传感器在生活中的应用毕业论文.docx

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1、毕 业 论 文题 目：传感器在生活中的应用所属系部：机电工程学院专业班级：机电一体化技术11-2班学生姓名：xxx指导老师：xxx2014年6月18日15摘 要21世纪的现在，各种家用电器进入生活，智能手机，数码相机等高科技现代化的家电设备大大丰富了人们的生活和工作，但很多人却不了解这些高科技设备一些贴心的功能是如何实现的，例如：智能手机在放在耳边接听电话时自动的关闭屏幕，以免误操作；数码相机不使用胶卷就可以拍摄照片；空调的温度可以依人的意愿自动保持，电饭锅在饭做好的时候可以自动跳闸，断开电源；楼道灯在有人走动的时候才会自动亮起等。这些看似很神奇的功能全都依靠电器设备内部各种各样传感器的支持。

2、本文对传感器的定义、原理、分类、作用进行了介绍，并对传感器在生活中应用的实例常用家用电器内部应用的一部分传感器进行了简单的研究，研究了这些传感器在家电设备中各自起到的作用，例如传感器如何实现温度的控制，电源的开关等。在现代，相对于过去而言，各种家用电器的应用，使生活变得更加便利，而且越来越向智能化发展。相信不久的未来生活中，加入各种传感器的各种家电设备必然会更加的智能和贴心。因此文章的最后还对传感器在生活中应用的未来智能家居进行了一些展望。关键词：传感器；应用；智能家居目 录摘 要11传感器的定义32传感器的原理结构33传感器的分类34传感器的作用45传感器的应用55.1 智能手机55.2电脑

3、85.3数码相机85.4空调105.5自动门115.6楼道照明125.7电饭锅136结论137参考文献14传感器在生活中的应用一、传感器的定义传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC:International Electro technical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gospel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的系统”。传感器是传感系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。传感器把

4、某种形式的能量转换成另一种形式的能量。有两类：有源的和无源的。有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源。二、传感器的原理结构在一段特制的弹性轴上粘贴上专用的测扭应片并组成变桥，即为基础扭矩传感器；在轴上固定着：(1)能源环形变压器的次级线圈，(2)信号环形变压器初级线圈，(3)轴上印刷电路板，电路板上包含整流稳定电源、仪表放大电路、V/F变换电路及信号输出电路。在传感器的外壳上固定着：（1）激磁电路，(2)能源环形变压器的初级线圈(输入)，(3) 信号环形变压器次级线圈(输出)，(4)信号处理电路。三、传感器的分类传感器大概可以分为以下九类：（1）按传感器的所属学科

5、分类可分为物理型、化学型和生物型。（2）按传感器的转换原理分类可分为电阻式、电感式、电容式等。（3）按传感器的用途分类可分为温度、压力、流量等。（4）按传感器的转换过程中的物理现象分类可分为结构型和物性型。（5）按传感器的转换过程中的能量关系分类可分为能量转换型和能量控制型。（6）按传感器输出量的形式分类可分为模拟式和数字式。（7）按传感器的功能分类可分为传统型和智能型。（8）按传感器输出参数分类可分为（9）按传感器的转换原理分类可分为电阻型、电容型、电感型及互感型等。各种不同形式的传感器：压力传感器 霍尔传感器光传感器 水位传感器四、传感器的作用现在的信息技术发展革命，用人自身感觉器官既无法

6、得到准确的数据，同时对很多无法用器官感测的事物不得不望而止步，而传感器就是一种代替人的感觉器官来获取信息、数据的媒介。在工业生产中，对于高精密的产品要借助各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。在医学中，借助传感器能够更好分析病因，得到一个好的治疗方案。在科研究中，传感器更具有突出的地位。许多领域人的感官还有简易的传感器根本无法得到精确的数据，必须借助高精密的传感器来实现分析测量。例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到 cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万

7、年的天体演化，短到 s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一般情况下传感器产生的电压（流）等物理量的信号值都是相当弱的，难以带动执行机构去实现控制动作，所以一般都是与将传感器各种门电路、放大电路结合在一起使用。传感器的一般模式：（5）传感器的应用：智能手机：距离传感器：手机中使用的

