傳感器設計論文精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇傳感器設計論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

藍牙技術為藍牙特別興趣小組（SIG，SpecialInterestGroup）在1998年提出。它是一種新的短距離無線通信協議，是一種無線數據與語音通信的開放標準，目的是以無線的方式取代現有的有線接口。其優勢在于：具有很強的移植性，可應用于多種通信場合；硬件集成應用簡單，成本低廉，實現容易，而且易于推廣；藍牙功耗低，對人體危害??；采用擴頻跳頻技術，抗干擾能力強，增加了信息傳輸的安全性。藍牙系統支持點對點和一點對多點的通信。在一點對多瞇的連接方式中，多個藍牙單元共享一條信道，采用同一跳頻序列。各個藍牙設備構成的網絡稱為匹克網（Piconet）。匹克網中藍牙設備以主從方式實現通信。由于藍牙設備的物理尋址地址為3位，因此在同一時刻，匹克網最多只能激活8位設備（1主7從）；但不同時刻，多個匹克網可以構成一個可重疊的散射網絡結構。藍牙通信的有效半徑和其輸出的功率有關：當輸出功率是2類（2.5mW/4dB）時，通信范圍為15m；如果增加其功率到1類（4mW/20dB）時，就能使通信范圍達到100m。

2基本標準和協議的傳感器結構模型

基于IEEE1451.5和藍牙協議的無線網絡化傳感器由STIM、藍牙模塊和NCAP三部分組成，其體系結構如圖1所示。此方案的實現，相當于在IEEE1451.2的結構模型上取代了原有的TII接口。采用無線的藍牙協議實現連接，類似于實現了一個無線的STIM和無線NCAP接收終端的模式。通過在原有的STIM和NCAP中嵌入了藍牙模塊，構成的無線NCAP和無線STIM，以點對多點在藍牙匹克網以主從方式實現相互通信。

與典型的有線方式相比，上述無線網絡模型增加了兩個藍牙模塊。對于藍牙模塊部分標準的藍牙對外接口電路一般使用RS232或USB接口，而TII是一個控制鏈接到它的STIM的串行接口。因此，必須設計一個類似于TII接口的藍牙電路，構造一個專門的處理器來完成控制STIM和轉換數據到藍牙主控制接口HCI（HostControlInterface）的功能。

3藍虎無線抄表傳感器的設計

基于上述無線傳感器結構模型給出的無線抄表傳感器的結構原理，如圖2所示。整個傳感器核心部件是實現數據采集的前端STIM部分和實現網絡接口的NCAP部分。STIM完成數據的采集和處理（濾波、校準等），NCAP完成傳感器的網絡接口，實現對PSTN電話互網連。STIM和NCAP之間用藍牙無線接口連接。STIM選用8位處理器實現，而NCAP的網絡接口通過8位的處理器和內嵌Modem的形式實現。

（1）NCAP部分硬件設計

抄表傳感器NCAP硬件部分選用的處理器、藍牙模塊和內置Modem分別是Winbond公司的W78E58處理器、Erricsson公司ROM101008系列藍牙模塊以及OKI公司的調制解調芯片MSM7512B。

圖3

由于系統中藍牙模塊接口采用的是RS232串口，同時處理器和內置Modem的通信接口也要用到RS232串口，因此我們選用W78E58處理器。該處理器具有雙串口。ROK101008系列藍牙模塊遵從藍牙1.1規范，是一個點對多點的通信模塊。該模塊可以同時和在其范圍內被連接的7個藍牙從設備實現數據傳輸。MSM7512B為OKI公司推出的FSK模式調制解調器芯片，通過設置引腳MOD2和MOD1選擇四種工作模式的一種。MT8888C作為DTMF接收器時，DTMF信號從IN+和IN-輸入，一旦信息被寫入到接收寄存器中，MT8888C將置位狀態豁口中接收寄存器滿標志位和IRQ/CP端電平來通知控制器準備接收數據；MT8888C作為DTMF發送器時，數據被寫入發送寄存器，經內部轉換合成DTMF信號從TONE端輸出。本處采用中斷方式檢測DTMF振鈴信號。圖3為藍牙抄表傳感器NCAP部分的硬件電路原理。

（2）抄表傳感器NCAP部分軟件設計

抄表傳感器NCAP部分的軟件設計，主要是在單片機上完成兩部分功能的程序編制：一是初始化藍牙模塊，使抄表傳感器NCAP部分上主設備模塊和所有范圍內的從設備模塊建立連接；二是驅動MSM7512B和MT8888C工作，實現與PSTN的連接。

①藍牙模塊初始化。參照008藍牙模塊的工作方式，即通過單片機向藍牙模塊發送HCI（HostContr

olerInterface）分組。HCI指令包括指令分組、數據分組和事件分組。具體格式為：操作碼+參數總長+參數0+……+參數N。

如下給出主、從設備間實現ACL數據連接的HCI指令（字符對應相應指令的操作碼，由前10位和后6位兩部分組成，括弧內為該指令的參數）：從設備上電后實現查詢使能進行復位Write_scan_enable(0x3)。主設備發送查詢HCI指令Inquiry(0x9c8b33,8,0)，假定從設備的地址為0x000000000000,則建立ACI連接的HCI指令為Creat_Connection(0x000000000000,0xcc18,0,0,0,0)。從設備接收連接請求指令為Accept_connection_request(0x111111111111,0)，假定主設備的地址為0x111111111111。這樣主從設備之間即建立了ACL數據連接。其中Inquiry對應的操作碼為：0x0001,0x01。具體指令參見藍牙規范。②初始化MSM7512B和MT8888C。首先使能MSM7512B，選擇模式1。值得注意的是，復位MT8888C時，必須將上電后延時100ms。具體復位方式參見MT8888C數據手冊。

