生物医学传感器设计报告

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生物医学传感器设计报告 本文简介：东南大学生物科学与医学工程学院生物医学传感器设计报告专业：生物医学工程姓名：学号：实验室:东南大学医用电子技术实验中心设计时间：2014年8月25日—2014年9月5日评定成绩：审阅教师：2014年9月12日目录1传感器性能指标的测试32.血氧信号的检测62.1课题背景62.2系统设计102.2.1

生物医学传感器设计报告 本文内容：

东南大学生物科学与医学工程学院

生物医学传感器设计报告

专

业：

生

物

医

学

工

程

姓

名：

学

号：

实

验

室:

东南大学医用电子技术实验中心

设计时间：

2014年8月25日

—

2014年9月5日

评定成绩：

审阅教师：

2014年9月12日

目录

1传感器性能指标的测试3

2.血氧信号的检测6

2.1课题背景6

2.2

系统设计10

2.2.1设计要求10

2.2.2设计思路11

1.基本思路11

2.单元模块设计11

（1）探头11

（2）控制电路12

（3）滤波13

（4）交直流分离15

交流分离电路16

2.3系统调试16

2.4实验中存在的问题及反思18

3．总结18

4．参考文献19

5．附录20

1传感器性能指标的测试

一、实验目的

1.

通过查阅资料，了解传感器的性能及应用；

2.

学会自主制定检测方案；

3.

通过实际检测，熟悉和掌握各种传感器的性能指标，为后继设计提供依据。

二、实验原理

1．电偶传感器：两种不同的金属组成回路时，若两个接触点温度不同，则回路中就有电流通过，称为温差电现象或塞贝克效应。热电偶传感器就是利用这种效应制成的热敏传感器。它具有测温范围宽、性能稳定、准确可靠等优点，应用广泛。

温度差现象：在塞贝克效应中，若保持两接触点的温度差，回路中就存在恒定的电势。塞贝克电势可用下式表示：

式中：α、β均为热电偶常数；T1为第一接触点上的被测温度；T2为第二接触点上的参考温度（通常为0°C）。常用材料的β较小，故在温差不大时，近似于线性关系。

2.电阻：热敏电阻是一种对温度敏感的具有负电阻温度系数的温敏远见，由氧化锰、氧化镍、氧化钴等氧化物和陶瓷、半导体材料制成，其电阻率比金属大得多。用于生物医学的热敏电阻的电阻率约为0.1~100?.m，通常做成珠状、圆盘状、薄片状、杆状和环状的器件，具有尺寸小、灵敏度高和很好的长期稳定性

等特点，应用很广。

3.传感器：光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。

三、实验数据及分析

1．热电偶传感器

温度

电压（mv）

组一

组二

66

1.49

1.5

63

1.33

1.35

60

1.24

1.22

57

1.11

1.1

54

1

1.01

51

0.89

0.9

48

0.76

0.74

45

0.64

0.62

42

0.51

0.52

39

0.41

0.4

36

0.3

0.29

33

0.19

0.18

30

0.1

0.09

从图表以及下图中可以看出热电耦随温度的降低电势差减小。斜率为K=0.038（mv/℃）电势差随温度变化关系图如下图示。

2.热敏电阻

温度

（）

电阻（Ω）

组一

组二

79

130.613

130.612

76

129.513

129.51

73

128.263

128.265

70

127.179

127.18

67

125.998

125.997

64

124.779

124.78

61

123.644

123.645

58

122.288

122.289

55

121.274

121.277

52

119.782

119.786

49

118.852

118.854

46

117.862

117.863

43

116.789

116.79

40

115.92

115.919

37

114.782

114.781

34

113.536

113.535

31

112.412

112.411

从上表与下图中可以看出热敏电阻随着温度的下降电阻减小，其中斜率

K=0.380Ω/

3.光电传感器

截止（遮挡）

导通（不遮挡）

5.02V

610mv

4.血氧探头

交流电压

直流电压

红外

组员1

360mv

1.25V

组员2

280mv

1.01V

红光

组员1

380mv

2.10V

组员2

300mv

2.10V

组员1的Q值=0.628

组员2的Q值=0.52

2.血氧信号的检测

2.1课题背景

2.1.1临床意义

血氧饱和度是呼吸循环的重要生理参数。人体的新陈代谢过程是生物氧化过程，而新陈代谢过程中所需要的氧，是通过呼吸系统进入人体血液，与血液红细胞中的血红蛋白(Hb)，结合成氧合血红蛋白(HbO2)，再输送到人体各部分组织细胞中去。许多临床疾病会造成氧供给的缺乏，这将直接影响细胞的正常新陈代谢，严重的还会威胁人的生命，所以动脉血氧浓度的实时监测在临床救护中非常重要。

