕膜?？諝庵械乃羝接诟袧癫牧虾?元件的阻抗、介質(zhì)常數(shù)發(fā)生很大的變化,從而制成濕敏元件,適用于濕度監(jiān)測(cè)。

5.氣敏傳感器:是一種檢測(cè)特定氣體的傳感器,適用于一氧化碳?xì)怏w、瓦斯氣體、煤氣、氟利昂(R11、R12)、呼氣中乙醇、人體口腔口臭的檢測(cè)等。

6.壓力傳感器:是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器,廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境,涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。

7.激光傳感器:利用激光技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的傳感器,廣泛應(yīng)用于國(guó)防、生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)和非電測(cè)量等。

8.MEMS傳感器:包含硅壓阻式壓力傳感器和硅電容式壓力傳感器,兩者都是在硅片上生成的微機(jī)械電子傳感器,廣泛應(yīng)用于國(guó)防、生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)和非電測(cè)量等。

9.紅外線(xiàn)傳感器:利用紅外線(xiàn)的物理性質(zhì)來(lái)進(jìn)行測(cè)量的傳感器,常用于無(wú)接觸溫度測(cè)量、氣體成分分析和無(wú)損探傷,應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、軍事、空間技術(shù)和環(huán)境工程等。

10.超聲波傳感器:是利用超聲波的特性研制而成的傳感器,廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等。

11.遙感傳感器:是測(cè)量和記錄被探測(cè)物體的電磁波特性的工具,用在地表物質(zhì)探測(cè)、遙感飛機(jī)上或是人造衛(wèi)星上。

12.視覺(jué)傳感器:能從一整幅圖像捕獲光線(xiàn)數(shù)以千計(jì)的像素,工業(yè)應(yīng)用包括檢驗(yàn)、計(jì)量、測(cè)量、定向、瑕疵檢測(cè)和分撿。

雖然,物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈包括傳感器和芯片供應(yīng)商、應(yīng)用設(shè)備提供商、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)及服務(wù)提供商、軟件與應(yīng)用開(kāi)發(fā)商和系統(tǒng)集成商。但是,作為“金字塔”的塔座,傳感器將會(huì)是整個(gè)鏈條需求總量最大和最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)?！皞鞲衅魇俏锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐、應(yīng)用的支撐和未來(lái)泛在網(wǎng)的支撐,傳感器感知了物體的信息,RFID賦予它電子編碼,傳感網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)的演變是信息技術(shù)發(fā)展的階段表征?！?/p>

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篇9

1病例簡(jiǎn)介

患者，女，31歲、G2P2L2，2007年11月10日在縣級(jí)醫(yī)院經(jīng)陰順娩一足月女?huà)耄u(píng)10分，產(chǎn)后母嬰健康，住院2天出院。2007年12月6日母親開(kāi)始發(fā)熱，體溫最高達(dá)38.9℃，12月7日開(kāi)始出現(xiàn)紅色斑丘疹，出疹順序?yàn)槊妗i—四肢。出疹當(dāng)日來(lái)院就診，擬診“麻疹”收入院。嬰兒于2007年12月9日始發(fā)熱，最高體溫39℃。皮疹于發(fā)熱第二天出現(xiàn)，始為耳后—頸—腋窩。擬診“小兒麻疹”收入院。住院經(jīng)醫(yī)護(hù)人員積極救治，母女均無(wú)并發(fā)癥，已康復(fù)出院?，F(xiàn)將護(hù)理體會(huì)報(bào)告如下。

2護(hù)理

2.1心理護(hù)理首先消除患者心理緊張和思想顧慮，用通俗的語(yǔ)言介紹麻疹病的知識(shí)及隔離的重要性，特別是消除患母擔(dān)心其女的病情變化的焦慮、恐懼，隨時(shí)告知其女的病情變化及治療情況，有針對(duì)性疏導(dǎo)，增強(qiáng)其治療疾病的信心。

2.2一般護(hù)理按呼吸道傳染隔離，居室應(yīng)空氣新鮮，保持適當(dāng)溫度和濕度，室溫在18～22度，相對(duì)濕度在50%～60%，每日定時(shí)通風(fēng)，通風(fēng)時(shí)避免直接吹向患者、患兒，患者衣被每日暴曬2小時(shí)，盡量保持病室安靜，使患者、患兒臥床休息至皮疹消退，體溫正常。發(fā)熱出疹期間屬患者多喝水，給予易消化而富有營(yíng)養(yǎng)的飲食，在恢復(fù)期除少吃油膩的食品外，無(wú)需忌口。高熱時(shí)給予小劑量退熱劑，切忌降溫過(guò)猛，忌酒精浴、冷敷，保持床單整潔、干燥與皮膚清潔，在保溫情況下，每日用溫水檫浴更衣1次。加強(qiáng)五官護(hù)理，保持口、眼、鼻、耳的清潔，每日定時(shí)做口腔護(hù)理，用棉簽蘸生理鹽水清潔患者的雙眼，再滴入抗生素眼液或眼膏，患兒取側(cè)臥位，防止嘔吐物或淚水流入外耳道發(fā)生中耳炎，及時(shí)清除鼻痂，保持呼吸道通暢。

篇10

關(guān)鍵詞：壓力傳感器，薄膜，敏感柵

 

