時間：2023-05-05 17:01:53
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇傳感器論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
關(guān)鍵詞：傳感器變送器選用
一、一體化溫度變送器
一體化溫度變送器一般由測溫探頭（熱電偶或熱電阻傳感器）和兩線制固體電子單元組成。采用固體模塊形式將測溫探頭直接安裝在接線盒內(nèi)，從而形成一體化的變送器。一體化溫度變送器一般分為熱電阻和熱電偶型兩種類型。
熱電阻溫度變送器是由基準(zhǔn)單元、R/V轉(zhuǎn)換單元、線性電路、反接保護(hù)、限流保護(hù)、V/I轉(zhuǎn)換單元等組成。測溫?zé)犭娮栊盘栟D(zhuǎn)換放大后，再由線性電路對溫度與電阻的非線性關(guān)系進(jìn)行補(bǔ)償，經(jīng)V/I轉(zhuǎn)換電路后輸出一個與被測溫度成線性關(guān)系的4～20mA的恒流信號。
熱電偶溫度變送器一般由基準(zhǔn)源、冷端補(bǔ)償、放大單元、線性化處理、V/I轉(zhuǎn)換、斷偶處理、反接保護(hù)、限流保護(hù)等電路單元組成。它是將熱電偶產(chǎn)生的熱電勢經(jīng)冷端補(bǔ)償放大后，再帽由線性電路消除熱電勢與溫度的非線性誤差，最后放大轉(zhuǎn)換為4～20mA電流輸出信號。為防止熱電偶測量中由于電偶斷絲而使控溫失效造成事故，變送器中還設(shè)有斷電保護(hù)電路。當(dāng)熱電偶斷絲或接解不良時，變送器會輸出最大值（28mA）以使儀表切斷電源。一體化溫度變送器具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省引線、輸出信號大、抗干擾能力強(qiáng)、線性好、顯示儀表簡單、固體模塊抗震防潮、有反接保護(hù)和限流保護(hù)、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。一體化溫度變送器的輸出為統(tǒng)一的4～20mA信號；可與微機(jī)系統(tǒng)或其它常規(guī)儀表匹配使用。也可用戶要求做成防爆型或防火型測量儀表。
二、壓力變送器
壓力變送器也稱差變送器，主要由測壓元件傳感器、模塊電路、顯示表頭、表殼和過程連接件等組成。它能將接收的氣體、液體等壓力信號轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電流電壓信號，以供給指示報(bào)警儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器等二次儀表進(jìn)行測量、指示和過程調(diào)節(jié)。
壓力變送器的測量原理是：流程壓力和參考壓力分別作用于集成硅壓力敏感元件的兩端，其差壓使硅片變形（位移很小，僅μm級），以使硅片上用半導(dǎo)體技術(shù)制成的全動態(tài)惠斯登電橋在外部電流源驅(qū)動下輸出正比于壓力的mV級電壓信號。由于硅材料的強(qiáng)性極佳，所以輸出信號的線性度及變差指標(biāo)均很高。工作時，壓力變送器將被測物理量轉(zhuǎn)換成mV級的電壓信號，并送往放大倍數(shù)很高而又可以互相抵消溫度漂移的差動式放大器。放大后的信號經(jīng)電壓電流轉(zhuǎn)換變換成相應(yīng)的電流信號，再經(jīng)過非線性校正，最后產(chǎn)生與輸入壓力成線性對應(yīng)關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)電流電壓信號。
壓力變送器根據(jù)測壓范圍可分成一般壓力變送器（0.001MPa～20MP3）和微差壓變送器（0～30kPa）兩種。
三、液位變送器
1、浮球式液位變送器
浮球式液位變送器由磁性浮球、測量導(dǎo)管、信號單元、電子單元、接線盒及安裝件組成。
一般磁性浮球的比重小于0.5，可漂于液面之上并沿測量導(dǎo)管上下移動。導(dǎo)管內(nèi)裝有測量元件，它可以在外磁作用下將被測液位信號轉(zhuǎn)換成正比于液位變化的電阻信號，并將電子單元轉(zhuǎn)換成4～20mA或其它標(biāo)準(zhǔn)信號輸出。該變送器為模塊電路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，電路內(nèi)部含有恒流反饋電路和內(nèi)保護(hù)電路，可使輸出最大電流不超過28mA，因而能夠可靠地保護(hù)電源并使二次儀表不被損壞。
2、浮簡式液位變送器
浮筒式液位變送器是將磁性浮球改為浮筒，它是根據(jù)阿基米德浮力原理設(shè)計(jì)的。浮筒式液位變送器是利用微小的金屬膜應(yīng)變傳感技術(shù)來測量液體的液位、界位或密度的。它在工作時可以通過現(xiàn)場按鍵來進(jìn)行常規(guī)的設(shè)定操作。
3、靜壓或液位變送器
該變送器利用液體靜壓力的測量原理工作。它一般選用硅壓力測壓傳感器將測量到的壓力轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)放大電路放大和補(bǔ)償電路補(bǔ)償，最后以4～20mA或0～10mA電流方式輸出。
四、電容式物位變送器
電容式物位變送器適用于工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中進(jìn)行測量和控制生產(chǎn)過程，主要用作類導(dǎo)電與非導(dǎo)電介質(zhì)的液體液位或粉粒狀固體料位的遠(yuǎn)距離連續(xù)測量和指示。
電容式液位變送器由電容式傳感器與電子模塊電路組成，它以兩線制4～20mA恒定電流輸出為基型，經(jīng)過轉(zhuǎn)換，可以用三線或四線方式輸出，輸出信號形成為1～5V、0～5V、0～10mA等標(biāo)準(zhǔn)信號。電容傳感器由絕緣電極和裝有測量介質(zhì)的圓柱形金屬容器組成。當(dāng)料位上升時，因非導(dǎo)電物料的介電常數(shù)明顯小于空氣的介電常數(shù)，所以電容量隨著物料高度的變化而變化。變送器的模塊電路由基準(zhǔn)源、脈寬調(diào)制、轉(zhuǎn)換、恒流放大、反饋和限流等單元組成。采用脈寬調(diào)特原理進(jìn)行測量的優(yōu)點(diǎn)是頻率較低，對周圍元射頻干擾、穩(wěn)定性好、線性好、無明顯溫度漂移等。
五、超聲波變送器
超聲波變送器分為一般超聲波變送器（無表頭）和一體化超聲波變送器兩類，一體化超聲波變送器較為常用。一體化超聲波變更新器由表頭（如LCD顯示器）和探頭兩部分組成，這種直接輸出4～20mA信號的變送器是將小型化的敏感元件（探頭）和電子電路組裝在一起，從而使體積更小、重量更輕、價格更便宜。超聲波變送器可用于液位。物位測量和開渠、明渠等流量測量，并可用于測量距離。
六、銻電極酸度變送器
銻電極酸度變送器是集PH檢測、自動清洗、電信號轉(zhuǎn)換為一體的工業(yè)在線分析儀表，它是由銻電極與參考電極組成的PH值測量系統(tǒng)。在被測酸性溶液中，由于銻電極表面會生成三氧化二銻氧化層，這樣在金屬銻面與三氧化二銻之間會形成電位差。該電位差的大小取決于三所氧化二銻的濃度，該濃度與被測酸性溶液中氫離子的適度相對應(yīng)。如果把銻、三氧化二銻和水溶液的適度都當(dāng)作1，其電極電位就可用能斯特公式計(jì)算出來。
銻電極酸度變送器中的固體模塊電路由兩大部分組成。為了現(xiàn)場作用的安全起見，電源部分采用交流24V為二次儀表供電。這一電源除為清洗電機(jī)提供驅(qū)動電源外，還應(yīng)通過電流轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的直流電壓，以供變送電路使用。第二部分是測量變送器電路，它把來自傳感器的基準(zhǔn)信號和PH酸度信號經(jīng)放大后送給斜率調(diào)整和定位調(diào)整電路，以使信號內(nèi)阻降低并可調(diào)節(jié)。將放大后的PH信號與溫度被償信號進(jìn)行迭加后再差進(jìn)轉(zhuǎn)換電路，最后輸出與PH值相對應(yīng)的4～20mA恒流電流信號給二次儀表以完成顯示并控制PH值。
七、酸、堿、鹽濃度變送器
酸、堿、鹽濃度變送器通過測量溶液電導(dǎo)值來確定濃度。它可以在線連續(xù)檢測工業(yè)過程中酸、堿、鹽在水溶液中的濃度含量。這種變送器主要應(yīng)用于鍋爐給水處理、化工溶液的配制以及環(huán)保等工業(yè)生產(chǎn)過程。
酸、堿、鹽濃度變送器的工作原理是：在一定的范圍內(nèi)，酸堿溶液的濃度與其電導(dǎo)率的大小成比例。因而，只要測出溶液電導(dǎo)率的大小變可得知酸堿濃度的高低。當(dāng)被測溶液流入專用電導(dǎo)池時，如果忽略電極極化和分布電容，則可以等效為一個純電阻。在有恒壓交變電流流過時，其輸出電流與電導(dǎo)率成線性關(guān)系，而電導(dǎo)率又與溶液中酸、堿濃度成比例關(guān)系。因此只要測出溶液電流，便可算出酸、堿、鹽的濃度。
酸、堿、鹽濃度變送器主要由電導(dǎo)池、電子模塊、顯示表頭和殼體組成。電子模塊電路則由激勵電源、電導(dǎo)池、電導(dǎo)放大器、相敏整流器、解調(diào)器、溫度補(bǔ)償、過載保護(hù)和電流轉(zhuǎn)換等單元組成。
八、電導(dǎo)變送器
它是通過測量溶液的電導(dǎo)值來間接測量離子濃度的流程儀表（一體化變送器），可在線連續(xù)檢測工業(yè)過程中水溶液的電導(dǎo)率。
由于電解質(zhì)溶液與金屬導(dǎo)體一樣的電的良導(dǎo)體，因此電流流過電解質(zhì)溶液時必有電阻作用，且符合歐姆定律。但液體的電阻溫度特性與金屬導(dǎo)體相反，具有負(fù)向溫度特性。為區(qū)別于金屬導(dǎo)體，電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電能力用電導(dǎo)（電阻的倒數(shù)）或電導(dǎo)率（電阻率的倒數(shù)）來表示。當(dāng)兩個互相絕緣的電極組成電導(dǎo)池時，若在其中間放置待測溶液，并通以恒壓交變電流，就形成了電流回路。如果將電壓大小和電極尺寸固定，則回路電流與電導(dǎo)率就存在一定的函數(shù)關(guān)系。這樣，測了待測溶液中流過的電流，就能測出待測溶液的電導(dǎo)率。電導(dǎo)變送器的結(jié)構(gòu)和電路與酸、堿、鹽濃度變送器相同。
九、智能變送器
智能式變送器是由傳感器和微處理器（微機(jī)）相結(jié)構(gòu)而成的。它充分利用了微處理器的運(yùn)算和存儲能力，可對傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括對測量信號的調(diào)理（如濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換等）、數(shù)據(jù)顯示、自動校正和自動補(bǔ)償?shù)取?/p>
微處理器是智能式變送器的核心。它不但可以對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、存儲和數(shù)據(jù)處理，還可以通過反饋回路對傳感器進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使采集數(shù)據(jù)達(dá)到最佳。由于微處理器具有各種軟件和硬件功能，因而它可以完成傳統(tǒng)變送器難以完成的任務(wù)。所以智能式變送器降低了傳感器的制造難度，并在很大程主上提高了傳感器的性能。另外，智能式變送器還具有以下特點(diǎn)：
1.具有自動補(bǔ)償能力，可通過軟件對傳感器的非線性、溫漂、時漂等進(jìn)行自動補(bǔ)償。可自診斷，通電后可對傳感器進(jìn)行自檢，以檢查傳感器各部分是否正常，并作出判斷。數(shù)據(jù)處理方便準(zhǔn)確，可根據(jù)內(nèi)部程序自動處理數(shù)據(jù)，如進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理、去除異常數(shù)值等。
1傳感器技術(shù)的研究現(xiàn)狀