一般情况下人体的血氧饱和度是正常的（动脉约98%，静脉约75%），人体手术后需要检测血氧饱和度，例如在急性心肌梗死患者恢复期测定混合静脉血氧饱和度可以有效判断左室收缩功能，对急性心肌梗死患者左室功能的恢复有明显的预测作用。在腹部手术后利用血氧饱和度对于低氧血症监测。由于脉搏血氧饱和度仪发现的低血氧饱和度早于临床表现，且利用血氧饱和度监测比较直观，方便，无需反复抽血。可以针对性的加强术后低氧血症的预防及护理。

2.1.2检测原理

脉搏血氧的测量原理是根据郎伯一比尔定律(Lambert—Beer

Law)，采用光电技术进行血氧饱和度的测量。当一束光打在某物质的溶液上时，透射光强I

与发射光强IO之间有以下关系：

（3.3）

I

和I0

的比值的对数称为光密度D，因此上式也可表示成：

（3.4）

这里，C

是溶液(例如血液)的浓度，

d

为光穿过血液的路径，

k

是血液的光吸收系数。若保持路径

d

不变，血液的浓度便与光密度

D

成正比。

图3.2

单色光透过溶液时的Lambert定律模型

3.3式建立在理想的组织模型条件下，条件为：入射光光源是单频的；光线平行传播；吸收组织在光学特性上是各向均匀的，不存在机体散射效应。假定机体吸收组织由N层组成，第层吸收组织浓度为，厚度为，吸收系数为，为LED光源入射强度，为对应的入射光波长。

波长为、光强为的单色光垂直照射人体，当透射光区域动脉血管搏动时，动脉血液对光的吸收量将随之变化，而皮肤、肌肉、骨骼和静脉血等其他组织对光的吸收是恒定不变的。由图3.2可知，在心脏舒张期（Diastole），最大透射光强可表示为：

（3.5）

在心脏收缩期（Systole），心跳最大程度时，假定动脉血液中只有氧合血红蛋白（HbO2）和还原血红蛋白（Hb）是有效吸光组织，在式3.5的基础上，还需增加这两部分的吸收系数，这是产生的最小透射光强可表示为：

（3.6）

其中表示由于动脉血管组织体积变化引起的光程变化，表示还原血红蛋白（Hb）的浓度，表示氧合血红蛋白（HbO2）的浓度，表示Hb的吸收系数，表示HbO2的吸收系数。

图3.

3

心脏收缩（Systole）和心脏舒张（Diastole）机体组织对入射光的吸收分析

将式3.5与3.6相除，再取对数，可得动脉血液组织的吸收部分：

（3.7）

根据功能性氧饱和度的定义，利用两个不同波长的LED入射光源，分别为和，由动脉组织体积变化引起的光程变化可通过以下运算而去除，所得结果Q为双波长吸收比率：

（3.8）

从而功能性血氧饱和度可表示为：

(3.9)

图3.4

氧合血红蛋白和还原血红蛋白的吸收光谱曲线

图3.4中Extinction

Coefficient为吸收系数。在红光波长处，的吸收系数远大于的吸收系数，而在近红外波长处，两者的差别很小。若选择合适的入射光波，使得近红外光谱区，式3.9可简化为：

(3.10)

和Q之间近似呈线性关系。

由

(3.11)

、是由于脉搏搏动而引起的透射光的最大变化量，考虑和远小于1（x充分小时，），则有：

(3.11)

只要测定两路透射光的最大光强和，以及由于脉搏搏动而引起的透射光最大变化量、；或是测定两路透射光最大光强和，与最小光强和代入式3.11就可以计算出双波长吸收比率。

其中透射光的变化量称为动脉分量或交流量（AC）；而皮肤、肌肉、骨骼和静脉血等其他组织对光的吸收是恒定不变的，称为直流（DC）。考虑到透射光中交流量占直流量的百分比远小于1，透射光的最大光强可看成直流（DC）。