隨著社會(huì)的發(fā)展，信息處理技術(shù)、微處理器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，都需要在傳感器的開(kāi)發(fā)方面有相應(yīng)的進(jìn)展。現(xiàn)在非電物理量的測(cè)試與控制技術(shù)，已越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于航天、航空、常規(guī)武器、船舶、交通運(yùn)輸、冶金、機(jī)械制造、化工、輕工、生物醫(yī)學(xué)工程、自動(dòng)檢測(cè)與計(jì)量、稱(chēng)重等技術(shù)領(lǐng)域[1]，而且也正在逐步引入人們的日常生活中。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。可以說(shuō)測(cè)試技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)水平的高低，是衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。傳感器是信息采集系統(tǒng)的感應(yīng)單元，所以，它是自動(dòng)化系統(tǒng)和控制設(shè)備的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)組成，在科技、生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域中的作用越來(lái)越重要[2]。

傳感器亦稱(chēng)換能器，是將各種非電量（包括物理量，化學(xué)量，生物學(xué)量等）按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理和傳輸?shù)牧硗庖环N物理量（一般為電量、磁量等）的裝置[3]，它能把某種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量。傳感器一般由敏感元件、傳感元件和測(cè)量電路3部分組成，有時(shí)還需加上輔助電源。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。其原理如圖1所示。

其中：①敏感元件直接感受被測(cè)物理量，如在應(yīng)變式傳感器中為彈性元件；②傳感元件將感受到的非電量直接轉(zhuǎn)換成電量，是轉(zhuǎn)換元件，如固態(tài)壓阻式壓力傳感器；③測(cè)量電路是將傳感元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、控制和處理的有用電信號(hào)的電路，使用較多的是電橋電路。由于傳感器元件輸出的信號(hào)一般較小，大多數(shù)的測(cè)量電路還包括放大電路，有的還包括顯示器，直接在傳感器上顯示出所測(cè)量的物理量；④輔助電源是供給傳感元件和測(cè)量電路工作電壓和電流的器件。

國(guó)際電工委員會(huì)IEC則將傳感器定義為測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào)[4]。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，是被測(cè)量信號(hào)輸入的第一道關(guān)口。對(duì)傳感器在技術(shù)方面有一定的要求，而同時(shí)亦要考慮盡可能低的零點(diǎn)漂移、溫度漂移及蠕變等[5]。近年來(lái)，傳感器有向小型化、集成化、智能化、系列化 、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展的趨勢(shì)[6]。

電阻式傳感器的工作原理是將被測(cè)的非電量轉(zhuǎn)換成電阻值，通過(guò)測(cè)量此電阻值達(dá)到測(cè)量非電量的目的。這類(lèi)傳感器大致分為兩類(lèi)：電阻應(yīng)變式和電位計(jì)式。利用電阻式傳感器可以測(cè)量形變、壓力、力、位移、加速度和溫度等非電量參數(shù)。

壓力傳感器是將壓力這個(gè)物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種電阻應(yīng)變式傳感器。傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變式壓力傳感器是一種由敏感柵和彈性敏感元件組合起來(lái)的傳感器[7]。如圖2所示，將應(yīng)變片用粘合劑粘貼在彈性敏感元件上，當(dāng)彈性敏感元件受到外施壓力作用時(shí)，彈性敏感元件將產(chǎn)生應(yīng)變，電阻應(yīng)變片將它們轉(zhuǎn)換成電阻變化，再通過(guò)電橋電路及補(bǔ)償電路輸出電信號(hào)。它是目前應(yīng)用較多的壓力傳感器之一，因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、測(cè)量速度快等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于航空、機(jī)械、電力、化工、建筑、醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變式壓力傳感器的電阻敏感柵是刻錄在一層絕緣脂薄膜上，而薄膜又通過(guò)粘結(jié)劑粘合到彈性基片上，由于彈性元件與粘結(jié)劑及絕緣脂膜之間的彈性模量不同，彈性元件的應(yīng)變不能直接傳遞給敏感柵，而是要通過(guò)粘結(jié)劑、絕緣脂膜才能到達(dá)敏感柵，從而產(chǎn)生較大的蠕變和滯后，影響傳感器的靈敏度、響應(yīng)度、線(xiàn)性度等性能。另外，由于粘結(jié)劑不能在高溫條件下使用，這也使它的應(yīng)用范圍受到限制。

為了消除絕緣薄膜層和粘結(jié)劑層對(duì)傳感器性能的影響，可以嘗試采用真空鍍膜方法及光刻技術(shù)，在彈性元件上直接刻錄敏感柵，彈性元件與敏感柵直接接觸，以克服常規(guī)工藝導(dǎo)致的滯后和蠕變大的缺陷。另外，如果彈性材料和結(jié)構(gòu)選擇恰當(dāng)，還可制成耐高溫、耐腐蝕的全隔膜式薄膜壓力傳感器。

一、器件研制

采用真空鍍膜技術(shù)在彈性基片上蒸鍍一層約300nm金屬柵材料的薄膜，用半導(dǎo)體光刻技術(shù)，在彈性基片上直接形成電阻敏感柵，最后利用耐高溫、耐酸堿腐蝕的環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑，將制作好的芯片封裝在工件中，組成壓力傳感器探頭。經(jīng)過(guò)熱老化、電老化，待封裝應(yīng)力趨于穩(wěn)定后，進(jìn)行電性能測(cè)試。

在制作薄膜電阻應(yīng)變式壓力傳感器中，采用的工藝流程如圖3所示。