傳感器是一種檢測裝置，其測量對象是被檢測系統(tǒng)的信息，然后將其以不同的形式進(jìn)行傳輸、處理和管理等工作，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對被檢測系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)的自動測量和控制。簡單來說，傳感器的作用就是類似于人的感覺器官，幫助機(jī)電一體化系統(tǒng)探索和發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)當(dāng)中存在的問題。因此，將傳感器技術(shù)應(yīng)用于檢測機(jī)電一體化系統(tǒng)的操作對象以及運(yùn)行環(huán)境狀態(tài)，能夠精確、快速的獲取機(jī)電一體化系統(tǒng)的運(yùn)作信息，有效地提高了機(jī)電一體化系統(tǒng)的運(yùn)行水平。目前，傳感器技術(shù)已經(jīng)被廣泛用于人們的生活和生產(chǎn)當(dāng)中，引起了人們的高度重視。但是與此同時，由于傳感器技術(shù)在我國的起步較晚，在發(fā)展過程中仍然存在著一些局限性，因此為了提高傳感器技術(shù)的精確度，還需要對其進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)與完善。
2傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用價值
機(jī)電一體化技術(shù)包含機(jī)械制造技術(shù)、微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)以及人工智能技術(shù)等多方面內(nèi)容，在發(fā)展過程中直接導(dǎo)致了自動化技術(shù)的產(chǎn)生。而從某種程度上說，傳感器技術(shù)是機(jī)電一體化發(fā)展過程中不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)，影響著機(jī)電一體化系統(tǒng)的自動化程度，具有非常重要的應(yīng)用價值。
2.1傳感器技術(shù)在機(jī)械加工過程中的應(yīng)用
眾所周知，在機(jī)械加工的過程中，需要檢測的地方有很多，下面將從兩個個方面進(jìn)行簡要介紹：第一，將傳感器技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械的切削過程和機(jī)床運(yùn)行過程。現(xiàn)階段，在切削方面，傳感器技術(shù)主要是對切削過程中的機(jī)械設(shè)備切削力的變化狀態(tài)進(jìn)行控制，通過分析這個過程當(dāng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的了解，保證切削過程的順利進(jìn)行，提高切削過程的生產(chǎn)效率，以及降低材料的消耗量。將傳感器技術(shù)應(yīng)用到機(jī)床的運(yùn)行當(dāng)中，主要是為了對機(jī)床的驅(qū)動系統(tǒng)、溫度進(jìn)行檢測，從而保證機(jī)床運(yùn)行的安全性，通過分析得到的相應(yīng)參數(shù)，從而不斷提高機(jī)床的運(yùn)行效率和精度。第二，將傳感器技術(shù)應(yīng)用到工件的生產(chǎn)過程。與切削和機(jī)床的運(yùn)行過程相比，工件的生產(chǎn)過程監(jiān)視是非常重要，而且研究和應(yīng)用也是最早、最多的。首先，在加工之前需要對所用的加工設(shè)備和坯件進(jìn)行自動檢查，從而保證加工過程的正常進(jìn)行，比如說自動判斷和調(diào)整坯件的夾持方位等；其次，在加工過程中，也有嚴(yán)格的要求，對切削的剫、力度、扭矩等參數(shù)都需要進(jìn)行自動檢測，以保證加工條件處于最佳狀態(tài)，除此之外，對于在這個過程中加入傳感技術(shù)的其他目的還在于提高切削過程的生產(chǎn)效率；最后，在加工完成之后還需要對工件的合格與否進(jìn)行測量，例如工件的尺寸、粗糙程度、形狀等，由于檢查的過程比較繁瑣和復(fù)雜，所以這些檢測需要能夠自動的進(jìn)行，并且可以將檢測結(jié)果直接輸入到下一道程序，從而選用合格的產(chǎn)品。
2.2傳感器技術(shù)在汽車行業(yè)中的應(yīng)用
近年來，隨著傳感器技術(shù)在汽車行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代汽車不斷朝著智能化、小型化和電子化發(fā)展，進(jìn)入了全新時期。目前，在汽車的制造過程中，為了實(shí)現(xiàn)汽車的機(jī)電一體化，需要用自動控制系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械式控制裝置，將先進(jìn)的監(jiān)測和控制技術(shù)擴(kuò)大到汽車的全身，從而全面改善汽車的功能，不斷增加汽車的人性化服務(wù)、減少排氣污染和汽油損耗、提高汽車的安全駕駛和舒適性。比如說，在實(shí)現(xiàn)汽車的一體化過程中，凡是和電子控制有關(guān)的系統(tǒng)或是裝置都離不開傳感器的應(yīng)用，尤其是在安全報(bào)警裝置、信息裝置和自動變速器等裝置當(dāng)中，所以這也要求傳感器能夠適應(yīng)惡劣的環(huán)境，無論是塵土彌漫還是風(fēng)雨交加的時候，都能夠保證具有很好的密封性，與此同時還應(yīng)該具備一定的抗干擾能力，尤其是安裝在汽車發(fā)動機(jī)內(nèi)的傳感器，需要能夠承受得住發(fā)動機(jī)在工作時的高溫和高壓環(huán)境。
3我國傳感器技術(shù)在機(jī)電一體化中的發(fā)展現(xiàn)狀和未來方向
從我國現(xiàn)有的傳感器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看，當(dāng)前的傳感器發(fā)展還不能夠滿足機(jī)電一體化系統(tǒng)的快速、精確和價格低廉的要求，仍然處于研究階段，沒有真正的實(shí)行于市場當(dāng)中。這個問題的主要原因在于我國傳感技術(shù)的起步較晚，科研技術(shù)水平比較低，所以為了提高傳感器的整體水平，還需要對其進(jìn)行不斷的技術(shù)研究。除此之外，針對傳感器技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，其今后的發(fā)展方向還可以朝著加速開發(fā)新型敏感材料、向微型化發(fā)展、向高精度發(fā)展等方向發(fā)展。綜上所述，目前將傳感器技術(shù)的應(yīng)用于機(jī)電一體化當(dāng)中，不僅提高了機(jī)械設(shè)備的使用效率，而且促進(jìn)了機(jī)械一體化的不斷進(jìn)步。但是與此同時，面對我國傳感器技術(shù)發(fā)展較晚的現(xiàn)狀，在實(shí)際應(yīng)用過程中還存在著一些問題，需要對其進(jìn)行有效的改進(jìn)和完善，從而不斷推動經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展。
作者:楊德校單位:貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院
1系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)
本文所設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)可以分為3個部分：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部分，廣域網(wǎng)（移動網(wǎng)絡(luò)或Internet）部分，遠(yuǎn)端用戶部分。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點(diǎn)被安置在每個冷藏箱內(nèi)，并組成通訊網(wǎng)絡(luò)。每個節(jié)點(diǎn)上集成了溫濕度、二氧化碳、乙烯、震蕩檢測器等傳感器。溫度是冷鏈運(yùn)輸過程中最重要的參數(shù)，直接影響食物的保鮮時間，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)輸過程中的果實(shí)成熟過程，震蕩檢測則能體現(xiàn)一些突況。各個傳感器受嵌入式CPU控制并將信息交給CPU處理，同時嵌入式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、壓縮并發(fā)送給上一級路由器，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)中指移動服務(wù)器或者Internet。協(xié)調(diào)器將監(jiān)測到的環(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)端用戶部分指物流管理者通過在PC上開發(fā)的用戶界面或者在手機(jī)上開發(fā)的相關(guān)應(yīng)用程序從廣域網(wǎng)獲取實(shí)時的冷鮮食品信息，并根據(jù)這些信息對出現(xiàn)的異常情況及時地做出判斷和調(diào)整。
由于終端節(jié)點(diǎn)是通過電池供電的，而在一次長途運(yùn)送過程中無法更換電池，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，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)時再由設(shè)置好的系統(tǒng)時鐘進(jìn)行喚醒。這樣通過軟件的編寫，控制各個模塊的工作時間，對能量進(jìn)行分時合理利用將大幅提高終端節(jié)點(diǎn)的電能使用時間，使整個傳感器節(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
基于傳感器節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的冷鮮食品物流管理系統(tǒng)對于冷鮮食品的物流管理具有重要作用，在未來的應(yīng)用中將針對移動終端設(shè)備的普遍應(yīng)用進(jìn)行基于andriod系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)與開發(fā)。使得物流管理系統(tǒng)可以跨平臺使用，并且具有可移植。
作者：王爽單位：長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院
靈敏度
電容傳感器的靈敏度是由其物理結(jié)構(gòu)、測量電容的方法和精確比較電容相對于接觸門限電平變化的能力而決定的。采用傳統(tǒng)印制電路板(PCB)方法制造的電容傳感器的測量范圍通常為1～20pF,因而很難準(zhǔn)確地檢測微小變化。雖然有幾種測量這些電容微小值的方法,但采用16位電容/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(CDC)的高精密測量方法仍然具有明顯的優(yōu)勢。
基于PCB設(shè)計(jì)的電容傳感器
制作在標(biāo)準(zhǔn)印制電路板或撓性印制電路上的電容傳感器都使用了相同的銅材料來做信號線。在這兩種情況下,傳感器的最大靈敏度都由傳感器的物理尺寸、電介質(zhì)常數(shù)以及覆膜厚度所決定。例如,帶有5mm塑料覆膜的3mm厚傳感器不如帶有2mm塑料覆膜的6mm厚傳感器靈敏。
我們的目標(biāo)是開發(fā)具有正確響應(yīng)并且滿足人體工學(xué)要求的電容傳感器。在某些應(yīng)用中,傳感器可能會很小,從而使用戶接觸面上產(chǎn)生微小的電容變化。
圖1和圖2顯示了在印制電路板上設(shè)計(jì)電容傳感器的兩種常用方法。圖中給出了在用戶接觸期間施加激勵信號時傳感器的響應(yīng)特性。雖然根據(jù)用戶接觸方式的變化,傳感器電容會有所不同,但是傳感器的性能在這兩種情況下相差不大。