8、是近距离传感器。一般都在手机听筒的两侧或者是在手机听筒凹槽中，这样便于它的工作。当用户在接听或拨打电话时，将手机靠近头部，距离传感器可以测出之间的距离到了一定程度后便通知屏幕背景灯熄灭，拿开时再度点亮背景灯，这样更方便用户操作也更为节省电量。距离感应主要是利用各种元件检测对象物的物理变化量，通过将该变化量换算为距离，来测量从传感器到对象物的距离位移的机器。根据使用元件不同，分为光学式位移传感器、线性接近传感器、超声波位移传感器等。光线传感器从2002年的诺基亚7650(7650还带有扬声器感应)开始，便有了光线传感器，它的好处就是可以根据手机所处环境的光线来调节手机屏幕的亮度和键盘灯。比如在光

9、线充足的地方，屏幕很亮，键盘灯就会关闭；相反，在暗处，键盘灯就会亮，屏幕较暗(与屏幕亮度的设置也有关系)，这样既保护了眼睛又节省了能量，一举两得。光线传感器位于前摄像头旁边的一个小点，如果在光线充足的情况下（室外或者是灯光充足的室内），大概在2-3秒之后，键盘灯会自动熄灭，即使你再操作机子，键盘灯也不会亮, 除非到了光线比较暗的地方，又一个键盘灯才会自动的亮起来；如果在光线充足的情况下，你试着用手将光线感应器遮上， 2-3秒之后，键盘灯会自动亮起来，这个就是光线感应器的作用，是起到一个节电的功能。光线、距离感应器在手机上的实际应用重力传感器现大部分的智能机都使用到重力传感器，使手机更加的人性化

10、，重力传感器在手机横竖的时候屏幕会自动转，在玩游戏可以代替上下左右，比如说玩赛车游戏，可以不通过按键，将手机平放，左右摇摆就可以代替模拟机游戏的方向左右移动了。手机重力感应指的是手机内置重力摇杆芯片，支持摇晃切换所需的界面和功能，翻转静音，甩动切换视频等，是一种非常具有使用乐趣的功能。红外线传感器在几年前智能手机还没出现的时候，功能机遍布天下，有些生产商就突发奇想的把红外传感器植入手机从而使手机具有了遥控器的功能，但由于实用性太差被淘汰了，现在智能机大行其道一些高端智能手机重拾了这一功能。得益于智能机强大的性能，这一功能被发挥得淋漓尽致。通过红外遥控器，可以遥控电视，空调等很多可以遥控的家电设

11、备，不失为一个实用的功能。双元热释电红外传感器温度传感器手机中的温度传感器应用，可以准确的显示当前的温度，帮助用户更便捷地了解气候变化，及时添衣减衣。未来手机还有可能在一些手持设备中加入湿度和气压传感器，提醒他们及时补充水分和调节空间温湿度，去高海拔地区游玩可以精确的知道自己所处位置的海拔高度。有很多传感器用户不是很熟悉的传感器，比如：陀螺仪传感器、加速度传感器，他们也为手机的功能实现做了不小的贡献。陀螺仪传感器就是内部有一个陀螺，它的轴由于陀螺效应始终与初始方向平行，这样就可以通过与初始方向的偏差计算出实际方向。手机里陀螺仪传感器实际上是一个结构非常精密的芯片，内部包含超微小的陀螺。陀螺仪传

12、感器测量是参考标准是内部中间在与地面垂直的方向上进行转动的陀螺。通过设备与陀螺的夹角得到结果。陀螺仪传感器对设备旋转角度的检测是瞬时的而且是非常精确的，能满足一些需要高分辨率和快速反应的应用比如FPS游戏（现代战争3.4）的瞄准。而且陀螺仪配合加速计可以在没有卫星和网络的情况下进行导航，这是陀螺仪的经典应用。加速度传感器是用来检测手机受到的加速度的大小和方向的，而手机静置的时候是只受到重力加速度的，所以很多人把加速度传感器功能又叫做重力感应功能。加速度传感器的强项在于测量设备的受力情况。对但用来测量设备相对于地面的摆放姿势，则精确度不高。加速度传感器可用于有固定的重力参考坐标系、存在线性或倾斜