如下給出單片機的初始化程序及外部中斷0的服務程序。

/*初始化程序*/

TCON=0x40H;//Timer1使能

TMOD=0x20H;//Timer1為定時器，8位自動重裝TH1到TL1

CKCON=0x30H;//Timer1和Timer2時鐘為1/12CLOCK

SCON=0x50H//串口0模式1，波特率由Timer2決定

IE=0xD1H;//使能中斷（串口1和串口2以及INT0）

SCON1=0x50H;//串口1模式1，波特率由Timer1決定

T2CON=0x34H;//Timer2自動重裝RCAP2L到TL2，RCAP2H到T2H

WDCON=0x02H//Watchdog復位使能

TL1=0xFDH;TH1=0xFDH;TL2=0xFDH;TH2=0x00H;

RCAP2L=0xFAH;RCAP2H=0x00H;

/*初始值設置，設置串口1和串口2的波特率為9600bps*/

Init_008();//初始化藍牙模塊

Reset_mt8888c();//復位MT8888C

P1^0=1;P0=0x00H;//使能MSM7512，選擇模式1

/*外部中斷0的服務程序*/

voidservice_int0()interrupt0

{SendRecord();//傳送監測記錄……}

（3）STIM的設計

大多數傳大吃一驚器的STIM部分設計相對簡單，因為電表數據采集的功能比較單一。圖4為STIM數據采集部分的原理框圖。

硬件設計時，電表數據采集部分和傳統的有線方式一樣，只是硬件上增加了藍牙模塊作為和上層藍牙傳感器NCAP的無線接口。數據采集部分經光電轉換后的數字脈沖接到單片機的計數器口，實現計數，然后將必要的電表數據量送至藍牙模塊。單片機遷移家長普通的8031即可，模塊選用的是ROK101008系列。軟件上除了要注單片機上完成數據采集的部分程序外，上電時還應該初媽嘩藍牙模塊，使模塊能夠在其有效范圍被搜索連接。數據采集部分程序主要是實現對計數器的計數，同時轉換成電表參量，然后徑藍牙模塊送到NCAP。

4基于藍牙抄表傳感器的抄表系統

篇(2)

關鍵詞：陣列傳感器混沌電路開關電容A/D轉換信號采集

引言

隨著機器人技術和復雜檢測系統的出現，人們對觸覺傳感器提出了更高的要求。隨著觸覺陣列規模的擴大，希望A/D轉換速度加快，而原先在小規模陣列觸覺傳感器系統中采用的共用A/D轉換器的方法，已不能滿足大規模陣列觸覺傳感器信號采集實時性的要求。因此，要想實現高速、高分辨率并且對小信號敏感的大規模陣列觸覺傳感器信號采集系統，關鍵部件就是A/D轉換器。

本文利用混沌帳篷映射方法和開關電容（SC）技術，設計了一種新型A/D轉換器。該A/D轉換器的電路具有調理放大、誤差補償和A/D轉換功能一體化的優點，并且電路簡單、便于集成、功耗??；能以很高的性能價格比實現多路觸覺傳感器輸出信號的并行采樣和A/D轉換。

1陣列觸覺傳感器信號采集系統的組成

模擬式陣列觸覺傳感器信號采集系統的原理電路見圖1。該系統由m×n陣列傳感器、列讀取電路、行掃描電路、n個ADC電路、時序控制電路和計算機等組成。在時序控制電路的控制下，行掃描電路對m行陣列觸覺傳感器發送周期性激勵信號；而列讀取電路則周期性地并行讀入n列輸出信號。讀n個信號經n個A/D轉換器，把模擬信號轉換成格雷碼序列直接送到計算機；計算機完成格雷碼向二進制碼的轉換，接著在時序邏輯的控制下，讀取下一行的n列信號并進行A/D轉換。計算機在獲得1幀m×n觸覺傳感器信號后，就可以進行信號處理了。圖1中除A/D轉換器需要特殊設計外，其余各電路都有現有的產品，沒有特殊要求。

2混沌開關電容A/D轉換器的設計

2.1混沌開關電容A/D轉換的原理

利用開關電容技術進行誤差補償的基本原理是電荷的再分配。電容失配誤差利用開關轉換儲存起來，結果由電容上電荷的再分配而得到補償?；煦鐜づ裼成涫且环N離散非線性系統，其映射關系為：

這一映射可以看到由兩步組成：先將區間[0,1]伸長2倍，然后再壓縮成原區間[0,1]。如此反復迭代操作，最終導致相鄰點的指數分離，從而進入混沌狀態。這種映射對初始值（系統的輸入信號）的放大與通常的線性放大方法不同：線性放大倍數為一常數，而且受工作范圍限制；而處于混沌狀態的帳篷映射系統，是在有界的區間內，迭代1次將信號放大2倍，反復有限次迭代后，可以將微弱信號放大到可觀測的水平，而不會出現溢出再現象。顯然，這是一種非線性放大。帳篷映射系統的輸入值Vin對應于系統的初始狀態x0。x0可以二進制小數表示：