激勵電容傳感器
如圖1所示,連續(xù)的250kHz方波激勵信號施加在傳感器的SRC端,以在電容傳感器內(nèi)建立電場。激勵信號在傳感器中建立電場后,該電場會部分地延伸出塑料覆膜,ClN端連接到CDC上。
圖2所示為另外一種電容傳感器設(shè)計(jì)案例,其將一個恒流源加到傳感器的A端,而將B端接地。當(dāng)用戶觸摸傳感器時會增加額外的手指電容,從而增加了充電周期內(nèi)RC的上升時間。
測量電容傳感器并且檢測傳感器接觸面積
圖3顯示了一種測量電容的傳統(tǒng)方法。恒流源不斷地為電容傳感器充電,以使其達(dá)到比較器的參考門限電平。當(dāng)電容傳感器達(dá)到參考門限值時,比較器將輸出高電平脈沖,然后閉合開關(guān),電容器放電并且復(fù)位計(jì)數(shù)器。靈敏度門限電平如圖4所示。
要確定何時用戶開始接觸傳感器,需要計(jì)數(shù)器對電容傳感器充電到比較器參考電平所經(jīng)歷的時鐘周期數(shù)
進(jìn)行計(jì)數(shù),并將這個值與預(yù)置門限檢測設(shè)置值比較。例如,計(jì)數(shù)為50表明傳感器有接觸,而小于50則表明沒有接觸。在本例中,當(dāng)用戶接觸傳感器時,其準(zhǔn)確度和精密度與參考時鐘的頻率和驅(qū)動各種電容傳感器的電流源的重復(fù)性有關(guān)。
圖5所示是一種較理想的測量電容方法,它使用了高分辨率16位ADC和250kHz的激勵源。激勵源不斷產(chǎn)生250kHz的方波,從而在電容傳感器中產(chǎn)生電場以及能夠穿透覆蓋材料的磁通量。無論用戶何時接觸傳感器,精密
16位ADC都能以lfF測量分辨率來檢測。其無須外部控制元件并且自動校準(zhǔn),所以可確保不會發(fā)生由于溫度或濕度變化引起虛假接觸。
關(guān)鍵詞:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；組成；應(yīng)用；發(fā)展
科技發(fā)展的腳步越來越快，人類已經(jīng)置身于信息時代。而作為信息獲取最重要和最基本的技術(shù)——傳感器技術(shù)，也得到了極大的發(fā)展。傳感器信息獲取技術(shù)已經(jīng)從過去的單一化漸漸向集成化、微型化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，并將會帶來一場信息革命。具有感知能力、計(jì)算能力和通信能力的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN,wirelesssensornetworks）綜合了傳感器技術(shù)、嵌人式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，能夠協(xié)作地實(shí)時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對這些信息進(jìn)行處理，獲得詳盡而準(zhǔn)確的信息，傳送到需要這些信息的用戶。由于WSN的巨大應(yīng)用價值，它已經(jīng)引起了世界許多國家的軍事部門、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，被廣泛地應(yīng)用于軍事，工業(yè)過程控制、國家安全、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等多種領(lǐng)域，是當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究的熱點(diǎn)。
一、發(fā)展概述
早在上世紀(jì)70年代，就出現(xiàn)了將傳統(tǒng)傳感器采用點(diǎn)對點(diǎn)傳輸、連接傳感控制器而構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)雛形，我們把它歸之為第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)。隨著相關(guān)學(xué)科的不斷發(fā)展和進(jìn)步，傳感器網(wǎng)絡(luò)同時還具有了獲取多種信息信號的綜合處理能力，并通過與傳感控制器的相聯(lián)，組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網(wǎng)絡(luò)，這是第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)。而從上世紀(jì)末開始，現(xiàn)場總線技術(shù)開始應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)，人們用其組建智能化傳感器網(wǎng)絡(luò)，大量多功能傳感器被運(yùn)用，并使用無線技術(shù)連接，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸形成。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新一代的傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有非常廣泛的應(yīng)用前景，其發(fā)展和應(yīng)用，將會給人類的生活和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域帶來深遠(yuǎn)影響。發(fā)達(dá)國家如美國，非常重視無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，IEEE正在努力推進(jìn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展，波士頓大學(xué)（BostonUniversity）還于最近創(chuàng)辦了傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)會（SensorNetworkConsortium），期望能促進(jìn)傳感器聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)。美國的《技術(shù)評論》雜志在論述未來新興十大技術(shù)時，更是將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為第一項(xiàng)未來新興技術(shù)，《商業(yè)周刊》預(yù)測的未來四大新技術(shù)中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也列入其中。可以預(yù)計(jì)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛是一種必然趨勢，它的出現(xiàn)將會給人類社會帶來極大的變革。
二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定義和特點(diǎn)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以看成是由數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)分布網(wǎng)絡(luò)和控制管理中心三部分組成的。其主要組成部分是集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的節(jié)點(diǎn),各節(jié)點(diǎn)通過協(xié)議自組成一個分布式網(wǎng)絡(luò),再將采集來的數(shù)據(jù)通過優(yōu)化后經(jīng)無線電波傳輸給信息處理中心。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)Tiny0S141的研制者，JasonHill博士把WSN定義為：
Sensing＋CPU＋Radio＝Thousandsofpotentialapplication
哈爾濱工業(yè)大學(xué)的李建中教授將WSN定義為：WSN是由一組傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織的方式構(gòu)成的有線或無線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并給觀察者。從硬件上看，WSN節(jié)點(diǎn)主要由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、無線數(shù)據(jù)收發(fā)單元以及小型電池單元組成，通常尺寸很小，具有低成本、低功耗、多功能等特點(diǎn)；從軟件上看，它借助于節(jié)點(diǎn)中內(nèi)置傳感器有效探測所處區(qū)域的溫度、濕度、光強(qiáng)度、壓力等環(huán)境參數(shù)以及待測對象的電壓、電流等物理參數(shù)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將探測信息傳送到數(shù)據(jù)匯聚中心進(jìn)行處理、分析和轉(zhuǎn)發(fā)。
WSN與傳統(tǒng)傳感器和測控系統(tǒng)相比具有明顯的優(yōu)勢。它采用點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)的無線連接，大大減少了電纜成本，在傳感器節(jié)點(diǎn)端即合并了模擬信號／數(shù)字信號轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理和網(wǎng)絡(luò)通信功能，節(jié)點(diǎn)具有自檢功能，系統(tǒng)性能與可靠性明顯提升而成本明顯縮減。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：
1、硬件資源有限。WSN節(jié)點(diǎn)采用嵌入式處理器和存儲器，計(jì)算能力和存儲能力十分有限。所以，需要解決如何在有限計(jì)算能力的條件下進(jìn)行協(xié)作分布式信息處理的難題。
2、電源容量有限。為了測量真實(shí)世界的具體值,各個節(jié)點(diǎn)會密集地分布于待測區(qū)域內(nèi),人工補(bǔ)充能量的方法已經(jīng)不再適用。每個節(jié)點(diǎn)都要儲備可供長期使用的能量,或者自己從外汲取能量（太陽能）。當(dāng)自身攜帶的電池的能量耗盡，往往被廢棄，甚至造成網(wǎng)絡(luò)的中斷。所以，任何WSN技術(shù)和協(xié)議的研究都要以節(jié)能為前提。
3、無中心。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,所有節(jié)點(diǎn)的地位都是平等的,沒有預(yù)先指定的中心,是一個對等式網(wǎng)絡(luò)。各節(jié)點(diǎn)通過分布式算法來相互協(xié)調(diào),在無人值守的情況下,節(jié)點(diǎn)就能自動組織起一個測量網(wǎng)絡(luò)。而正因?yàn)闆]有中心,網(wǎng)絡(luò)便不會因?yàn)閱蝹€節(jié)點(diǎn)的脫離而受到損害。節(jié)點(diǎn)可以隨時加入或離開網(wǎng)絡(luò)，任何節(jié)點(diǎn)的故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，具有很強(qiáng)的抗毀性。
4、自組織。網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)和展開無需依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，節(jié)點(diǎn)通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為，節(jié)點(diǎn)開機(jī)后就可以快速、自動地組成一個獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。