取为660nm红光、为905nm红外光，则：

（3.12）

为准确预测血氧饱和度，通过获取实验数据再经定标来确定功能性氧饱和度。如采用FlukeIndex2

型血氧模拟仪进行定标。

2.2

系统设计

2.2.1设计要求

通过查阅资料了解血氧饱和度的临床意义，根据设计课题一所掌握的血氧探头性能，设计并搭建血氧探头控制及检测电路。

基本任务：设计完成单路光交、直流检测电路，并能在示波器上显示相应波形，根据所得波形计算出Q值。

提高任务：在完成基本任务基础上

①

设计控制电路用以控制血氧探头以一定的频率轮流输出红光、红外光两路光信号；

②

设计信号分离电路，将经过光电检测电路所检测出的含有红光、红外光混哈信号分离出来；

③

结合基本任务完成血氧饱和度检测电路。

2.2.2设计思路

1.基本思路

整个课题的设计思路主要分为探头、控制电路、滤波、交直流分离（两部分并联）四个部分。基础任务为后三部分，提高任务是在基础任务的基础上加了控制电路，以实现控制红外和红光以一定频率轮流输出和分离红外和红光。

2.单元模块设计

（1）探头

1．血氧探头简介

血氧探头传感器是7针接头（由于4脚和8脚未引出，实际为7针接头。另有实际意义上的9针接头，其4脚和8脚分别接芯片的正负端），R、IR、PD分别为红光发光二极管（波长660nm）、红外发光二极管（波长905nm）、光敏电阻。测量所得红外发光管的正向压降是1.07V（理论值1.0V），红光发光管的正向压降是1.575V（理论值1.5V），光敏二极管的正向压降为0.616V（理论值0.58V）。脚1与脚6间的电阻（Nellcor血氧模块通过判断该电阻值然后选择确定血氧饱和度的系数）。

2.血氧探头发光、驱动电路

图2.1为血氧探头的发光驱动电路，当为高电平时，为低电平，红光发光二极管亮；当高电平时，为低电平，红外发光二极管亮。

血氧传感探头是将光信号通过硅光管转化为电流信号。但是，电流信号处理起来不方便，所以需要将电流信号转换为电压信号，然后对电压信号进行处理。可以采用反相放大电路来完成电流电压转换。电路如图2.2所示：

图2.1

血氧探头发光驱动电路

图2.2

光电检测电路

（2）控制电路

控制电路的基本设计思路是在一个周期内，控制660nm的红光和905nm的红外两种波长周期性发光。

具体电路是由一个时基电路555定时器构成的多谐振荡器，由74LS04反相器构成下降沿触发器，由高电平触发的电子开关4066作为控制部分，如图2.3示。

时基电路555定时器构成的多谐振荡器，555定时的振荡周期：

T=TPH+TPL=0.7（R1+2*R2）C

T为555定时器的振荡周期，TPH为充电时间，TPL为放电时间。根据公式计算出周期为14s，模拟开关4066将由血氧探头测得的红外和红光分成两路输出。

图2.3

控制电路电路图

（3）滤波

人体信息本身具有不稳定性、非线性和概率特性。脉搏波的频率属于低频，频率范围是0.1~3Hz,主要频率分量一般在2Hz内，且信息微弱，噪声强，因而信噪比低。

在实验中主要存在的信号干扰有检测电路的噪声，人体其他信号的干扰，50Hz工频干扰，测量过程中人体运动的噪声等。

在滤波的过程中，我们主要采用了低通滤波和50Hz工频陷波来消除噪声。

a.

低通滤波

低通滤波我们采用了二阶低通滤波，根据,设计截止频率为10Hz，取电容为10μF，电阻为1.6KΩ，电路图如下图2.4示。

仿真截止频率为6.67Hz，实际电路截止频率为6.6Hz。

图2.4二阶低通滤波

图2.5低通滤波仿真结果

b.