為了得到離散帳篷映射的迭代輸出與x0的關系，引入另一種非線性映射——離散貝努利移位是映射：

這一映射的作用是每迭代一次，就將二進制位t1、t2、t3、……向左依次移出一個二進制位，即

對于貝努利移位映射，令bn=sgn(x''''n-0.5)，作為貝努利移位映射的第n次迭代輸出，由于bn=tn,且bi(i=0,1,2,…)是一個二進制序列；對于帳篷映射，令gn=sgn(xn-0.5)，則gi是與bi對應的格雷碼序列，即

根據上述和初始時刻x0=x''''0=Vi，可得：

因此，通過將帳篷映射迭代輸出的格雷碼序列gi(i=0,1,2,…)，轉換成貝努利移位映射的二進制序列bi(i=0,1,2，…)，可推算出初始值（輸入信號的二進制數字量），即

式（7）中{Vin}表示輸入信號的二進制數字量。gi(i=0,1,2,…)就是經過帳篷映射完成了對輸入信號的非線性放大和A/D轉換的格雷碼形式的數字量。

2.2混沌開關電容A/D轉換電路的實現

利用并關電容技術進行電路設計，有其獨特的優點：電路的性能與電容無關，只取決于電容之比，兩個電容比值的誤差小于1/1000，因此電路運算精度高；電路便于實現大規模集成，因而電容體積小、工作可靠、成本低，功耗?。ㄒ粋€開關電容A/D轉換器功耗4mW）等。這些優點對模擬式陣列觸覺傳感器信號采集系統最有利，因此該系統需要大量的ADC。

圖2混沌開關電容A/D轉換電路

基于帳篷映射的開關電容A/D轉換電路如圖2所示。運放A1、A2及周圍的電路完成帳篷映射，即完成對輸入信號的非線性放大和A/D轉換；C4、C5、A3及周圍的電子模擬開關組成保持電路，輸出信號V0為輸入信號的格雷碼形式的數字量。圖3為電路時序控制邏輯。

圖2電路，當啟動信號為高電平時，電子模擬開關指向“1”端，輸入信號Vi接通。延時t1時間后，D觸發器產生一個脈沖信號，這時，若0≤Vi≤0.5，則電子模擬開關S1指向“2”端，C1、C3和A2及有關的電子模擬開關構成一個開關電容比例延時器，如圖4所示。在（n-1）T時，Vi給C1充電，充電電荷為C1Vi（n-1），C3被短路，V02(n-1)=0;在nT時，C1中電荷轉移到C3中，充電電荷為C3V02（n），由電荷守恒原理，其差分方程為：

C1Vi(n-1)=C3[V02(n)-V02(n-1)]=C3V02(n)(8)

式（8）經過Z變換可得該電路Z域傳遞函數：

H（Z）=V02(Z)/Vi(Z)=(C1/C3)Z-1(9)

若取C3=0.5C1，則有：

H（Z）=V02(Z)/Vi(Z)=(C1/C3)/Z-1=(C1/0.5C1)Z-1=2Z-1(10)

可見，圖4的電路具有起放大作用的比例延時功能，實現了對輸入信號的翻倍，即實現了y=2x的運算；同時對C4充電，當下一個“o”脈沖為高電平時，C4中電荷轉移到C5中，這時開關S0指向“2”端，把輸出信號Vo反饋到輸入端，給C1充電，實現迭代運算。經過n次迭代后，使Vi信號入大，直到可觀測為止。

同理，當0.5≤Vi≤1時，Vi向C2充電，電子模擬開關S2指向“2”端，這時，C2、C3和A2構成另一個開關電容比例延時器，把式（9）中的C1換成C2，就是這個比例延時器的Z域傳遞函數?！癳”脈沖為高電平時，C2中電荷Q=C2Vi轉換到C3中，若取C3=0.5C2,就實現了y=2(1-x)的運算；當下一個“o”脈沖為高電平時，C4中電荷轉移到C5中，這時開關S0指向“2”端，把輸出信號Vo反饋到輸入端，給C2充電，實現迭代運算。經過n次迭代后，使Vi信號放大到可觀測為止。

這樣，經過一個周期T，完成了對Vi一個樣點的采集。如此周而復始地進行A/D轉換工作。D觸發器輸出的信號就是格雷碼序列：

將gk序列和初始條件b0=Q0代入式（6）中，就得到貝努利二進制序列bk（k=0,1,2,…）。當然，只要把ADC的輸出信號Vo(格雷碼序列)送入計算機，轉換成二進制數字量的工作，可由計算機通過軟件來實現。

3實驗結果

利用圖4的信號系統對5×7應變式微型陣列傳感器輸出的信號進行非線性放大和A/D轉換實驗，實驗結果見表1。表1中為第4行7個傳感器輸出信號進行A/D轉換的結果。實驗結果表明，基于帳篷映射的開關電容A/D轉換器可有效地實現對小信號的放大和A/D轉換。

4結論

本文利用混沌電路對小信號敏感及它具有的非線性變換的獨特性能，設計了混沌帳篷映射開關電容新型A/D轉換器。這種A/D轉換器適用于機器人模擬陣列觸覺傳感器輸出信號的A/D轉換。它集調理放大和A/D轉換于一體，具有電路簡單、易于集成及功耗小的特點。開關電容電路只有二相時鐘，電路性能只取決于兩個電容之比而與電容絕對值無關，因而電路運算精度高、成本低。利用該A/D轉換器可實現多路觸覺信號的并行采樣和A/D轉換，以滿足大規模陣列傳感器信號的實時采集要求。實驗結果證明了本方法的有效性。