5、多跳（Multi-hop）路由。WSN節(jié)點(diǎn)通信能力有限，覆蓋范圍只有幾十到幾百米，節(jié)點(diǎn)只能與它的鄰居直接通信。如果希望與其射頻覆蓋范圍之外的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，則需要通過中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由。WSN中的多跳路由是由普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)完成的。
6、動態(tài)拓?fù)洹SN是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)可以隨處移動；一個節(jié)點(diǎn)可能會因?yàn)殡姵啬芰亢谋M或其他故障，退出網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行；也可能由于工作的需要而被添加到網(wǎng)絡(luò)中。這些都會使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有動態(tài)拓?fù)浣M織功能。
7、節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多，分布密集。WSN節(jié)點(diǎn)數(shù)量大、分布范圍廣，難于維護(hù)甚至不可維護(hù)。所以，需要解決如何提高傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟、硬件健壯性和容錯性。
8、傳輸能力的有限性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過無線電波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,雖然省去了布線的煩惱,但是相對于有線網(wǎng)絡(luò),低帶寬則成為它的天生缺陷。同時,信號之間還存在相互干擾,信號自身也在不斷地衰減,諸如此類。不過因?yàn)閱蝹€節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量并不算大,這個缺點(diǎn)還是能忍受的。
9、安全性的問題。無線信道、有限的能量,分布式控制都使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)更容易受到攻擊。被動竊聽、主動入侵、拒絕服務(wù)則是這些攻擊的常見方式。因此,安全性在網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。
三、應(yīng)用現(xiàn)狀
雖然無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，由于技術(shù)等方面的制約還有待時日，但是最近幾年，隨著計(jì)算成本的下降以及微處理器體積越來越小，已經(jīng)為數(shù)不少的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開始投入使用。目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用主要集中在以下領(lǐng)域：
1．環(huán)境的監(jiān)測和保護(hù)
隨著人們對于環(huán)境問題的關(guān)注程度越來越高，需要采集的環(huán)境數(shù)據(jù)也越來越多，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)為隨機(jī)性的研究數(shù)據(jù)獲取提供了便利，并且還可以避免傳統(tǒng)數(shù)據(jù)收集方式給環(huán)境帶來的侵入式破壞。
2．醫(yī)療護(hù)理
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療研究、護(hù)理領(lǐng)域也可以大展身手。羅徹斯特大學(xué)的科學(xué)家使用無線傳感器創(chuàng)建了一個智能醫(yī)療房間，使用微塵來測量居住者的重要征兆（血壓、脈搏和呼吸）、睡覺姿勢以及每天24小時的活動狀況。英特爾公司也推出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的家庭護(hù)理技術(shù)。該技術(shù)是做為探討應(yīng)對老齡化社會的技術(shù)項(xiàng)目CenterforAgingServicesTechnologies（CAST）的一個環(huán)節(jié)開發(fā)的。該系統(tǒng)通過在鞋、家具以家用電器等家中道具和設(shè)備中嵌入半導(dǎo)體傳感器，幫助老齡人士、阿爾茨海默氏病患者以及殘障人士的家庭生活。利用無線通信將各傳感器聯(lián)網(wǎng)可高效傳遞必要的信息從而方便接受護(hù)理。而且還可以減輕護(hù)理人員的負(fù)擔(dān)。英特爾主管預(yù)防性健康保險研究的董事EricDishman稱，“在開發(fā)家庭用護(hù)理技術(shù)方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是非常有前途的領(lǐng)域”。:
3．軍事領(lǐng)域
由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有密集型、隨機(jī)分布的特點(diǎn)，使其非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中，使其非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中，包括偵察敵情、監(jiān)控兵力、裝備和物資，判斷生物化學(xué)攻擊等多方面用途。
4．商業(yè)化用途
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還被應(yīng)用于其他一些領(lǐng)域。比如一些危險的工業(yè)環(huán)境如井礦、核電廠等，工作人員可以通過它來實(shí)施安全監(jiān)測。也可以用在交通領(lǐng)域作為車輛監(jiān)控的有力工具。盡管無線傳感器技術(shù)目前仍處于初步應(yīng)用階段，但已經(jīng)展示出了非凡的應(yīng)用價值，相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和推進(jìn)，一定會得到更大的應(yīng)用。從應(yīng)用的情況來看,北美的狀況最好,在樓宇自動化、環(huán)境監(jiān)控等方面,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開始大展拳腳。
四、需要解決的問題
就目前的技術(shù)水平來說，讓無線傳感器網(wǎng)正常運(yùn)行并大量投入使用還面臨著許多問題：
1．網(wǎng)絡(luò)內(nèi)通信問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)正常通信聯(lián)系中，信號可能被一些障礙物或其他電子信號干擾而受到影響，怎么安全有效的進(jìn)行通信是個有待研究的問題。
2．成本問題。在一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)里面，需要使用數(shù)量龐大的微型傳感器，這樣的話成本會制約其發(fā)展。
3．系統(tǒng)能量供應(yīng)問題。目前主要的解決方案有：使用高能電池；降低傳感功率；此外還有傳感器網(wǎng)絡(luò)的自我能量收集技術(shù)和電池?zé)o線充電技術(shù)。其中后兩者備受關(guān)注。
知識與技能：通過實(shí)驗(yàn)探究，知道磁敏傳感器的工作原理及應(yīng)用；能分析、設(shè)計(jì)、制作簡單的磁敏傳感器．過程與方法：學(xué)生組裝和調(diào)試磁敏傳感器，經(jīng)歷科學(xué)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和創(chuàng)新思維能力．情感態(tài)度與價值觀：通過自己設(shè)計(jì)、制作簡單的磁敏傳感器，體驗(yàn)科技創(chuàng)新的樂趣，體會到傳感器在生活、生產(chǎn)和科技中的理論意義和實(shí)踐意義，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣．
2學(xué)習(xí)任務(wù)
任務(wù)1：制作防盜報(bào)警器．任務(wù)2：制作位置傳感器．任務(wù)3：制作模擬電梯關(guān)門控制電路。
3問題與方案
通過閱讀教材與實(shí)驗(yàn)探究完成以下問題：（1）什么是霍爾效應(yīng)及應(yīng)用？（2）單、雙干簧管的檢測方法有哪些？（3）磁敏元件在控制電路中起什么作用？（4）用干簧管與霍爾開關(guān)設(shè)計(jì)、制作簡易的磁敏傳感器．能畫出方案圖并說出工作過程．
4探究過程
4.1熟悉器材
具體器材如下：磁敏元件，穩(wěn)壓電源，負(fù)載［電位器、定值電阻、12V或6V直流電動機(jī)、蜂鳴器、小燈泡、SRD－05V或JZC－23F（12V）的直流電磁繼電器］，MF－47型萬用表，DT830B型數(shù)字萬用表，邏輯非門74LS14或74LS04，三極管（S9013，S9018，S8050等），面包板等．
4.2實(shí)驗(yàn)探究
4.2.1制作防盜報(bào)警器
利用干簧管、電磁繼電器、霍爾開關(guān)、非門的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)．所做的作品和市場銷售的“門磁”相同，靈敏度高，簡單實(shí)用，形象、直觀地演示了磁敏傳感器工作原理及磁控開關(guān)的應(yīng)用．（1）干簧管與繼電器制作的防盜報(bào)警器，小燈泡為“6．3V，0．15A”，根據(jù)負(fù)載選取電源電壓，J和Ja是5V繼電器，J為線圈，Ja為常閉觸點(diǎn)．將小磁鐵嵌入在活動門的上方邊緣上，將常開干簧管嵌入在門框內(nèi)，讓兩者相對靠近，即門處于關(guān)閉狀態(tài)，此時干簧管內(nèi)兩簧片閉合．接通電路，繼電器線圈得電，常閉觸點(diǎn)Ja動作斷開，工作電路不接通；當(dāng)有人開門時，磁鐵與干簧管遠(yuǎn)離，兩簧片斷開，線圈失電，Ja觸點(diǎn)釋放復(fù)位閉合，工作電路接通，蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警，紅燈亮．（2）干簧管與非門制作的防盜報(bào)警器，采用74LS04非門，R為2．2kΩ電位器或電阻箱，首先按圖將元件接插在面包板上，接上5V電壓，再調(diào)試電位器R，當(dāng)其阻值在1～2kΩ時，蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警，然后用小磁體靠近干簧管，報(bào)警聲停止．本電路工作過程為：當(dāng)門關(guān)閉時，永磁體使干簧管接通，非門輸入端A與電源負(fù)極相接，處于低電平，則輸出端Y為高電平，蜂鳴器不發(fā)聲；當(dāng)開門時，沒有磁場作用，干簧管不通，非門輸入端A高電平，則輸出端Y低電平，蜂鳴器通電發(fā)聲報(bào)警．（3）制作霍爾防盜報(bào)警器，R為5kΩ電位器（或電阻箱），采用74LS04非門，首先按圖將元件接插在面包板上，接通5V電源，調(diào)試電位器，當(dāng)R為2～4kΩ時，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，再將小磁鐵靠近霍爾開關(guān)平面，報(bào)警聲立刻停止．本作品在生活中應(yīng)用是：將小磁鐵固定在門的上方邊緣上，將霍爾開關(guān)固定在門框的邊緣上，讓兩者靠近，即門處于關(guān)閉狀態(tài)，霍爾開關(guān)輸出為低電平，非門輸出端Y為高電平，蜂鳴器達(dá)不到工作電壓不報(bào)警；當(dāng)門被撬開時，霍爾開關(guān)輸出為高電平，非門輸出端Y為低電平，蜂鳴器接通發(fā)出報(bào)警聲．