工频陷波

50Hz陷波电路如图2.6示，这里我们采用的是无源陷波，根据，取R=3.2KΩ，C=

1μF，理论值为49.7Hz，

仿真结果如图2.7示。

2.6

50Hz陷波电路图

2.7电路仿真图

（4）交直流分离

a.直流分离电路

图2.8直流分离电路

仿真图

图2.9直流分离仿真图

b.交流分离电路

图2.10交流分离电路

图2.11交流分离仿真图

2.3系统调试

1.各级电路理论与实际值的比较

a.低通滤波

截止频率

理论值

仿真值

真实值

10Hz

6.67Hz

6.6Hz

b.50Hz工频陷波

理论值

仿真值

真实值

49.7Hz

50.501Hz

55Hz

c.交直流分离

加Vpp=500mv，偏置2V的正弦波输入电压

理论值

仿真值

真实值

直流输出

2V直流电压

加Vpp=500mv，偏置2V的正弦波输入电

输出2V直流电压

加Vpp=100mv，偏置2V的正弦波输入电压

输出2V直流电压

交流输出

Vpp=500mv正弦波

输出Vpp=500mv正弦波

输出Vpp=500mv正弦波

d.增益Av

理论值

实际

10

6

2.实验照片

图3.1未加控制电路时交直流信号

图3.2分离红外与红光交流电路

3.实验数据与结果

红光

红外

正常

憋气

户外

正常

憋气

户外

刘亚迪

交流/mv

18.100

8.050

12.050

44.225

22.100

26.125

直流/mv

372.701

518.229

Q值

0.569

0.506

0.641

鞠寅晖

交流/mv

8.085

10.050

8.050

14.075

18.100

14.075

直流/mv

455.377

581.671

Q值

0.734

0.709

0.740

2.4实验中存在的问题及反思

1、

刚开始的时候过渡时间过长，导致正常波形显示不完整，所以将周期调长至14s

2、

交流分离之后，显示波形过小，所以加了一个放大电路。

3．

总结

1、看到分离电路的任务，我们刚开始觉得看起来就很难，所以毫不犹豫的放弃了这个提高任务。。。但是后来老师要求我们去做之后，我们找到了4066的引脚图，很简单就弄出来了。。。无论遇到怎样的难题，都不能退缩，只要去做，就不会难，不去做，那永远是难题。

2、在实验过程中，多次出现了问题，一度心情很烦躁，严重影响了实验进度。。。科学是一个漫长枯燥的过程，必须要耐下心来，去发现解决问题。

3、电路出现问题要冷静，先逐级检查，找出问题在哪里。如果查不出，可重连部分电路。

4．

参考文献

[1]康华光，《电子技术基础》，高等教育出版社

[2]余璆，《数字电子技术》第九版，电子工业出版社

[3]黄雷，夏兰，《生物医学传感器设计实验指导书2014》

[4]应明英，闵龙秋，《脉搏血氧饱和度仪的原理及临床应用》

[5]胡诞康，《用于微弱信号检测的运算放大器》

[6]郑万挺，陈付毅，《光电脉搏血氧心率仪电路设计》，电子器件第33卷第6期，2012年12月

[7]王跃华，徐圣普，崔云莉，赵金城，周炜，林淑娟，《用于检测血氧饱和度的光电传感器》，医疗设备1999第10期

5．附录

附录一：主要元器件清单和仪器设备清单

1.UA741运放：

2.555定时器

1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。

2脚：低触发端TR。

3脚：输出端Vo

4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

6脚：高触发端TH。

7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5

~

16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3

~

18V。一般用5V。

3.CD4066

CD4066是四双向模拟开关，主要用作模拟或数字信号的多路传输。CD4066

的每个封装内部有4

个独立的模拟开关，每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子，其中输入端和输出端可互换。当控制端加高电平时，开关导通；当控制端加低电平时开关截止。模拟开关导通时，导通电阻为几十欧姆；模拟开关截止时，呈现很高的阻抗，可以看成为开路。

4．74ls04

5.电容，电阻，导线，面包板

26

篇2：室内入侵报警系统传感器课设报告

室内入侵报警系统传感器课设报告 本文关键词：报警系统，传感器，入侵，室内，报告

室内入侵报警系统传感器课设报告 本文简介：《传感器实验》课程设计题目：室内入侵报警系统姓名：江璐班级：电子信息工程2班学号：1315212017组员：林梦柔1315212023组员：王雨璐1315212037指导老师：莫冰老师时间：20151228目录一：任务书…………………………………………………3二：摘要…………………………………………