表1A/D轉換實驗結果

傳感器（4，1）（4，2）（4，3）（4，4）（4，5）（4，6）（4，7）

測量值/mV0806718824617025

計算值/mV0.080.266.4187.5242.3168.924.7

格雷碼

gog1…g6g700000000000111110001100100101000001000010011111000000101

篇(3)

【關鍵詞】溫度 at89s52 nrf9e5

1 引言

由于在局部的溫度通常具有不一致性，因此在檢測環境溫度時，傳統的單一測點測量溫度的方法并不能夠準確說明實際的溫度信息。在同一環境中，對多點進行溫度測量，能夠有效解決這一問題，使得溫度測量更加準確。但是多點溫度測量的溫度測量點比較分散，如果使用傳統的有線布線方式的話，則系統設計復雜，十分麻煩。本論文設計了一種基于無線傳輸的溫度采集系統，采用了nrf9e5無線芯片，主控芯片采用的是at89s52單片機，溫度測量的傳感器為ds18b20[1]。

本論文首先介紹系統整體設計方案，然后分別簡要介紹硬件電路設計以及部分軟件程序設計。

2 系統方案

無線數據傳輸按照傳輸方式的不同，可以分為：點對點、點對多點以及多點對多點。本論文所設計的系統由主控芯片51單片機、主接收器以及多個測量終端組成。每個測量終端都是通過無線傳輸模塊nrf9e5傳遞數據，進而形成無線傳輸的溫度采集系統。系統框圖如圖1所示。

將相應的溫度傳感器分布在所要測量環境的不同位置，就能夠精確評估環境溫度。然后再將這些測量得到的溫度經過無線通信模塊發送到主控芯片上，主控芯片對數據進行處理和顯示。

3 硬件電路設計

3.1 無線數據傳輸模塊

nrf9e5具有和8051相互兼容的微控制器，但是時序和指令都與其有些差別。nrf9e5與cpu的數據交換是通過串口來進行的。

nrf9e5和其他模塊通信主要是通過自身內部的并行口和內部的spi口。nrf9e5與nrf905等具有一樣的功能。收發器在與微控制器進行數據交換的過程中，主要是通過片內的spi和并行口。在要傳輸通信的數據準備好之后，就能夠產生中斷，供微控制器使用。

3.2 溫度測量電路

溫度檢測的方法有很多，比如采用熱電偶等。但是本論文采用的是ds18b20溫度傳感器。該溫度傳感器采用的是one-wire總線，即只采用一根信號線與單片機進行連接。該測溫傳感器能夠測量零下55度到125攝氏度的溫度范圍，同時分辨率能夠達到0.5攝氏度。工作電壓范圍很寬，一般為3.0至5.5v。

3.3 主控芯片

本論文設計的數據采集器使用的主控芯片是at89s52單片機。msc-51單片機是八位的非常實用的單片機。本論文所使用的at89s52單片機就是基于這款單片機的。msc-51單片機的基本架構被atmel公司購買，繼而在其基本內核的基礎上加入了許多新的功能，同時擴展了芯片的容量以及加入flash閃存等等。51內核的單片機具有很多優點，因此無論是在工業上還是在一些電子產品上應用都很多。全球也有許多大公司對其進行擴展，加入新的功能。即使是在今天，51單片機仍然在控制系統中占據很大市場。

下面對本論文所使用的單片機作簡要介紹。這款單片機具有最大能夠支持的64k外部存儲擴展，同時還具有8k字節的flash空間。該單片機具有4組i/o口，分別是從p0到p3，同時每組端口具有8個引腳。每個引腳除了能夠作為普通的輸入和輸出端口外，還具有其它功能，也就是我們通常所說的引腳復用。其還具有斷電保護、看門口、計時器和定時器。51單片機一般的工作電壓是5v。

4 軟件設計

4.1 通信協議

本系統為單點對多點的無線通信，主接收器在可靠通信范圍內分別與每個數據終端通信。主接收器與每個數據終端都有一個唯一的地址，因此在通信過程中必須明確接收方的地址。系統通信協議定制如表1所示。

4.2 溫度測量程序

本論文采用的溫度傳感器是one-wire總線的器件，與主控芯片進行一根數據線連接，就能夠同時實現數據和時鐘信號的雙向傳輸。但是這樣就要求主控芯片的時序必須具有嚴格的要求。在出廠之前，每個器件的rom上都光刻上64位的編碼，這個編碼地址序列是唯一的，我們可以通過這個編碼地址序列來進行多

點的組網。但是本論文所設計的溫度采集系統，在每一個結點只是用一個溫度傳感器，因此在程序中并不需要讀取其rom編碼。

5 總結

在實際的溫度測量過程中，測量單點的溫度往往并不能夠準確反映實際溫度信息，需要對同一環境進行多次測量，同時要對多個溫度節點進行測量。但是多點溫度測量的溫度測量點比較分散，如果使用傳統的有線布線方式的話，則系統設計復雜，十分麻煩。本論文設計了一種基于無線傳輸的溫度采集系統，采用了nrf9e5無線芯片，主控芯片采用的是at89s52單片機，溫度測量的傳感器為ds18b20。本論文首先介紹系統整體設計方案，然后分別簡要介紹硬件電路設計以及部分軟件程序設計。