4.2.2制作干簧管位置傳感器（自動停車的磁力自動控制電路）
用于玩具車接近磁鐵時自動切斷電源的自動控制電路，電源電壓3～4．5V，R為200～500Ω電阻，M為6V直流電動機(jī)，VT為三極管9013，8050，9012等．開啟電源開關(guān)S，三極管VT基極有偏置電流，VT處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，玩具直流電動機(jī)M轉(zhuǎn)動．當(dāng)磁鐵靠近H時，觸點(diǎn)閉合，將基極偏置電流旁路，VT截止，電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動，保護(hù)了電動機(jī)及避免了大電流放電．
4.2.3制作模擬電梯關(guān)門控制電路
參考電路，VT為三極管9012，9014，9013等，J為12V電磁繼電器，小燈泡為6．3V，接6～11V電源，按圖接插電路元件，調(diào)試電位器，當(dāng)R2阻值達(dá)到8～10kΩ，R1達(dá)到2．2kΩ，電流達(dá)到45mA時，用磁鐵靠近霍爾開關(guān)，電流達(dá)到50mA時再微調(diào)R2與R1，電流稍高于50mA時，線圈得電，觸點(diǎn)動作，電動機(jī)轉(zhuǎn)動，綠燈亮；磁鐵離開時，電動機(jī)停轉(zhuǎn)，綠燈熄滅，同時紅燈亮，蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警．模擬了電梯門關(guān)閉時，電梯才能運(yùn)行，不關(guān)閉時紅燈亮，蜂鳴器報(bào)警，此電路靈敏度高、可操作性強(qiáng)。
5探究結(jié)果
1建立入侵特征庫
該文將通過使用粗糙集理論來建立入侵特征庫，具有的特征包括了節(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文時的頻率、報(bào)文的長度、報(bào)文的源地址、報(bào)文的目的地址以及不同類型的報(bào)文所占的比例等等。由于外形傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)高度分散，而且負(fù)載也極為不均衡，所以在獲取實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)時一般會花費(fèi)較多的時間，而且獲得的樣本不夠完整和精確，數(shù)量也有限，但是使用粗糙集理論就能夠改善這些缺點(diǎn)，該文將利用這一理論來進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全算法的研究。
2生物免疫原理的新型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全算法分析
2.1算法描述
(1)在一個檢測周期內(nèi)收集節(jié)點(diǎn)獲取的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)的特征進(jìn)行提取；
(2)對獲取的數(shù)據(jù)集按屬性進(jìn)行整理，通過約簡入侵檢測屬性，將冗余的入侵屬性去除；
(3)檢測網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，如果運(yùn)行正常那么就在下一個檢測周期當(dāng)中再次進(jìn)行檢查，而如果運(yùn)行存在異常，那么就通過與特征庫中的數(shù)據(jù)相對照來查找是否存在異常特征，如果存在，那么就按照現(xiàn)有的方式進(jìn)行隔離、消除入侵的節(jié)點(diǎn)，如果特征庫中不存在該異常特征，就要對其進(jìn)行分類，并判斷BND（X）是否小于閾值T0或者為空集，如果不是，那么就使X=BND（X），重新進(jìn)行分類。
2.2分析檢測入侵的能力
通過仿真比較，基于生物免疫原理的新型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全算法在使用前后的檢測情況如表1所示。從表1中可以看出，使用基于生物免疫原理的新型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全算法之后，入侵的檢測率得到了明顯地提高，而且對于多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)入侵都能夠進(jìn)行有效檢測，但是由于網(wǎng)絡(luò)入侵的方式、性質(zhì)包括環(huán)境都不盡相同，所以這種算法對于每一種攻擊檢測率的提高程度也不太一樣。比如對于普遍存在的Dos攻擊，該算法提高了對其的檢測率，但是由于受到了軟件、硬件、資源等多種因素的影響，在檢測時還是存在著一定的漏檢率和錯檢率。而Sybil攻擊用現(xiàn)有的檢測方式較難在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中檢測出來，但是通過基于生物免疫原理的新型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全算法，對信息進(jìn)行監(jiān)測和決策，較好地控制了身份和節(jié)點(diǎn)之間的對應(yīng)關(guān)系，從而有效地檢測出了Sybil攻擊，檢測效率有了明顯提升。
作者：劉云 單位：北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院
關(guān)鍵詞:無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；組成；應(yīng)用；發(fā)展
科技發(fā)展的腳步越來越快，人類已經(jīng)置身于信息時代。而作為信息獲取最重要和最基本的技術(shù)——傳感器技術(shù)，也得到了極大的發(fā)展。傳感器信息獲取技術(shù)已經(jīng)從過去的單一化漸漸向集成化、微型化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，并將會帶來一場信息革命。具有感知能力、計(jì)算能力和通信能力的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN，wirelesssensornetworks）綜合了傳感器技術(shù)、嵌人式計(jì)算技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和通信技術(shù)，能夠協(xié)作地實(shí)時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對這些信息進(jìn)行處理，獲得詳盡而準(zhǔn)確的信息，傳送到需要這些信息的用戶。
由于WSN的巨大應(yīng)用價值，它已經(jīng)引起了世界許多國家的軍事部門、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，被廣泛地應(yīng)用于軍事，工業(yè)過程控制、國家安全、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等多種領(lǐng)域，是當(dāng)前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究的熱點(diǎn)。
一、發(fā)展概述
早在上世紀(jì)70年代，就出現(xiàn)了將傳統(tǒng)傳感器采用點(diǎn)對點(diǎn)傳輸、連接傳感控制器而構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)雛形，我們把它歸之為第一代傳感器網(wǎng)絡(luò)。隨著相關(guān)學(xué)科的不斷發(fā)展和進(jìn)步，傳感器網(wǎng)絡(luò)同時還具有了獲取多種信息信號的綜合處理能力，并通過與傳感控制器的相聯(lián)，組成了有信息綜合和處理能力的傳感器網(wǎng)絡(luò)，這是第二代傳感器網(wǎng)絡(luò)。而從上世紀(jì)末開始，現(xiàn)場總線技術(shù)開始應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)，人們用其組建智能化傳感器網(wǎng)絡(luò)，大量多功能傳感器被運(yùn)用，并使用無線技術(shù)連接，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸形成。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新一代的傳感器網(wǎng)絡(luò)，具有非常廣泛的應(yīng)用前景，其發(fā)展和應(yīng)用，將會給人類的生活和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域帶來深遠(yuǎn)影響。發(fā)達(dá)國家如美國，非常重視無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，IEEE正在努力推進(jìn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展，波士頓大學(xué)（BostonUniversity）還于最近創(chuàng)辦了傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)會（SensorNetworkConsortium），期望能促進(jìn)傳感器聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)。美國的《技術(shù)評論》雜志在論述未來新興十大技術(shù)時，更是將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)列為第一項(xiàng)未來新興技術(shù)，《商業(yè)周刊》預(yù)測的未來四大新技術(shù)中，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)也列入其中。可以預(yù)計(jì)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的廣泛是一種必然趨勢，它的出現(xiàn)將會給人類社會帶來極大的變革。
二、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的定義和特點(diǎn)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以看成是由數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)分布網(wǎng)絡(luò)和控制管理中心三部分組成的。其主要組成部分是集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)通過協(xié)議自組成一個分布式網(wǎng)絡(luò)，再將采集來的數(shù)據(jù)通過優(yōu)化后經(jīng)無線電波傳輸給信息處理中心。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)Tiny0S141的研制者，JasonHill博士把WSN定義為：
Sensing＋CPU＋Radio＝Thousandsofpotentialapplication