13、运动但旋转运动被限制在一定范围内的应用。同时处理直线运动和旋转运动时，就需要把加速度传感器和陀螺仪传感器结合起来使用。如果还想设备在运动时不至于迷失方向，就再加上磁力计。电脑：温度传感器温度传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。计算机发展到现在，效能不断的推陈出新，越来越多的新功能被添加到计算机上。因此计算机需要处理繁重的数据，依赖于CPU和GPU的协同合作，造成计算机内部温度上升很高，为了不烧毁硬件，在计算机内部植入传感器检测温度就变得理所当然。热敏电阻和集成温度传感器是笔记本电脑常用的两种温度传感器，以下就介绍下这两种温度传感器的工作原理及使用。1、热敏电阻热敏电阻按温度对电阻特性变化一

14、般可分为正温度系数热敏电阻、负温度系数热敏电阻及临界温度系数热敏电阻。正温度系数热敏电阻及临界温度系数热敏电阻的电阻特性会在特定温度发生急剧变化，适合用于定温度检测或限制在较小的温度范围内。负温度系数热敏电阻主要为氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物的复合烧结体，这些金属氧化物材料都具有半导体性质，当温度较低时，半导体内的电子-空穴对儿数目较少，因此电阻较高。当温度升高时，热敏电阻内的电子-空穴对儿数量增加，因此导电率增加，电阻值下降。2、集成温度传感器集成温度传感器是目前笔记本电脑普遍采用的温度传感器，具有精确度高、响应速度快、体积小、功耗低、软件界面控制方便等优点。图4为典型

15、集成温度传感器框图。温度检测的主要机制为集成温度传感器内部的电流源和ADC，集成温度传感器的工作原理是利用半导体PN结正向压降在不同的温度下具有不同导通压降的特性进行温度测量的。电脑里温度的检测是很重要的，而且CPU也是他温度检测的重要目标之一。无论是Intel或AMD的CPU，CPU内部都含有提供远程温度检测用的二极管，以提供温度传感器，直接检测CPU内部管芯的温度，并对其进行精确的温度控制。同样在电脑里需要用到检测的有图像处理芯片，内存，硬盘，光驱等等。温度检测的目的也就是让电脑的嵌入式微控制器能对电脑作适当的电源管理及热管理。精确的温度传感器检测能让系统发挥最高的效能，精确的温度传感器检

16、测能降低系统噪音并延长计算机电池使用时间，精确的温度传感器检测能提高系统稳定性，增加产品竞争力。数码相机：图像传感器数码相机之所以能够拍摄图像，跟相机内一个元件有莫大的关系，这个元件就是图像传感器。现在的数码相机和手机相机的图像传感器共有两种：CCD和CMOS。CCD与CMOS传感器是当前被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用感光二极管(photodiode)进行光电转换，将图像转换为数字数据，而其主要差异是数字数据传送的方式不同。造成这种差异的原因在于：CCD的特殊工艺可保证数据在传送时不会失真，因此各个象素的数据可汇聚至边缘再进行放大处理；而CMOS工艺的数据在传送距离较长时会产生噪声，

17、因此，必须先放大，再整合各个象素的数据。由于数据传送方式不同，因此CCD与CMOS传感器在效能与应用上也有诸多差异，这些差异包括：1. 灵敏度差异：由于CMOS传感器的每个象素由四个晶体管与一个感光二极管构成(含放大器与A/D转换电路)，使得每个象素的感光区域远小于象素本身的表面积，因此在象素尺寸相同的情况下，CMOS传感器的灵敏度要低于CCD传感器。2. 成本差异：由于CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺，可以轻易地将周边电路(如AGC、CDS、Timing generator、或DSP等)集成到传感器芯片中，因此可以节省外围芯片的成本；除此之外，由于CCD采用电荷传递的方式