參考文獻

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篇(4)

【關鍵詞】硬幣計數定量 伺服電機

少量的硬幣使用在日常生活中帶來方便，但是硬幣的回收，計數分裝和打包就非常的麻煩。銀行，超市，娛樂場所等硬幣的收付，清點和包裝的自動化程度很低，基本靠手工操作，難度大，效率低。目前市場上已經存在的硬幣處理裝置功能單一，自動化程度低，并且依然需要大量的人工配合才能實現?；谶@種現狀，本論文研究并實現了一種硬幣計數定量打包裝置，自動化程度高，可以有效的節省人工成本，提供效率。

1 硬幣計數定量打包裝置系統結構

本設計由伺服電機控制系統，硬幣自動計數裝置，硬幣自動分裝定量打包裝置組成。硬幣計數裝置采用了光纖傳感器和壓力傳感器的雙重控制，確保系統更高的精度。當硬幣計數裝置計數到預設值時，系統通過中央控制系統對伺服電機系統發出指令，驅動伺服電機驅動電路來操控伺服電機。本系統中使用的是無刷直流伺服電機，具有體積小，重量輕，響應快，慣性小，力矩穩定等優點。分裝打包裝置由一系列的機械結構組成，通過伺服電機的帶動進行工作。

2 硬幣計數定量打包裝置的機械設計

本系統的機械結構圖2如圖所示，伺服電機控制系統包括伺服電機（1），壓力傳感器，光纖傳感器，伺服放大器組成。伺服電機裝在四角機架（14）下端，壓力傳感器，光纖傳感器，伺服放大器分別與伺服電機相連。伺服電機輸出軸通過聯軸器依次連接硬幣自動分裝定量打包裝置和硬幣自動計數裝置。硬幣自動分裝定量打包裝置包括主動軸（3），軸承座（4）以及軸承，槽輪（12），分度臺（11），收集管（10）拔插以及鎖止環（13），主動軸下端連接聯軸器（2），上端連接軸承座和軸承，軸承座和軸承固定到四角機架上。主動軸中間固定連接拔插及鎖止環，拔插及鎖止環與槽輪配合連接構成槽輪系統。硬幣自動計數裝置包括凸輪（5），拉簧（6），集幣管（8），運幣滑塊（9）。凸輪與主動軸連接，并且通過滾輪和運幣滑塊連接，運幣滑塊與拉簧連接。集幣管底部裝有用于檢測硬幣重量的壓力傳感器，運幣滑塊上面通過支座（7）安裝用于硬幣計數的光纖傳感器。

3 硬幣計數定量打包裝置軟件設計

本設計采用人機交互伺服控制系統，凸輪滑塊間歇式硬幣推送裝置，針孔式光纖傳感計數器，自帶壓力傳感器的集幣器，槽輪聯動式分度臺，自動封口包裝硬幣收集管配合實現。

硬幣完成分類后經過滑道依次滑至集幣管，光纖傳感計數器和集幣管底部的壓力傳感器先后對硬幣進行技術，反饋檢測數據到中央控制器，并且根據數據判斷是否一致，如果不一致則進行重新分揀。在傳感器計數時，人機交互界面會顯示硬幣的數額。當硬幣的數目和質量參數共同確定硬幣的個數達到用戶的設定值，伺服電機驅動主動軸帶動凸輪旋轉，運幣滑塊移動，將定量硬幣送入收集管，運幣滑塊推送命令完成后在拉簧的作用下完成復位，等待下一次循環命令。同時安裝在主動軸上的拔插鎖止環拔動槽輪，驅動聯動式分度臺旋轉五分之一圈，收集管工作就緒，硬幣掉入收集管，包裝袋受硬幣掉入時的沖擊自動完成口袋的封合，完成一次硬幣定量打包動作。

4 系統測試

在系統調試成功之后對系統進行了正確性的測試，對硬幣的計數定量進行了測試。系統分別對100枚，500枚，1000枚硬幣進行了預設值為10的計數定量。結果如表1所示，系統在100個，500個和100個硬幣的測試表現中，表現穩定，沒有任何的錯誤。

5 總結

本論文設計并實現了一種硬幣計數定量打包系統，由伺服電機系統，硬幣自動計數裝置，硬幣自動分裝定量打包裝置組成。本論文闡述了系統框架的設計，機械機構的設計以及軟件系統的設計，并且對系統進行了測試，測試結果反應本系統擁有很高的可靠性，計數快速，定量準確，有效的提升了工作效率。同時本設計采用了大量的自動化設置，降低了人工成本。

參考文獻

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作者簡介

任少華，男，碩士研究生。

楊寶山，男，碩士研究生。

施小明，男，原上海理工大學機械工程學院黨總支書記，現上海理工大學監察處處長。

作者單位

1.上海理工大學光電信息與計算機工程學院 上海市 200093

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【關鍵詞】壓力傳感器；電磁敏感性；電磁兼容；模擬退火算法；仿真軟件分析

電磁兼容是指設備或系統在其電磁環境中符合要求運行并不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁干擾的能力[1-2]。電磁敏感性是指存在電磁騷擾的情況下，裝置、設備或系統能夠避免性能降低的能力。在具體論文研究中，將針對傳感器的電磁兼容問題，提出優化設計方案，確保提升傳感器的電磁敏感性。