室内入侵报警系统传感器课设报告 本文内容：

《传感器实验》课程设计

题

目：

室内入侵报警系统

姓

名：

江

璐

班

级：

电子信息工程2班

学

号：

1315212017

组

员：

林梦柔1315212023

组

员：

王雨璐1315212037

指导老师：

莫冰老师

时

间：

20151228

目

录

一：任务书…………………………………………………3

二：摘要……………………………………………………3

三:

设计分析………………………………………………3

四:

正文……………………………………………………3

（一）系统设计……………………………………………3

（二）单元电路设计………………………………………4

（三）软件设计……………………………………………7

（四）硬件调试……………………………………………9

（五）结论…………………………………………………9

五：心得体会………………………………………………9

六：参考文献

……………………………………………10

七：附录

…………………………………………………10

（一）总体原理图设计

…………………………………10

（二）PCB

图

……………………………………………11

（三）程序源代码

………………………………………11

一：任务书

由于刚结束的单片机课设做的是人体红外感应自动门，和此次的传感器课设原理相似，所以在原有作品的基础上加以修改。我负责的是硬件设计部分，使用proteus画PCB图，硬件验证并加以完善。

二：摘要

随着现在社会的发展，时代进步，高新技术的快速融入，人们的生活发生了巨大的改变，人们置购了大量高新技术的产品，许多高科技产品的使用越来越成为家庭生活的主旋律，因此人们对自己所处环境的安全要求就越来越高，特别是家居安全，不得不时刻留意不速之客的光顾。现在许多小区都有着保安看管或者装了监控，但在一些农村就没有这些设施了，刚好这次课题被选到的是室内入侵防盗系统也就是人体感应红外线防盗报警器。热释电红外传感器，它的制作简单、成本低、安装比较方便，而且防盗性能比较稳定，灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。本设计包括硬件和软件设计两个部分。硬件部分包括单片机控制模块、红外探头模块、驱动执行报警模块、LED控制模块等部分组成。处理器采用51系列单片机STC89C52，程序使用C语言编写。

三：设计分析

1.该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为数据采集、按键设定、报警等。

2.本红外线防盗报警系统由热释电红外传感器、蜂鸣器、单片机控制电路、LED指示电路及软件组成。

3.系统可实现功能。当人员外出时，可把报警系统设置在外出布防状态，探测器工作起来,当有人闯入时，热释电红外传感器将探测到动作，设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，红外热释电模块送出TTL

电平至STC89C52单片机，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使警号发声。

四:

正文

（一）系统设计

本系统采用了热释电红外线传感器，它的制作简单、成本低，安装比较方便，而且防盗性能比较稳定、灵敏度高、安全可靠。这种防盗器安装隐蔽，不易被盗贼发现。

该设计包括硬件和软件设计两个部分。模块化分为数据采集、按键控制、报警等模块。电路结构可划分为：热释电红外传感器、蜂鸣器、单片机控制电路、LED指示灯组成。

电路总原理图如图1所示：

电源开关

电源

STC89C52

单片机

复位电路

LED指示灯

报警电路

按键控制

图1

总体设计框图

处理器采用51系列单片机STC89C52。整个系统是在系统软件控制下工作的。设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱变换成电信号，送出TTL电平至STC89C52单片机。在单片机内，经软件查询、识别判决等环节实时发出入侵报警状态控制信号。驱动蜂鸣器及报警指示灯报警。

（二）单元电路设计

1.红外感应部分

本次设计是采用一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器，是直接在淘宝买的模块。使用的信号采集处理模块是BISS0001芯片，BISS0001是一款传感信号处理集成电路，只要热释感应器把红外线接收到信号传输到BISS0001里进行信号处理，它本身静态电流极小，工作电压在3V—5V之间，当工作电压为5V时输出的驱动电流为10mA。配以热释电红外传感器和少量外围元器件即可构成被动式热释电红外传感器，广泛用于安防，自控等一些领域，它是有16个管脚组成的一种集成块。如图2所示为BISS000集成芯片的内部框图。图3所示为由BISS000集成芯片的外围电路图组成的信号处理模块。

图2

BISS0001内部框图

图3

BISS000的外围电路图

本电路是将人体辐射的红外线转变为电信号。热释红外感应2脚输入到前置放大器OP1进行放大，然后由C4耦合给运算放大器OP2进行第二级放大。再经过电压比较器COP1和COP2构成双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号去启动延时时间定时器输出信号在经过R3进入单片机部分进行处理。延时周期可通过R12来调节输出，在延时时间内只要Vs发生上跳变，Vo就会从Vs上跳变时刻起继续延长一个周期，而电路中的电容为了能够更好的控制了芯片内的定时器，若Vs一直保持为高电平，这样就可以通过P10传输到单片机内进行下一步处理。而根据不同的距离要求来调节R13，最大可以调节到7米左右。图中BISS0001中1脚用跳线连连接住一个接高电平后，在延时时间段内如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才将高电平变为低电平，本电路设计就是可触发方式。

2.