18、传送数据，只要其中有一个象素不能运行，就会导致一整排的数据不能传送，因此控制CCD传感器的成品率比CMOS传感器困难许多，即使有经验的厂商也很难在产品问世的半年内突破50%的水平，因此，CCD传感器的成本会高于CMOS传感器。3. 分辨率差异：如上所述，CMOS传感器的每个象素都比CCD传感器复杂，其象素尺寸很难达到CCD传感器的水平，因此，当我们比较相同尺寸的CCD与CMOS传感器时，CCD传感器的分辨率通常会优于CMOS传感器的水平。例如，目前市面上CMOS传感器最高可达到210万象素的水平(OmniVision的OV2610，2002年6月推出)，其尺寸为1/2英寸，象素尺寸为4.25m

19、，但Sony在2002年12月推出了ICX452，其尺寸与OV2610相差不多(1/1.8英寸)，但分辨率却能高达513万象素，象素尺寸也只有2.78mm的水平。4. 噪声差异：由于CMOS传感器的每个感光二极管都需搭配一个放大器，而放大器属于模拟电路，很难让每个放大器所得到的结果保持一致，因此与只有一个放大器放在芯片边缘的CCD传感器相比，CMOS传感器的噪声就会增加很多，影响图像品质。5. 功耗差异：CMOS传感器的图像采集方式为主动式，感光二极管所产生的电荷会直接由晶体管放大输出，但CCD传感器为被动式采集，需外加电压让每个象素中的电荷移动，而此外加电压通常需要达到1218V；因此，CC

20、D传感器除了在电源管理电路设计上的难度更高之外(需外加 power IC)，高驱动电压更使其功耗远高于CMOS传感器的水平。举例来说，OmniVision近期推出的OV7640(1/4英寸、VGA)，在 30 fps的速度下运行，功耗仅为40mW；而致力于低功耗CCD传感器的Sanyo公司去年推出了1/7英寸、CIF等级的产品，其功耗却仍保持在90mW以上，虽然该公司近期将推出35mW的新产品，但仍与CMOS传感器存在差距，且仍处于样品阶段。CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS传感器，而CMOS传感器则具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点。不过，随着CCD与CMOS传感

21、器技术的进步，两者的差异有逐渐缩小的态势，例如，CCD传感器一直在功耗上作改进，以应用于移动通信市场(这方面的代表业者为Sanyo)；CMOS传感器则在改善分辨率与灵敏度方面的不足，以应用于更高端的图像产品。CCD和CMOS两种传感器实物及结构图（左为CCD）空调：温度传感器（1）、室内环境温度传感器室内环境温度传感器通常安装在室内机热交换器的出风口处，它的主要作用有三个：一是在制冷或制热期间检测室内的温度，控制压缩机转速的运行时间；二是在自动运行模式下控制工作状态；三是控制室内风扇的转速。（2）、室内盘管温度伟感器室内盘管温度伟感器采用金属外壳，安装在室内热交换器的表面上，它的主要作用有四个

22、：一是制冷期间防过冷保护，二是制热期间防过热保护，三是控制室内风扇电机的转速，四是制热期间用于辅助室外除霜。（3）、室外环境温度传感器室外环境温度传感器通过塑料架安装在室外热交热交换器上，它的主要作用有两个：一是在制冷或制热期间检测室外的环境温度，另一个是用直于控制室外风机转速。（4）、室外盘管温度伟感器室外盘管温度伟感器采用金属外壳，安装在室外热交换器的表面上，它的主要作用有三个：一是制冷期间防过热保护，二是制热期间防冻结保护，三是除霜期间控制热交换器的温度。（5 ）、压缩机排气温度传感器压缩机排气温度传感器也采用金属外壳，它安装在压缩机排气管上，它的主要作用有两个：一是通过检测压缩机排气管