1.提高傳感器電磁敏感性原因

傳感器在運行過程中需具有有一定的抗電磁干擾性[3]，電磁干擾除影響傳感器的正常工作外，對人體健康也會造成有害的影響，這樣的傳感器在實際使用中是不安全的[4-5]，所以需要提高傳感器的電磁敏感性，使傳感器符合電磁兼容要求。文中所指的傳感器，對外界的電磁影響可以忽略不計，故只需要研究傳感器的抗電磁干擾性，并提高傳感器的電磁敏感性。

2.影響傳感器電磁敏感性主要因素

2.1電磁干擾源因素。在傳感器運行過程中，由于會受到來自外界的無線電發射裝備、高速數字電子設備、整機電氣設備的靜電放電、接觸噪聲、電路的過度現象、電磁波反射現象等的影響，產生電磁干擾，從而降低傳感器的電磁敏感性[6]。2.2電磁耦合途徑因素。在傳感器設計中，其電路板上的引線、元器件都會產生電流，也都有電位，因此會在電路板上產生電磁場，若是傳感器的電路布線和元器件的布置不合理時，會對傳感器正常運行產生寄生耦合干擾，外界介質按電磁場的規律向傳感器周圍空間發射電磁干擾，也會降低傳感器的電磁敏感性[7]。

3.傳感器電磁敏感性優化設計

3.1運用模擬退火算法優化

傳感器電磁兼容通常需要滿足GJBl5lA-1997標準，若是僅運用傳感器單層外殼屏蔽的方式并不能滿足電磁兼容要求，因此可運用模擬退火算法，原理圖見圖1，不僅能夠避免受到初始條件的約束，也可以找出能夠解決電磁干擾的最佳方案，從而提高壓力傳感器的電磁敏感性。圖1模擬退火算法原理圖1）初始溫度t0的選取t0要選取的足夠大，Johnson等建議通過計算若干次隨機便換目標函數平均增量的方法來確定t0的值。其中，為上述平均增量，x0為初始接收率，一般取0.8～1之間的數。2）溫度衰減函數的選取一個常用的溫度衰減函數是其中，α取0.5～0.99之間的數，固定控制參數值的衰減步數K，把區間[0,t0]劃分為K個小區間，把溫度衰減函數取為：3）Markov鏈的長度Lk的選取固定長度：Lk通常取為問題規模n的一個多項式函數。有接受和拒絕的比率來控制Lk：當溫度很高時，Lk應盡量小，隨著溫度的漸漸下降，Lk逐步增大。4）終止溫度tf（停止準則）的選取用循環總數控制法、接收概率控制法等進行選取。

3.2運用仿真軟件分析優化

運用Protues（英國LabCenterElectronics公司出版的EDA工具軟件）軟件進行傳感器電磁兼容仿真，仿真分析傳感器的電磁敏感性薄弱環節，從而有針對性的進行相應優化，在優化設計后明顯縮小了磁場的聚集點范圍，大大削弱電磁干擾強度，傳感器的電磁敏感性得到了提高，仿真圖見圖2。

3.3提高電磁敏感性的其它方法

3.3.1電磁屏蔽用屏蔽體將干擾源包封起來，或用屏蔽體將傳感器包封，使傳感器免受外界空間電磁場的影響。屏蔽技術雖然能有效地阻斷電磁干擾的傳播通道，但又會使傳感器維修不便，并導致重量、體積和成本的增加，所以應采用合理的措施。3.3.2優化信號設計傳輸信息的電信號需要占用一定的頻譜。為盡量減小電磁干擾，對有用信號應規定必要的最小占用帶寬，這有賴于優化信號波形。3.3.3完善線路設計應設計和選用自身發射小、抗干擾能力強的電阻線路作為傳感器的單元電路。3.3.4合理布局合理布局包括系統設備內各單元之間的相對位置和電纜走線等，其基本原則是使感受器和干擾源盡可能遠離，輸入與輸出端口妥善分隔，高電平電纜及脈沖引線與低電平電纜分別敷設，通過合理布局能使干擾減小到最小程度。3.3.5濾波濾波是借助抑制元件將有用信號頻譜以外不希望通過的能量加以抑制，它既可以抑制干擾源的發射，又可以抑制干擾源頻譜分量對敏感設備、電路或元件的影響，濾波能十分有效地抑制傳導干擾。3.3.6接地與搭接不管是否與大地有實際連接，只要為電源和信號電流提供了回路和基準電位，就通稱為接地。電子設備接地是抑制噪聲和防止干擾的重要措施之一。設計中如能周密設計地線系統，使用接地、濾波和屏蔽等措施，能有效提高傳感器的電磁敏感性。

4.實例仿真分析解決電磁干擾

取三只傳感器，按GJBl51A、GJBl52A條件進行試驗，分析比較傳感器在優化設計前和試驗中的零位輸出值，相關數據見表1。由表1可以看出，優化設計后的傳感器其電磁敏感性得到了很大的提高。

5.結論

綜上所述，傳感器由于受到電磁干擾的影響，會降低傳感器的電磁敏感性，因此需要對傳感器進行優化設計，可運用模擬退火優化算法和仿真軟件分析來預測傳感器頻能量分布的聚集點與畸變點，合理調整傳感器設計方案，并對傳感器做好電磁屏蔽、優化信號設計、完善線路設計、合理布局、濾波、接地與搭接等，對提高傳感器的電磁敏感性，解決傳感器的電磁干擾，能發揮積極的應用價值。

作者:雷鋼 王長虹 齊虹 劉亞娟 劉濤 單位:中國電子科技集團公司第四十九研究所

參考文獻

[1]曹俊,鄭潔.共軌壓力傳感器的電磁兼容性試驗研究[J].車輛與動力技術,2014.