单片机最小系统

单片机最小系统包括单片机、复位电路、时钟电路构成。

STC89C52

单片机的工作电压范围：4V-5.5V,所以通常给单片机外界5V直流电源。连接方式为单片机中的40脚VCC接正极5V，而20脚VSS接电源地端。

复位电路就是确定单片机的工作起始状态，完成单片机的启动过程。单片机接通电源时产生复位信号，完成单片机启动确定单片机起始工作状态。当单片机系统在运行中，受到外界环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。

时钟电路就是振荡电路，向单片机提供一个正弦波信号作为基准。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器。

图4

单片机最小系统

3.按键控制电路

本电路的设计就是为了控制电路中布防和紧急状态下不同的工作形式，当按下布防按键后，

30秒后进入监控状态，当有人靠近时，热释红外感应到信号，传回给单片机，单片机马上进行报警。当遇到特殊紧急情况时，可按下紧急报警键，蜂鸣器进行报警。如图5所示。

图5按键部分

图6

指示灯和报警电路

4.指示灯和报警电路

在单片机的I/O

里会输出高低电平,在P20、P21和P22分别接上LED指示灯而P23接上蜂鸣器而蜂鸣器外接个8550的三极管起到开关作用，当三极管达到饱和状态下就驱动了蜂鸣器工作了。

（三）软件设计

1.主程序工作流程图开始

布防按键按下

倒计时结束

15秒倒计时开始

检测到有无

信号

蜂鸣器报警，发光二级管闪烁

紧急按键按下

Y

Y

N

蜂鸣器报警

结束

图7

主程序工作流程图

2.

报警判断程序

检测到脉冲信号后，表示有人闯入监控区，从而经过单片机内部程序处理后，驱动声光报警电路开始报警，持续报警,然后程序开始循环工作。

/******************红外报警处理**********************/

void

hongwai_dis()

{

if(flag_alarm

==

1)

//报警

{

red

=

~red;

//红灯报警

beep

=

~beep;

//蜂鸣器报警

}

if(flag_bufang_en

==

1)

//准备开始布防

{

green

=

~green;

//绿灯闪

}

if(flag_bufang

==

1)

//确认布防

{

green

=

0;

//如果延时布防成功

绿灯长亮

if(hw

==

1)

//红外有输出

{

flag_alarm

=

1;

}

}

}

（四）硬件调试

1.目测

单片机应用系统电路全部手工焊接在洞洞板上，因此对每一个焊点都要进行仔细的检查。检查它是否有虚焊、是否有毛剌等。

2.万用表测试

先用万用表复核目测中认为可疑的连线或接点，查看它们的通断状态是否与设计规定相符，再检查各种电源线与地线之间是否有短路现象。

3.加电检查

当系统加电时，首先检查所有插座或器件引脚的电源端是否有符合要求的电压值，接地端电压值是否接近零，接固定电平的引脚端是否电平正确。

4.联机检查

在对硬件电路调试过程中，还遇到了不少问题，第一次把所有的元件都焊上去后，都准备调试了，才发现正负电源的插针离得太近了，不容易接电源，本不该犯的错误，这些都是由于自己的粗心大意造成的，所以说，做任何事情都必需经过“三思而后行”，来不得半点的马虎，否则浪费了时间和精力。

（五）结论

单片机防盗报警器有两种模式，一种紧急报警模式，另一种布防报警模式。三个LED指示灯，当有报警时红色发光二极管闪烁报警，否则熄灭;绿色用做布防指示灯;黄色传感器信号指示灯（有信号就亮，否则灭）。按下布防键，系统计时20秒进入布防状态（此时绿色的灯闪烁），20秒后系统进入布防状态（此时绿色的亮长亮），此时当有人靠近时，红外热释电传感器信号输送给单片机，单片机接收到信号马上报警。.当遇到特殊情况时，按下紧急报警键，系统马上报警。