哈爾濱工業(yè)大學(xué)的李建中教授將WSN定義為：WSN是由一組傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織的方式構(gòu)成的有線或無線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對象的信息，并給觀察者。從硬件上看，WSN節(jié)點(diǎn)主要由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、無線數(shù)據(jù)收發(fā)單元以及小型電池單元組成，通常尺寸很小，具有低成本、低功耗、多功能等特點(diǎn)；從軟件上看，它借助于節(jié)點(diǎn)中內(nèi)置傳感器有效探測所處區(qū)域的溫度、濕度、光強(qiáng)度、壓力等環(huán)境參數(shù)以及待測對象的電壓、電流等物理參數(shù)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將探測信息傳送到數(shù)據(jù)匯聚中心進(jìn)行處理、分析和轉(zhuǎn)發(fā)。
WSN與傳統(tǒng)傳感器和測控系統(tǒng)相比具有明顯的優(yōu)勢。它采用點(diǎn)對點(diǎn)或點(diǎn)對多點(diǎn)的無線連接，大大減少了電纜成本，在傳感器節(jié)點(diǎn)端即合并了模擬信號／數(shù)字信號轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理和網(wǎng)絡(luò)通信功能，節(jié)點(diǎn)具有自檢功能，系統(tǒng)性能與可靠性明顯提升而成本明顯縮減。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：
1、硬件資源有限。WSN節(jié)點(diǎn)采用嵌入式處理器和存儲器，計(jì)算能力和存儲能力十分有限。所以，需要解決如何在有限計(jì)算能力的條件下進(jìn)行協(xié)作分布式信息處理的難題。
2、電源容量有限。為了測量真實(shí)世界的具體值，各個節(jié)點(diǎn)會密集地分布于待測區(qū)域內(nèi)，人工補(bǔ)充能量的方法已經(jīng)不再適用。每個節(jié)點(diǎn)都要儲備可供長期使用的能量，或者自己從外汲取能量（太陽能）。當(dāng)自身攜帶的電池的能量耗盡，往往被廢棄，甚至造成網(wǎng)絡(luò)的中斷。所以，任何WSN技術(shù)和協(xié)議的研究都要以節(jié)能為前提。
3、無中心。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點(diǎn)的地位都是平等的，沒有預(yù)先指定的中心，是一個對等式網(wǎng)絡(luò)。各節(jié)點(diǎn)通過分布式算法來相互協(xié)調(diào)，在無人值守的情況下，節(jié)點(diǎn)就能自動組織起一個測量網(wǎng)絡(luò)。而正因?yàn)闆]有中心，網(wǎng)絡(luò)便不會因?yàn)閱蝹€節(jié)點(diǎn)的脫離而受到損害。節(jié)點(diǎn)可以隨時加入或離開網(wǎng)絡(luò)，任何節(jié)點(diǎn)的故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，具有很強(qiáng)的抗毀性。
4、自組織。網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)和展開無需依賴于任何預(yù)設(shè)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，節(jié)點(diǎn)通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為，節(jié)點(diǎn)開機(jī)后就可以快速、自動地組成一個獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。
5、多跳（Multi-hop）路由。WSN節(jié)點(diǎn)通信能力有限，覆蓋范圍只有幾十到幾百米，節(jié)點(diǎn)只能與它的鄰居直接通信。如果希望與其射頻覆蓋范圍之外的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，則需要通過中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由。WSN中的多跳路由是由普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)完成的。
6、動態(tài)拓?fù)洹SN是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)可以隨處移動；一個節(jié)點(diǎn)可能會因?yàn)殡姵啬芰亢谋M或其他故障，退出網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行；也可能由于工作的需要而被添加到網(wǎng)絡(luò)中。這些都會使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時發(fā)生變化，因此網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有動態(tài)拓?fù)浣M織功能。
7、節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多，分布密集。WSN節(jié)點(diǎn)數(shù)量大、分布范圍廣，難于維護(hù)甚至不可維護(hù)。所以，需要解決如何提高傳感器網(wǎng)絡(luò)的軟、硬件健壯性和容錯性。
8、傳輸能力的有限性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過無線電波進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，雖然省去了布線的煩惱，但是相對于有線網(wǎng)絡(luò)，低帶寬則成為它的天生缺陷。同時，信號之間還存在相互干擾，信號自身也在不斷地衰減，諸如此類。不過因?yàn)閱蝹€節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量并不算大，這個缺點(diǎn)還是能忍受的。
9、安全性的問題。無線信道、有限的能量，分布式控制都使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)更容易受到攻擊。被動竊聽、主動入侵、拒絕服務(wù)則是這些攻擊的常見方式。因此，安全性在網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中至關(guān)重要。
三、應(yīng)用現(xiàn)狀
雖然無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，由于技術(shù)等方面的制約還有待時日，但是最近幾年，隨著計(jì)算成本的下降以及微處理器體積越來越小，已經(jīng)為數(shù)不少的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開始投入使用。目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用主要集中在以下領(lǐng)域：
1．環(huán)境的監(jiān)測和保護(hù)
隨著人們對于環(huán)境問題的關(guān)注程度越來越高，需要采集的環(huán)境數(shù)據(jù)也越來越多，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)為隨機(jī)性的研究數(shù)據(jù)獲取提供了便利，并且還可以避免傳統(tǒng)數(shù)據(jù)收集方式給環(huán)境帶來的侵入式破壞。
2．醫(yī)療護(hù)理
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療研究、護(hù)理領(lǐng)域也可以大展身手。羅徹斯特大學(xué)的科學(xué)家使用無線傳感器創(chuàng)建了一個智能醫(yī)療房間，使用微塵來測量居住者的重要征兆（血壓、脈搏和呼吸）、睡覺姿勢以及每天24小時的活動狀況。英特爾公司也推出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的家庭護(hù)理技術(shù)。該技術(shù)是做為探討應(yīng)對老齡化社會的技術(shù)項(xiàng)目CenterforAgingServicesTechnologies（CAST）的一個環(huán)節(jié)開發(fā)的。該系統(tǒng)通過在鞋、家具以家用電器等家中道具和設(shè)備中嵌入半導(dǎo)體傳感器，幫助老齡人士、阿爾茨海默氏病患者以及殘障人士的家庭生活。利用無線通信將各傳感器聯(lián)網(wǎng)可高效傳遞必要的信息從而方便接受護(hù)理。而且還可以減輕護(hù)理人員的負(fù)擔(dān)。英特爾主管預(yù)防性健康保險研究的董事EricDishman稱，“在開發(fā)家庭用護(hù)理技術(shù)方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是非常有前途的領(lǐng)域”。
3．軍事領(lǐng)域
由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有密集型、隨機(jī)分布的特點(diǎn)，使其非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中，使其非常適合應(yīng)用于惡劣的戰(zhàn)場環(huán)境中，包括偵察敵情、監(jiān)控兵力、裝備和物資，判斷生物化學(xué)攻擊等多方面用途。
4．商業(yè)化用途
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還被應(yīng)用于其他一些領(lǐng)域。比如一些危險的工業(yè)環(huán)境如井礦、核電廠等，工作人員可以通過它來實(shí)施安全監(jiān)測。也可以用在交通領(lǐng)域作為車輛監(jiān)控的有力工具。盡管無線傳感器技術(shù)目前仍處于初步應(yīng)用階段，但已經(jīng)展示出了非凡的應(yīng)用價值，相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和推進(jìn)，一定會得到更大的應(yīng)用。從應(yīng)用的情況來看，北美的狀況最好，在樓宇自動化、環(huán)境監(jiān)控等方面，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開始大展拳腳。
四、需要解決的問題
就目前的技術(shù)水平來說，讓無線傳感器網(wǎng)正常運(yùn)行并大量投入使用還面臨著許多問題：
1．網(wǎng)絡(luò)內(nèi)通信問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)正常通信聯(lián)系中，信號可能被一些障礙物或其他電子信號干擾而受到影響，怎么安全有效的進(jìn)行通信是個有待研究的問題。
2．成本問題。在一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)里面，需要使用數(shù)量龐大的微型傳感器，這樣的話成本會制約其發(fā)展。
3．系統(tǒng)能量供應(yīng)問題。目前主要的解決方案有：使用高能電池；降低傳感功率；此外還有傳感器網(wǎng)絡(luò)的自我能量收集技術(shù)和電池?zé)o線充電技術(shù)。其中后兩者備受關(guān)注。
Proceedings of the 10th
Italian Conference Sensors
and Microsystems
2008, 674pp.
Hardcover
ISBN 9789812833525
A G Mignani等著