[2]陳竹健,楊敏,夏狀東.機車用壓力傳感器電磁兼容設計[J].機車電傳動,2016.

[3]陳得民.機動車MEMS壓力傳感器電磁兼容測試[J].上海計量測試,2015.

[4]楊開宇,譚天洪,高印寒等.基于HFSS仿真分析的控制箱電磁兼容[J].實驗室研究與探索,2014.

[5]李彥芳,楊曉斌,鄭璐等.一種高精度壓力傳感器的設計與實現[J].電子設計工程,2016.

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關鍵詞：電氣控制，絞車，拖體

 

一． 拖體絞車功能設計需求

在拖曳式多參數剖面測量系統的定型研制中，為滿足系統整體小型化安裝和使用的需要，拖體絞車采用了雙層導流套排纜的設計方式，提出了對絞車實時的張力、纜長和纜速等信號進行的測量顯示的要求，并要提供和上位機的數據通信功能，以便系統總控軟件對絞車的狀態信息進行遠程實時監控和采集。本電氣控制設計主要通過PLC的模塊化功能設計，保證了絞車所需功能的實現。

二． 絞車的基本電氣控制特性

拖體絞車采用了SEW變頻電機和變頻控制器。SEW電機具有變速穩定、噪聲小、體積緊湊等優點，特別是減速機的工藝水平和齊全的型號滿足了多領域的應用需求。

在電氣控制功能方面，SEW電機可以采用專用的變頻器控制，也可采用第三方的變頻控制設備。SEW的變頻器附帶有專用的配置軟件，多樣的控制連接總線，便于構成多電機系統或者復雜的工業控制系統。免費論文參考網。絞車電機的工作參數可以通過變頻器擴展面板或者上位機的配置軟件來連線進行。

根據絞車工作基本需求，在絞車控制柜面板上設置正、反轉，變速調節，緊急停車等控制按鈕，另外根據人性化的工作需要，對電源連接和系統功能正常設置監視燈，以便于操作人員及時了解絞車的工作狀態，分析解除系統故障。

三． 絞車的擴展電氣控制功能

絞車設備中為采集收放纜長度以及拖纜所受張力的信息，添加了纜長測試單元和力傳感器。針對絞車的雙層排纜結構和力傳感器安裝特性，傳感器數據的修正和放纜狀態相互關聯。由此設計了纜長和張力的采集和自動修正程序，保證了絞車參數的準確可靠性，滿足設備正常工作需要。

1、纜長和纜速測量

纜長測量是根據電機轉動的圈位信號換算而得。在電機上安裝了編碼器，能隨著電機的轉動情況產生脈沖信號，PLC中的計數單元對脈沖信號進行計數處理，換算出電機轉動圈數對應的走纜長度。

纜速的測量的是根據定時間隔算得的纜長變化量，通過PLC的間接計算獲得。

這其中，由于絞車采用了雙層排纜技術，兩層排纜卷筒的直徑有較大差異，需要在排纜卷筒切換前后，更替纜長計算的參數，保證獲得的數據準確性。在實際設計中采用了固定纜長自動切換和手動纜長切換兩種方式，在絞車纜長切換位置基本不變的情況下，在固定的纜長位置切換計算參數，自動獲得纜長和纜速信息，而在絞車纜長切換位置存在較大誤差時，允許手動修正排纜切換點，保證誤差的及時消除。

2、張力測量

在絞車卷筒出纜位置和前端導纜輪之間添加了固定位置的測力輪，測力輪的軸直接采用了一個力負載傳感器，通過配套的后置放大電路，將信號以電平方式傳給PLC的AD轉換單元，從而獲得張力信號。

張力測力輪的安裝方式和張力的修正密切相關。張力的準確修正需在傳感器安裝固定以后，通過實驗測試實際拖纜張力和傳感器測得的法向應力，比較相互間關系，通過插值擬合獲得準確的修正公式。絞車排纜卷筒的直徑變化，也會使修正公式發生變化，在實際應用中要對不同卷筒分別進行張力擬合，還需和纜長換算一樣，同步卷筒的切換狀態，實現張力修正公式的自動切換。

3、顯控通信功能

為使絞車操作人員及時獲得絞車收放纜過程的狀態，通過在控制臺面板上添加觸摸顯示屏將PLC獲得的纜長、纜速及張力信號及時反饋給操作人員。通過在PLC上添加通信單元，將信號數據以485方式傳送給遠端的上位機，來進行遠程監控和信息保存。

四． 絞車電氣設計經驗

在絞車的實際加工生產和調試過程中，結合實際的生產和測試條件，對絞車的各項設計功能進行了及時的調整和改進，不僅保證了產品更好的質量和性能，并且獲得了許多有益的設計心得和經驗。

1、系統的選型

本套設計方案的實施，選用了三菱公司的PLC產品。三菱PLC在中國市場上得到非常廣泛的應用，產品的眾多系列品種保證了整套電氣設計功能的實現便利性和靈活性，對于系統設計的功能擴展和可靠性保證起到了很好的保障作用。