五：心得体会

在这次的课程设计中，自己学习到了很多以前没有没有经历过的知识，让我更加清楚了理论知识和实践能力的差别了，了解到自己的短处，培养了我的独立思考能力，进一步提高了自己在实际设计过程中研究问题、发现问题、解决问题的能力，同时，也发现了自己的不足之处，和一些问题的存在，并有待进一步学习和发展，让自己在未来的工作和学习之中更快的适应和提高自己。

六：参考文献

1.胡萍.串口通信的红外报警器的研制[J].计算机与现代化，2010（10）：15-16.

2.时德钢等.基于串口通信的红外报警器的研究[J].计算机测量与控制，2009,10（7）：480-482.

七：附录

（一）总体原理图设计

（二）PCB图

（三）程序源代码

#include

//调用单片机头文件

#define

uchar

unsigned

char

//无符号字符型

宏定义变量范围0~255

#define

uint

unsigned

int

//无符号整型

宏定义变量范围0~65535

#define

key_io

P1

uchar

key_can;

//

红外热释电平时为0

有输出为1

sbit

beep

=

P2^3;

//蜂鸣器定义

sbit

red

=

P2^2;

//红色发光二极管定义

sbit

green

=

P2^1;

//绿色发光二极管定义

sbit

yellow

=

P2^0;

//黄色发光二极管定义

sbit

hw

=

P1^3;

//红外热释传感器定义

bit

flag_300ms

=

0;

/****************独立按键处理函数************************/

void

key()

{

static

uchar

key_new

=

0,key_old

=

0,key_value

=

0;

if(key_new

==

0)

//按键松开

{

if((key_io

else

key_value

=

0;

if(key_value

>=

5)

//按键松开松手检测

{

key_value

=

0;

key_new

=

1;//按键松开后进入等待按键状态

}

}

else

{

if((key_io

else

key_value

=0;

if(key_value

>=

5)//按键按下消抖

{

key_value

=

0;

key_new

=

0;

//按键松开后进入等待松开按键状态

}

}

key_can

=

20;

if((key_new

==

0)

break;

//得到按键值

case

0x05:

key_can

=

2;

break;

//得到按键值

case

0x03:

key_can

=

3;

break;

//得到按键值

}

}

key_old

=

key_new;

}

/*************定时器0初始化程序***************/

void

time_init()

{

EA

=

1;

//开总中断

TMOD

=

0X01;

//定时器0工作方式1

ET0

=

1;

//开定时器0中断

TR0

=

1;

//允许定时器0定时

}

uchar

flag_alarm

;

//报警标志位

uchar

flag_bufang

;

//布防标志位

uchar

flag_bufang_en

;

//布防标志位使能

uint

flag_value;

//用做定时器的变量

/******************红外报警处理**********************/

void

hongwai_dis()

{

if(flag_alarm

==

1)

//报警

{

red

=

~red;

//红灯报警

beep

=

~beep;

//蜂鸣器报警

}

if(flag_bufang_en

==

1)

//准备开始布防

{

green

=

~green;

//绿灯闪

}

if(flag_bufang

==

1)

//确认布防

{

green

=

0;

//如果延时布防成功

绿灯长亮

if(hw

==

1)

//红外有输出

{

flag_alarm

=

1;

}

}

}

/******************对应不同按键处理**********************/

void

key_with()

{

if(key_can

==

1)

//按键紧急报警

{

flag_alarm

=

1;

//报警标志位

;

}

if(key_can

==

2)

//布防按键

{

flag_bufang_en

=

1;

}

if(key_can

==

3)

//取消报警

把变量清零

{

flag_alarm

=

0;

flag_bufang

=

0;

flag_bufang_en

=

0;

flag_value

=

0;

P2

=

0xff;

}

}

/******************主程序**********************/

void

main()

{

time_init();

while(1)

{

key();

yellow

=

~hw;

//红外热释电指示灯

有输出就亮黄灯

if(key_can

=

600)

//30秒

{

flag_bufang

=

1;

flag_bufang_en

=

0;

flag_value

=

0;