本書精心收集了2006年2月15-17日在意大利Firenze市舉行的第10屆傳感器與微系統(tǒng)會議上的論文。這次會議由意大利傳感器與微系統(tǒng)協(xié)會(AISEM)和費(fèi)拉拉大學(xué)應(yīng)用物理系組織,整個會議由9個口頭宣讀分組會和2個書面張貼分組會組成,它在意大利為物理、化學(xué)、生物、工程、材料科學(xué)等領(lǐng)域的專業(yè)人士提供了一個獨(dú)特的跨學(xué)科的交流平臺。傳感器與微系統(tǒng)會議論文集自第一版出版以來,為傳感器與執(zhí)行器、材料與工藝技術(shù)、信號的監(jiān)控、獲取和控制、數(shù)據(jù)處理、圖像識別技術(shù)、微系統(tǒng)、微機(jī)械等與傳感器相關(guān)學(xué)科的關(guān)鍵研究領(lǐng)域做出了突出的貢獻(xiàn)。
傳感器與微系統(tǒng)是一門多學(xué)科交叉的綜合性學(xué)科,它涉及到科學(xué)技術(shù)的各個領(lǐng)域。本書收錄的109篇論文被分成10個部分介紹,1.應(yīng)邀演講報(bào)告,包括計(jì)算機(jī)屏幕上的圖像輔助技術(shù):原理和應(yīng)用等4篇文章;2.生物傳感器,包括基于納米材料的GOD生物傳感器的制備與表征等7篇文章;3.生命功能監(jiān)測,包含了導(dǎo)管..導(dǎo)管內(nèi)的伽瑪射線探測儀、用于移動醫(yī)療的基于紅外線的心率監(jiān)測10篇文章;4.氣體傳感器,包含了氣敏氧化錫納米帶的發(fā)光特性、納米結(jié)構(gòu)的三氧化鎢(WO3)氣敏材料的高溫沉積等30篇文章;5.液相化學(xué)傳感器,包含了基于二氧化錫光學(xué)傳感器的水中氨的檢測、用光纖探針和低成本分光度計(jì)對水中Cr(VI)含量的在線全自動測量等6篇文章;6.化學(xué)傳感器陣列,包含了用于酒質(zhì)量監(jiān)測的具有線性溫度特性的氣體傳感器陣列的發(fā)展等8篇文章;7.微制造與微系統(tǒng),包含了溫度對MEMS振蕩器影響的仿真與建模等13篇文章;8.光學(xué)傳感器,包含了帶有微加熱器和熱電堆的CH4紅外傳感系統(tǒng)等10篇文章;9.物理傳感器,包含了一種基于有機(jī)場效應(yīng)晶體管的應(yīng)力計(jì)量傳感器等15篇文章;10.系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和電子接口,包括一種集成的帶有分離振蕩器的寬范圍的阻抗/時間轉(zhuǎn)換器等6篇文章。
本書內(nèi)容豐富新穎,幾乎涵蓋了傳感器的各個領(lǐng)域,介紹了傳感器在各個領(lǐng)域的新發(fā)展、新成果和新應(yīng)用,適合于從事不同傳感器及其相關(guān)領(lǐng)域的研究人員和工程師們參考閱讀。
孫方敏,
博士生
(中國科學(xué)院電子學(xué)研究所)
關(guān)鍵詞：雙軸加速度傳感器，ADXL210E，三維鼠標(biāo)
一、引言
ADXL210E是美國模擬器件公司生產(chǎn)的含有用多晶硅表面微機(jī)械加工技術(shù)制作的傳感器的兩坐標(biāo)軸加速度計(jì)單片集成電路。論文寫作，ADXL210E。ADXL210E是一種低成本，低功耗，完整2軸加速度傳感器，該電路可以測量諸如振動這樣的動態(tài)加速度和重力之類的靜態(tài)加速度，測量范圍為±10g。ADXL210E的占空因數(shù)輸出在沒有A/D轉(zhuǎn)換器或膠著邏輯（Gluelogic）的情況下，可通過微處理器直接測量。論文寫作，ADXL210E。事實(shí)上，器件的占空因數(shù)（即脈沖寬度與周期之比值）正比于加速度。論文寫作，ADXL210E。ADXL210E常用于兩軸傾斜傳感器、信息家電、報(bào)警和移動探測器及汽車安全等領(lǐng)域。
其性能特點(diǎn)如下：
（1）利用3V～5.25V的單電源工作，電源電流低于0.6mA；
（2）集成了兩坐標(biāo)軸采用多晶硅精細(xì)機(jī)械加工技術(shù)制作的傳感器；
（3）經(jīng)占空因數(shù)輸出端可直接與低成本的微控制器接口；
（4）加速度計(jì)的帶寬可由引腳XFILT和引腳YFILT上的電容器（CX、CY）設(shè)定；（5）滿度測量范圍為±10g，在60Hz下的分辨力是2mg；
（6）占空因數(shù)周期T2由引腳2上的電阻器RSET設(shè)定（T2=RXET（Ω）/125MΩ）。（7）有專門設(shè)計(jì)的數(shù)字輸出，通過占空因數(shù)濾波或者利用引腳XFILT與引腳YFILT輸出，也可提供模擬輸出。
二、基本結(jié)構(gòu)與原理
ADXL210E采用尺寸為5mm×5mm×2mm的8引腳LCC型封裝，引腳排列如圖1所示。各個引腳的功能見表1。
圖1 ADXL210E引腳排列圖
表1 ADXL210E的引腳功能
關(guān)鍵詞：電控發(fā)動機(jī)，無法啟動，故障診斷，排除
引言隨著電子技術(shù)在發(fā)動機(jī)上的廣泛應(yīng)用，汽車維修工學(xué)會維修電控發(fā)動機(jī)顯得更加重要。下面就電控發(fā)動機(jī)在啟動電路正常情況下無法啟動時，如何對故障進(jìn)行診斷與排除進(jìn)行闡述。
一、無法啟動的診斷程序
1、向用戶詢問有關(guān)情況并填寫有關(guān)表格。了解故障發(fā)生的時間、發(fā)生條件（如氣候條件、道路狀況及發(fā)動機(jī)工況等）；故障現(xiàn)象或癥狀；故障發(fā)生頻率；是否進(jìn)行過檢修以及檢修過哪些部位等。找出故障的依據(jù)，以作為驗(yàn)收參考。
2、外觀檢查及故障再現(xiàn)。即試車和外觀檢查。試車進(jìn)一步證實(shí)用戶所講的故障現(xiàn)象，使自己心中有數(shù)，根據(jù)具體情況具體分析，并作出正確判斷。因?yàn)橛袝r候用戶所講的故障現(xiàn)象不夠清楚。外觀檢查可以查出比較明顯的故障。如檢查電氣與電子控制系統(tǒng)的部件有無丟失；電氣線路的連接器或接頭有無松動脫接；導(dǎo)線有無斷路、搭鐵、錯接及燒焦痕跡，管路有無折斷、錯接或凹癟等。
3、進(jìn)行基本檢查。即燃油供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)的基本檢查。
4、讀取故障代碼。當(dāng)以上三步無法解決問題就必須進(jìn)行這一步。根據(jù)具體情況，選擇用隨車診斷或車外診斷進(jìn)行讀故障代碼。如果有故障代碼，就按故障代碼表指示的故障原因和部位逐一排除故障。如果沒有故障代碼，但故障癥狀依然存在，就根據(jù)現(xiàn)象，聯(lián)系原理，進(jìn)行推理分析，確定故障所在可能部位（也可以參看有關(guān)資料上的“故障征兆表”）。同時還可以用模擬試驗(yàn)來判斷，盡量縮小故障范圍。
5、如果按上述程序診斷檢修仍不能排除故障，說明發(fā)動機(jī)可能有機(jī)械故障和其他故障。
6、檢修排除故障后，必須進(jìn)行故障代碼清除。最后試車檢驗(yàn)，證實(shí)故障是否已排除。否則重新診斷故障并排除。
二、具體操作步驟和工作要點(diǎn)
對于電控汽車發(fā)動機(jī)無法啟動，要從點(diǎn)火系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、空氣供給系統(tǒng)、機(jī)械方面和ECU等幾方面來考慮分析和判斷。具體操作步驟如下：
1、檢查點(diǎn)火系統(tǒng)。
（1）檢各缸是否有火。拆下火花塞，將分缸線插接上火花塞并搭在缸體上，啟動發(fā)動機(jī)，觀察跳火情況是否正常。也可以用正時燈夾住各缸高壓線，觀察正時燈的閃爍情況。還可以用點(diǎn)火測試儀進(jìn)行檢查。
（2）有分電器的汽車，如果分缸線無跳火，還要進(jìn)一步檢查中央線是否有火。若中央高壓線有火而分缸線無火，則說明是分電器故障。應(yīng)給予更換。博士論文，無法啟動。若中央高線也沒有火，則需要進(jìn)行如下檢查。
（3）檢查繼電器和保險絲是否良好。否則更換新件。
（4）檢查點(diǎn)火線圈。拔下點(diǎn)火線圈插頭，檢查點(diǎn)火線圈初級、次級線圈的電阻是否符合標(biāo)準(zhǔn)，否則更換。
（5）檢查點(diǎn)火器。博士論文，無法啟動。檢查點(diǎn)火器的電源及搭鐵；檢查ECU對點(diǎn)火器的脈沖信號：功率晶體管是否導(dǎo)通和截止。博士論文，無法啟動。
（6）檢查控制點(diǎn)火的傳感器。檢查發(fā)動機(jī)的曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器，可同時檢查空氣流量傳感器或進(jìn)氣壓力傳感器等。如果確定傳感器故障，就更換新件。不能確定的，就先檢查傳感器到ECU的線路是否導(dǎo)通和ECU給傳感器的電源電壓。
（7）初步外部觀察檢查ECU。是否有變形、泡水、燒焦等。
2、檢查油路
（1）檢查是否有油。拆下燃油分配管與進(jìn)油管的連接處，打開點(diǎn)火開關(guān)（不起動），觀察是否有油來。若無油來，則應(yīng)進(jìn)一步檢查燃油系統(tǒng)相關(guān)元件及其電路。首先檢查EFI保險絲、EFI繼電器，再檢查油泵及其電路。若均良好，則應(yīng)進(jìn)一步檢查曲軸位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、空氣流量傳感器/進(jìn)氣壓力傳感器以及ECU。若有油，就檢查油壓是否符合標(biāo)準(zhǔn)。在燃油濾清器到噴油器之間斷開并接上油壓表，啟動發(fā)動機(jī)，觀察油壓應(yīng)在200~300KPa之間，否則進(jìn)一步檢查燃料供給系統(tǒng)相關(guān)元件，即燃油泵、濾網(wǎng)、噴油器、燃油濾清器等。
（2）檢查噴油器。a、電阻檢測。低電阻型電阻應(yīng)為1~3歐，高電阻型電阻應(yīng)為13~18歐。如果電阻為無窮大，則應(yīng)更換新的噴油器。b、電壓的檢測：把點(diǎn)火鑰匙打到on檔，應(yīng)有12V左右的電壓。c、控制脈沖的檢測：拆下噴油器插頭，并在插頭上接上LED燈，啟動發(fā)動機(jī)，LED燈應(yīng)閃爍。如果LED燈不閃爍或不發(fā)光，說明噴油器電源電路、燃油泵繼電器或ECU故障。d、檢查噴油器的堵塞和滴漏。
3、檢查氣路：a、空氣濾清器是否堵塞。博士論文，無法啟動。b、怠速控制閥是否關(guān)閉或卡死。c、真空管是否脫落。d、各種連接卡箍是否擰緊。
4、檢查機(jī)械部分。
首先看發(fā)動機(jī)是否能轉(zhuǎn)動，然后用缸壓表檢查氣缸壓力，若缸壓不在800~1300KPa范圍或壓差超過標(biāo)準(zhǔn)。則要檢查配氣正時、缸墊、正時皮帶、活塞環(huán)密封性、氣門密封性等。
5、檢查電腦（ECU）
首先進(jìn)行外觀檢查，是否有變形、燒傷、泡水、插腳折斷等；然后檢查線路；檢查電源及搭鐵，必要時進(jìn)行解體檢查。
實(shí)踐證明，汽車電子控制系統(tǒng)故障絕大多數(shù)都發(fā)生在傳感器、執(zhí)行器、連接器和線束等元件上，ECU出現(xiàn)故障的可能性很小，汽車行駛10萬公里，ECU故障約占總故障的1‰。因此，檢查排除電子控制系統(tǒng)故障主要是檢修零部件、連接器和線束。只有確認(rèn)所有零部件正常之后，才能判定ECU故障。
三、電控汽車無法啟動的故障診斷與排除實(shí)例
（一）一輛94款凌志LS400轎車
故障現(xiàn)象：很長一段時間，停了一個晚上后，啟動困難，啟動后工作正常。過了一段時間，無論怎么打馬達(dá)，都無法啟動。
故障檢查：由于駕駛反映的故障現(xiàn)象為停一個晚上后難啟動，所以開始懷疑為燃油泄漏，使殘余油壓不夠而無法起動。因此，先檢查油壓，經(jīng)檢查油壓正常，排除油路故障。進(jìn)一步檢查電路，用點(diǎn)火測試儀檢測高壓電路，無點(diǎn)火跡象。檢查正時皮帶無折斷或缺齒，最后用萬用表檢查控制點(diǎn)火的主要傳感器——曲軸位置傳感器，無信號輸出。于是拆下正時皮帶罩、正時皮帶等，將曲軸位置傳感器取出來進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)其頭部布滿油泥（由于曲軸前油封漏油造成），使其無法接收到信號盤發(fā)出的轉(zhuǎn)速信號。