23、温度，控制膨胀阀的开起度的压缩机的转速；二是用于排气管过热保护。自动门：自动门感应器主要有微波自动门感应器和红外自动门感应器。波微感应器：又称微波雷达，对物体的移动进行反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所。它的特点是一旦在门附近的人员不想出门而静止不动，雷达便不再反应，自动门就会关闭，有可能出现夹人现象。红外感应器：通过对物体的温度识别，来确定物体的存在并进行反应，不管人员是否移动，只要处于感应器的扫描范围内，它都会反应。红外感应器的缺点是:一，反应速度比微波感应器慢；二，夏天环境温度与人体温度接近或者冬天穿太多衣服都有可能感应不到人体的存在。也有微波与红外结合在一起的感应

24、器，但是价格比较昂贵，市场上用的不多。自动门感应器的原理感应探测器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行，同时监控马达转数，以便通知马达在一定时候加力和进入慢行运行。马达得到一定运行电流后做正向运行，将动力传给同步带，再由同步带将动力传给吊具系统使门扇开启；门扇开启后由控制器做出判断，如需关门，通知马达作反向运动，关闭门扇。自动门楼道照明:光敏传感器光传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光

25、信号的变化即可。光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。大家一定有过这样的经历，晚上在一个漆黑的楼道里，只需要发出一点声音或者用力踏一下脚，楼道里的灯光就会如约亮起，这就是光敏和声敏元件协同合作的结果。楼道声光控线路板电饭锅：电饭锅，家具生活中必不可少的电器之一，电饭锅及类似器具的传感器，经历半个世纪的产品实践，已经有磁钢温控和热敏电阻两种。在过去十几年间磁钢温控电饭锅占据着国内主流市场。但是现在逐渐被数字温控电饭锅所替代，但是其实质的原理依然没变电饭锅中应用了温度传感器，它的主要元件是感温铁氧体。感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁的粉

26、末混合物烧结而成的，它的特点是：常温下具有铁磁性，能够被磁铁吸引，但是温度上升到约103时，就失去了铁磁性。这个温度被称为该材料的“居里点”或“居里点”按下开关感应磁体与感应磁体相接触，同时两个触电相接触，电热板电源接通。在永磁体的作用下开关不会复原，持续进入加热阶段。而当温度达到“居里点”时，感温铁氧体失去磁性，触点断开，停止加热，开关跳起提醒我们饭做好了。电饭锅实物和工作原理图结论通过对一部分家用电器设备内部传感器的研究，可以更清楚地感受到各种传感器对我们现代生活的影响，并且发挥着越来越大的作用，并且不可替代。甚至可以说，传感器一定程度上促使了现在家电的形成。现在，在家电中加入各种传感器，

27、更会使得产品更加的具有科技感，增加产品的竞争力。用户使用起来也会更加的方便，这已经成为一种趋势。智能电视，以及现在正在热潮的可穿戴计算设备的兴起，在谷歌，苹果等大公司的引领下，人们会发现，在自己的生活中已经到处都是传感器的身影，人们已经离不开他了，而传感器，正在悄悄改变着世界。而在未来，像某些科幻电影中的镜头：主人公回到家中，随着门锁被主人开启，家中的安防系统自动解除警戒，走廊灯缓缓点亮，空调和通风系统自动启动运行，动听的背景交响乐轻轻奏起。主人公坐在沙发上，只需要动动手做出一个手势，或者发出一个语音指令，就可以控制家中任意一个电器。晚上，主人公上床休息，在他躺下来的那一刻，所有窗帘都自动关闭，入睡前，床头边的面板上，晚安的灯光按钮亮起，放置在面板上的通讯设备自动进入静音模式，所有需要关闭的灯光和电器设备自动关闭，同时安防系统处于警戒状态。这些场景中有的现在已经实现，有的还在梦想当中，但是借助于传感器，这些令人向的舒适生活场景，一定也将会在不久实现。甚至，体贴入微的机器人管家、保姆也会进入普通人的生活，我相信，到那时传感器肯定会以于今时不同的面貌，继续改变我们的生活。参 考 文 献1纪宗南、鲍育新：新型传感器及其应用 J, 集成电路应用，1998年.2何希才.传感器及其应用电路M.北京：电子工业出版社，2001.3陈杰，黄鸿.传感器与感测技术M.北京：高等教育出版社，2002.