}

}

}

13

篇3：传感器课程设计报告--光控照明电路

传感器课程设计报告--光控照明电路 本文关键词：传感器，电路，课程设计，照明，报告

传感器课程设计报告--光控照明电路 本文简介：河北科技大学课程设计报告学生姓名学号：专业班级：电信111班课程名称：传感器原理及应用学年学期：2013—2014学年第一学期指导教师：陈书旺2013年12月课程设计成绩评定表学生姓名学号成绩专业班级电信111起止时间2013年12月30日至2014年1月3日设计题目光控照明电路指导教师评语指导教师

传感器课程设计报告--光控照明电路 本文内容：

河北科技大学

课程设计报告

学生姓名

学

号：

专业班级：

电信111班

课程名称：

传感器原理及应用

学年学期：

2

013—2

014学年第

一

学期

指导教师：

陈书旺

2

0

13

年

12

月

课程设计成绩评定表

学生姓名

学

号

成绩

专业班级

电信111

起止时间

2013年12月30日至2014年1月3日

设计题目

光控照明电路

指

导

教

师

评

语

指导教师：*年*月*日

目录

一、

设计目的·················································

二、

摘要

················································

三、

正文

················································

1、

设计题目

·················································

2、

电路图

················································

3、

电路原理

················································

4、

电路组成元件···············································

5、

元件明细表及部分元件图·····································

6、

实物图

·················································

四、心得体会

·················································

一、课程设计目的

1、掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会简单传感器控制电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。能在教师指导下，完成课题任务。

2、了解与课题有关的电子线路以及元器件工程规范，能按课程设计任务书的要求编写设计说明书，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图等。

3、

培养严肃认真的工作作风和科学态度。通过课程设计实践，逐步建立正确的生产观点、经济观点和全局观点，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。

4、了解与课程有关的电子电路以及元器件的工程技术规范，编写设计说明书。提高自己的动手能力，培养严肃、认真的工作作风和科学态度。

5、适应现代发展迅速的社会，光电产业的结合已经是未来光机电一体化趋势的代表。

二、摘要

利用了光敏二极管的光照特性，光敏二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对，称为光生载流子。

它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光敏二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。

关键字：光敏二极管

发光二极管

三、

正文

1、

设计题目：光控照明电路

2、

电路图：如下

3、

电路原理

电路通过光照的有无来控制照明电路的通断。选择光敏二极管作为光敏元件。通过转换电路将光信号转换为电信号。进一步控制照明电路。达到当有光线照射时，照明电路工作;当没有光线照射时，照明电路不工作的效果。

（1）电压滞回比较器：

（2）电压并联负反馈电路

电压并联负反馈放大电路是最常见的放大电路，在电压并联负反馈中存在着“虚短”和“虚断”的情况。虚短

Up=Un=0，Un=Uo-Rf*If，Rf=Uo/Rf

输入电流控制输出电压，使电流转化成电压。具有将电流转换成电压的功能。如图所示的电路中，反馈量取自输出电压Uo1,且转换成反馈电阻（上面的电阻R1）中通过的电流，并将与输入电流求差后放大。

4、

电路组成元件

光敏二极管

1

100

KΩ电阻

2

20KΩ电阻

2

10Ω电阻

1

1KΩ电阻

1

510Ω电阻

1

发光二极管

1

5v稳压管

1

电池盒

2

电路板

1

5、

元器件明细及部分图片

元件名称

作用

光敏二极管

光敏二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，产生电子---空穴对，称为光生载流子。光的强度越大，反向电流也越大。

发光二极管

发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。

稳压管

稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内，端电压几乎不变，表现出稳压特性。

光敏二极管

发光二极管

稳压管

6、

实物图

光照充足时：

无光照时：

四、

心得体会

此次设计不仅增强了自己在专业设计方面的信心，鼓舞了自己，更是一次兴趣的培养。通过这次课程设计学习，使我对电子工艺的理论有了更深的了解。这些知识不仅在课堂上有效，在日常生活中更是有着现实意义，也对自己的动手能力是个很大的锻炼。在实习中，我锻炼了自己动手能力，提高了自己解决问题的能力。通过本次实习培养了我理论联系实际的能力，提高了我分析问题和解决问题的能力，增强了独立工作的能力。此次课程设计，还学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，受益匪浅。今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目，最主要的是收获颇丰。

但是过程中也遇到了麻烦，如限流电阻选的太大等，经过完善，最终成功完成课设。