2、PLC編程的方法

絞車的擴展功能多利用PLC來實現，在PLC的算法設計上類似于單片機的底層編程方式，需要對PLC的硬件性能和工作特殊方式較深入的了解，在算法的實現上要更多考慮到系統優化。如在纜速的換算過程中，由于要在更新速率和顯示精度上達到匹配協調，需要充分了解計算單元的精度位數，實際問題出現的數據范圍，調整計算次序來保證運算精度。

3、張力換算方法

準確的進行張力測量是一個程序復雜，實踐性強的問題。要獲得準確的張力，不僅要有好的傳感器，還要有好的設計安裝，最后還需要有一個細致的測試修正過程。在本絞車設計中，張力傳感器采用瑞士的LB系列軸應力傳感器，該傳感器本身具有良好的線性精度設計，應力變化的準確性非常高。絞車的張力測量設計采用了纜對壓力輪法向壓力的方式，通過設計的定角度安裝位置，保證了對纜張力轉化參數的一致性。在后期的張力校準調試中，對兩層卷筒分別進行了多工作位置，多導向輪角度的工作張力測試，最后獲得的擬合公式僅采用一次多項式就達到了設計指標提出的±10%測量值誤差的精度。

五． 絞車電氣設計的改進提高

雙層導流套排纜絞車的設計是拖體絞車的創新設計，在這第一次設計中難免存在不盡完善的地方。作為電氣控制設計部分能夠改進和提高之處有很多。免費論文參考網。

l電氣接插件的選型和改進

絞車電氣由于初次設計，對于配套成熟產品的選型方面了解得不夠深入，選用的電氣、信號接插電纜都限于點對點連接，這樣在絞車的電纜拆裝方面有不夠方便簡潔的問題。絞車電機本身的控制電纜就有四組：電源三相進線、電機控制的三相線、剎車控制線、風機三相線，外加傳感器的編碼器線和張力傳感器線，以及和遠端通信的信號線，堆在控制柜后的電纜就密密匝匝。在安裝和拆卸時不僅繁瑣，而且容易出現錯誤。如果采用了合適的接插設備，不僅在安裝上簡便、安全，而且外觀上也整齊大方。在產品的專業性上就顯得更為到家。免費論文參考網。

l軟件的設計和優化

基于PLC的軟件設計，專一性比較強，程序的優化提高的需要有一定時間的應用熟練和磨合提高。同樣功能的軟件，在代碼上的優化，小則提高運行的速度和效率，大則可以避免出現bug和系統錯誤的危險。要開發出人機界面友好，簡潔易用的軟件也需要多了解真實工作中操作習慣和安全規范，絞車軟件的完善提高也需要經歷這樣一個應用－反饋－改進的過程。

l控制功能方式的改型和提高

絞車的電氣控制功能有很多可以提升和變通改進的地方，通過本型絞車電氣功能的設計，在將來的絞車電氣控制設計中可以有更多的發揮應用。比如通過遠端連線和監控可以實現操控人員的遠程絞車收放，通過無線控制設備的添加，可以滿足操控人員靈活換位等等。如同軟件設計，控制方式的搭配變化也可以孕育出滿足不同類型需要的控制功能，使得產品有更廣闊的市場空間。

參考文獻：

[1]10kN電動拖曳絞車試驗大綱，QF4.028.010MX-SY

[2]SEW Movidrive MDX60B/61B 操作手冊，版本01/2005

[3]三菱微型可編程控制器手冊，2006版

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關鍵詞： 頻率響應分析； 側碰傳感器； 模態； MSC Nastran

中圖分類號： U461.91文獻標志碼： B

0引言

側面碰撞傳感器的主要作用是檢測車身上碰撞傳感器所在位置的加速度信號，并將信號發送至安全氣囊ECU控制單元，由ECU識別加速度信號，并判斷是否需要點火.

汽車在行駛過程中，會受到發動機、變速器、傳動軸和道路等內部和外界的激勵，這些激勵的范圍幾乎覆蓋從低頻到中高頻幾乎所有頻率.受內部和外界激勵的作用，側碰撞傳感器安裝點有共振的可能.當發生共振時，安裝點會出現較大的振幅，此時側碰傳感器采集到的異常加速度信號會傳遞給安全氣囊ECU，當安全氣囊ECU誤認為達到碰撞減速度閾值時，會導致安全氣囊的誤爆，給顧客人身安全和公司財產帶來不必要的損失.因此，必須在產品設計階段對傳感器安裝位置的頻率響應特性進行預測，保證其頻率響應特性曲線滿足廠家對產品安裝位置的要求.[1]利用MSC Nastran頻率響應分析功能對某車型碰撞傳感器安裝點進行仿真分析，以驗證其性能能否滿足目標要求.

1分析理論

在MSC Nastran頻率響應分析中，有兩種不同的數值方法供選擇：直接法（SOL108）和模態法（SL111）[2]，本文采用模態法對側碰傳感器安裝點進行頻率響應分析.

模態頻率響應分析是主模態分析的擴展.作為推導的第一步，假定x=ξ（ω）eiωt （1）將變量從物理坐標u（ω）轉換到模態坐標ξ（ω）.因為很少用到所有的模態，所以上式通常是近似代換.

7結論

通過CAE分析與實測試驗的相關性對比研究發現，利用MSC Nastran強大的頻率響應分析功能，在設計初期對汽車電子產品固定點進行頻率響應分析是可行的，并且可以盡早的驗證設計的有效性，為性能設計提供數據支持.

參考文獻：