故障排除：更換曲軸前油封，并清理曲軸位置傳感器頭部的油泥，裝復(fù)后試車，容易啟動，工作正常。
故障分析：這個故障是由于曲軸前油封漏油而飛濺到曲軸位置傳感器和信號盤上，造成頭部有油泥而無法接收到信號盤發(fā)出的轉(zhuǎn)速信號，使ECU無法收到轉(zhuǎn)速信與而不發(fā)出點(diǎn)火、噴油指令，因此發(fā)動機(jī)無法啟動。
（二）97款獵豹越野車
故障現(xiàn)象：一輛獵豹越野汽車，在一次長途行駛后停幾天，欲再次使用時，發(fā)動機(jī)無法啟動。
故障檢查：考慮到車輛是長途行駛后出現(xiàn)的發(fā)動機(jī)不能正常啟動，首先對油路進(jìn)行檢查。檢查發(fā)現(xiàn)，其燃油供給系統(tǒng)各管路和接頭均無破損滲漏處，油箱內(nèi)油充是干凈、油泵供油正常、油壓正常；用點(diǎn)火測試儀對點(diǎn)火系進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)無高壓電產(chǎn)生。進(jìn)一步對低壓線路進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)分電器信號傳感器無信號輸出。因此懷疑分電器故障。可是更換了一個新的良好的分電器后重新啟動，故障依舊。因此懷疑可能是分電器不轉(zhuǎn)動造成無信號輸出，于是打開分電器蓋，啟動發(fā)動機(jī)，發(fā)現(xiàn)分火頭不轉(zhuǎn)動，初步判斷為正時皮帶斷裂，進(jìn)一步拆開檢查，果然是正時皮帶斷裂。博士論文，無法啟動。但是更換上新的正時皮帶后，故障依舊。因此懷疑氣門可能被頂壞。最后，檢查氣缸壓力。所有氣缸壓力均低于300KPa，說明氣門已被頂壞而漏氣造成無法啟動。
故障排除：按照技術(shù)要求更換新品正時皮帶和氣門后，裝復(fù)試車，發(fā)動機(jī)能容易啟動、運(yùn)行正常。
故障分析：據(jù)了解，該車行駛了15萬公里而沒有按規(guī)定的要求按時更換正時皮帶（每8-12萬KM更換一次），加之長途行駛過程中，正時皮帶在大負(fù)荷，高溫等惡劣環(huán)境下長時間工作，就加劇了皮帶的老化。車停駛幾天后，當(dāng)發(fā)動機(jī)再次起動時，此時由于機(jī)油濃度較大，各運(yùn)動部件之間幾乎均為干磨擦，因而啟動阻力較大，所以曲軸驅(qū)動其他機(jī)構(gòu)時正時皮帶的轉(zhuǎn)動張緊力也相對加大，而該車的正時皮帶斷裂后，配氣機(jī)構(gòu)便停止運(yùn)動，部分氣門處于打開狀態(tài)，而駕駛員還繼續(xù)打馬達(dá)，使曲柄連桿機(jī)構(gòu)仍在運(yùn)動，活塞和氣門相互頂撞，造成氣門損壞而關(guān)閉不嚴(yán)，使氣缸漏氣，壓力變低而無法啟動。
（三）一輛95款本田雅閣2.0轎車
故障現(xiàn)象：一輛95款本田雅閣轎車，在高速路上行駛，突然自動熄火后，再無法啟動。
故障檢查：首先對燃油供給系統(tǒng)進(jìn)行檢查，所有部件正常，油壓正常。接著對點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行檢查，用點(diǎn)火測試儀檢查發(fā)現(xiàn)，高壓線無火。接著對低壓電路及有關(guān)點(diǎn)火控制的傳感器（如曲軸位置傳感器等）及其線路進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其技術(shù)狀況良好，于是懷疑高壓線圈存在故障，用萬用表對高壓線圈進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)一次線圈良好，二次線圈斷路。
故障排除：由于該高壓線圈位于分電器內(nèi)部，無單件更換，只能更換分電器總成，裝復(fù)試車，工作正常。
故障分析：該故障是高壓線圈正常老化而造成斷路使汽車無法點(diǎn)火而不能啟動。
（四）99款獵豹越野汽車
故障現(xiàn)象：駕駛員反映，該車開始時行駛100多公里就自動熄火而無法啟動，但休息20分鐘左右，又可啟動并正常行駛。后來，發(fā)展到每行駛30~50公里后又出現(xiàn)以上情況，駕駛員有時無意（懷疑油泵故障）用木棍敲油箱后又可啟動行駛。
故障檢查：當(dāng)我們到現(xiàn)場時車又可啟動，按駕駛員所述，懷疑是油泵故障，于是更換完油泵后進(jìn)行試車，當(dāng)行駛了30多公里時，故障又重新出現(xiàn)。可判斷不是油泵故障，也不是油路故障，初步判斷點(diǎn)火電路故障。于是用點(diǎn)火測試儀檢測高壓線點(diǎn)火情況，發(fā)現(xiàn)無火。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)分電器上的轉(zhuǎn)速傳感器和上止點(diǎn)傳感器無信號輸出。
故障排除：更換新的分電器總成，裝復(fù)試車，容易啟動，工作正常。博士論文，無法啟動。
故障分析：該車的轉(zhuǎn)速與上止點(diǎn)信號傳感器是裝在分電器里，是光電式傳感器，傳感器上的發(fā)光元件和光敏元件在高溫下容易失效而無轉(zhuǎn)速信號和上止點(diǎn)信號輸送給ECU，ECU收不到該信號而不發(fā)出點(diǎn)火、噴油指令，因而發(fā)動無法啟動。這是一個典型的間歇性熄火故障。
四、結(jié)語電控汽車發(fā)動機(jī)無法啟動的故障原因是很多，但是其故障診斷與排除并不難。只要有扎實(shí)的理論作為基礎(chǔ)，加上一定的實(shí)踐，就能修好車，快修車。實(shí)際上，汽車維修分析故障的依據(jù)可概括為：弄清癥狀，結(jié)合構(gòu)造，聯(lián)系原理，具體分析。
論文關(guān)鍵詞：溫濕度傳感器,原理,維護(hù)
引言
HMP45D溫濕度傳感器是芬蘭VAISALA公司開發(fā)的具有HUMICAP技術(shù)的新一代聚合物薄膜電容傳感器，目前大連周水子國際機(jī)場空管氣象部門已投入業(yè)務(wù)運(yùn)行的自動氣象站，均采用該傳感器。由于該傳感器的測量部分總是要和空氣中的灰塵和化學(xué)物質(zhì)接觸，從而使傳感器在某些環(huán)境中產(chǎn)生漂移。而儀器的電氣參數(shù)會隨時間的推移、溫度變化及機(jī)械沖擊產(chǎn)生變化，因此傳感器需要進(jìn)行定期維護(hù)和校準(zhǔn)。
1.HMP45D溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)
HMP45D溫濕度傳感器應(yīng)安裝在其中心點(diǎn)離地面1.5米處。其中，溫度傳感器是鉑電阻溫度傳感器，濕度傳感器是濕敏電容濕度傳感器，即HMP45D是將鉑電阻溫度傳感器與濕敏電容濕度傳感器制作成為一體的溫濕度傳感器，如圖1所示。
圖1HMP45D溫濕度傳感器外型圖
2.HMP45D溫濕度傳感器的工作原理
2．1溫度傳感器工作原理
HMP45D溫濕度傳感器的測溫元件是鉑電阻傳感器Pt100，其結(jié)構(gòu)如圖2。鉑電阻溫度傳
感器是利用其電阻隨溫度變化的原理制成的。標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的復(fù)現(xiàn)可達(dá)萬分之幾攝氏度的精確度，在-259.34～+630.74范圍內(nèi)可作為標(biāo)準(zhǔn)儀器。鉑電阻材料具有如下特點(diǎn)：溫度系數(shù)較大，即靈敏度較大；電阻率交大，易于繞制高阻值的元件；性能穩(wěn)定，材料易于提純；測溫精度高，復(fù)現(xiàn)性好。
圖2鉑電阻溫度傳感器結(jié)構(gòu)圖
由于鉑電阻具有阻值隨溫度改變的特性，所以自動氣象站中采集器是利用四線制恒流源供電方式及線性化電路，將傳感器電阻值的變化轉(zhuǎn)化為電壓值的變化對溫度進(jìn)行測量。鉑電阻在0℃時的電阻值R是100Ω，以0℃作為基點(diǎn)溫度，在溫度t時的電阻值R為
(1)
式中：α，β為系數(shù)，經(jīng)標(biāo)定可以求出其值。由恒流源提供恒定電流I流經(jīng)鉑電阻R，電壓IR通過電壓引線傳送給測量電路，只要測量電路的輸入阻抗足夠大，流經(jīng)引線的電流將非常小，引線的電阻影響可忽略不計(jì)。所以，自動氣象站溫度傳感器電纜的長短與阻值大小對測量值的影響可忽略不計(jì)。測量電壓的電路采用A/D轉(zhuǎn)換器方式。
2．2濕度傳感器工作原理
HMP45D溫濕度傳感器的測濕元件是HUMICIP180高分子薄膜型濕敏電容，濕敏電容具有感濕特性的電介質(zhì)，其介電常數(shù)隨相對濕度的變化而變化，從而完成對濕度的測量。濕敏電容主要由濕敏電容和轉(zhuǎn)換電路兩部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。它由上電極(upperelectrode)、濕敏材料即高分子薄膜(thin-filmpolymer)、下電極(lowerelectrode)、玻璃襯底(glasssubstrate)幾部分組成。
圖3濕敏電容傳感器結(jié)構(gòu)圖
濕敏電容傳感器上電極是一層多孔膜，能透過水汽；下電極為一對電極，引線由下電極引出；基板是玻璃。整個傳感器由兩個小電容器串聯(lián)組成。濕敏材料是一種高分子聚合物，它的介電常數(shù)隨著環(huán)境的相對濕度變化而變化。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生變化時，濕敏元件的電容量隨之發(fā)生改變，即當(dāng)相對濕度增大時，濕敏電容量隨之增大，反之減小，電容量通常在48～56pF。傳感器的轉(zhuǎn)換電路把濕敏電容變化量轉(zhuǎn)換成電壓量變化，對應(yīng)于濕度0～100%RH的變化，傳感器的輸出呈0～1V的線性變化。由此，可以通過濕敏電容濕度傳感器測得相對濕度。
3．HMP45D溫濕度傳感器的校準(zhǔn)和維護(hù)
對HMP45D傳感器的維護(hù)，要注意定期清潔，對于溫度傳感器測量時要保證Pt100鉑電阻表面及管腳的清潔干燥。在清洗鉑電阻時一定要將濕度傳感器取下，使用酒精或異丙酮進(jìn)行清洗。其具體步湊如下：
1）旋開探頭處黑色過濾器，過濾器內(nèi)有一層薄薄的白色過濾網(wǎng)，旋出過濾網(wǎng)，用干凈的小毛刷刷去過濾網(wǎng)上的灰塵，然后用蒸餾水分別將它們清洗干凈。
2）等保護(hù)罩和濾紙完全風(fēng)干之后，將其安裝到傳感器上。然后再將傳感器通過外轉(zhuǎn)接盒連接到采集器上，再和濕度標(biāo)準(zhǔn)傳感器一起放入恒濕鹽濕度發(fā)生器進(jìn)行對比。恒濕鹽容器的溫濕參數(shù)如表1。
表1HMP45D校準(zhǔn)前后數(shù)據(jù)對比
時間
（分）
校準(zhǔn)前
DRY
實(shí)際值
校準(zhǔn)前
DRY
測量值
校準(zhǔn)前
WET
實(shí)際值
校準(zhǔn)前
WET
測量值
校準(zhǔn)后
DRY
實(shí)際值
校準(zhǔn)后
DRY
測量值
校準(zhǔn)后
WET
實(shí)際值
校準(zhǔn)后
WET
測量值
1
34.0
30.0
75.5
69.4
35.0
34.2
75.5
73.8
2
34.0
30.0
75.5
69.4
35.0
34.2
75.5
73.8
3
34.1
30.2
75.5
69.5
35.1
34.3
75.5
73.8
4
34.1
30.2
75.6
69.5
35.1
34.3
75.5
73.9
5
34.1
30.2
75.6
69.5
35.1
34.3
75.6
73.9
6
34.2
30.4
75.7
69.6
35.1
34.3
75.6
73.9
7
34.2
30.4
75.7
69.6
35.2
34.4
75.6
73.9
8
34.3
30.5
75.7
69.7
35.2
34.4
75.6
74.1
9
34.3
30.5
75.7
69.7
35.2
34.4
75.7
74.2
10
34.3
30.5
75.7
69.7
35.3
34.4
75.7
74.3
平均
34.15
30.29
75.62
69.55
35.13
34.32
75.58
73.95
差值
3.86
6.07
