传感器技术实验报告.docx
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传感器技术实验报告
大连理工大学
本科实验报告
课程名称：
传感器技术实验
学院（系）：
电子科学与技术学院
专业：
集成电路设计与集成系统
班级：
电集1001
学号：
201081086
学生姓名：
陈朝吉
2012年11月24日
实验项目列表
序号
实验项目名称
学时
成绩
指导教师
预习
操作
结果
1
红外防盗报警器
2
热敏电阻的温度测试
3
霍尔传感器测试
4
热释电红外传感器灯控系统
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
总计
学分：
大连理工大学实验预习报告
学院（系）：
电子科学与技术学院专业：
集成电路设计与集成系统班级：
电集1001
姓名：
陈朝吉学号：
201081086组：
实验时间：
2012年11月13日实验室：
创新园大厦C220实验台：
指导教师签字：
成绩：
实验一红外防盗报警器
一、实验目的和要求
1．掌握红外传感器的工作原理。
2．根据红外传感器的工作原理，设计一个红外报警器。
当有物理穿过检测区时，可产生报警信号。
二、实验原理和内容
本实验使用一支红外发光管和一支红外接收管，再配合电阻、运放、蜂鸣器等元件，构成一个红外防盗报警器。
该报警器的功能如图1.1所示。
当发射器与接收器之间没有物体遮挡时，发射器发出的红外光可被接收器收到。
而当发射器与接收器之间有物体遮挡时，接收器不能接收到发射器的红外光，此时可认为有人进入检测区，产生报警。
三、实验步骤
1．观察所给元器件，分辨出发光管和接收管。
红外发光管：
常用的红外发光二极管，其外形和发光二极管LED相似，发出红外光。
管压降约1.4v，工作电流一般小于20mA。
为了适应不同的工作电压，回路中常常串有限流电阻。
红外接收管：
红外接收头一般是接收、放大、解调一体头，一般红外信号经接收头解调后，数据“0”和“1”的区别通常体现在高低电平的时间长短或信号周期上，单片机解码时，通常将接收头输出脚连接到单片机的外部中断，结合定时器判断外部中断间隔的时间从而获取数据。
2．熟悉各种仪器的使用
LM324运放：
LM324的引脚说明如下图所示：
3．设计电路，如图1.2所示。
图1.2
4．组装调试电路。
四、实验数据记录表格
在红外发射端的470Ω电阻用电位器取代，调节电位器，使二极管在亮和灭两个状态测两组数据，记录在下表中。
V+
V-
发光/V
不发光/V
大连理工大学实验报告
学院（系）：
电子科学与技术学院专业：
集成电路设计与集成系统班级：
电集1001
姓名：
陈朝吉学号：
201081086组：
实验时间：
2012年11月13日实验室：
创新园大厦C220实验台：
指导教师签字：
成绩：
实验一红外防盗报警器
一、实验目的和要求
1．掌握红外传感器的工作原理。
2．根据红外传感器的工作原理，设计一个红外报警器。
当有物理穿过检测区时，可产生报警信号。
二、实验原理和内容
本实验使用一支红外发光管和一支红外接收管，再配合电阻、运放、蜂鸣器等元件，构成一个红外防盗报警器。
该报警器的功能如图1.1所示。
当发射器与接收器之间没有物体遮挡时，发射器发出的红外光可被接收器收到。
而当发射器与接收器之间有物体遮挡时，接收器不能接收到发射器的红外光，此时可认为有人进入检测区，产生报警。
三、主要仪器设备
1．红外发光管
2．红外接收管
3．直流稳压电源
4．蜂鸣器
5．集成运算放大器LM324
6．NPN三极管
7．电阻、导线
四、实验步骤与操作方法
1．观察所给元器件，分辨出发光管和接收管。
红外发光管：
常用的红外发光二极管，其外形和发光二极管LED相似，发出红外光。
管压降约1.4v，工作电流一般小于20mA。
为了适应不同的工作电压，回路中常常串有限流电阻。
红外接收管：
红外接收头一般是接收、放大、解调一体头，一般红外信号经接收头解调后，数据“0”和“1”的区别通常体现在高低电平的时间长短或信号周期上，单片机解码时，通常将接收头输出脚连接到单片机的外部中断，结合定时器判断外部中断间隔的时间从而获取数据。
2．熟悉各种仪器的使用
LM324运放：
LM324的引脚说明如下图所示：
3．设计电路，如图1.2所示。
图1.2
4．组装调试电路。
五、实验数据记录和处理
在红外发射端的470Ω电阻用电位器取代，调节电位器，使二极管在亮和灭两个状态测两组数据，记录在下表中。
V+
V-
发光/V
4.9
2.4
不发光/V
1.75
2.7
六、实验结果与分析
实验现象为：
当无挡板遮盖时，红外发射管发出的红外光可被红外接收管收到，此时接收管导通，运算放大器同相端低电平（低于反向端），二极管不亮。
当用挡板遮盖时，红外发射管发出的红外光不可被红外接收管收到，运算放大器同相端高电平（高于反向端），发光二级管发出红光警报。
七、讨论、建议、质疑
通过本次实验，对红外二极管有了初步认识，掌握了其工作原理以及生活中一些报警等系统的应用。
大连理工大学实验预习报告
学院（系）：
电子科学与技术学院专业：
集成电路设计与集成系统班级：
电集1001
姓名：
陈朝吉学号：
201081086组：
实验时间：
2012年11月13日实验室：
创新园大厦C220实验台：
指导教师签字：
成绩：
实验二基于热敏电阻的温度检测电路
一、实验目的和要求
1．掌握热敏电阻的工作原理。
2．根据热敏电阻的工作原理，设计一个温度检测电路。
当温度高于设定温度时，给出指示。
二、实验原理和内容
本实验使用热敏电阻传感器，再配合电阻、集成运算放大器、LED等元件，构成一个温度检测电路。
当环境温度高于或低于某一设定温度时，用LED灯给出指示。
该实验中使用的温度热敏电阻为一负温度系数电阻（NTC）。
图2.1NTC热敏电阻外形
三、实验步骤
1．观察所给元器件，熟悉各元器件特点。
2．熟悉各种仪器的使用。
3．设计电路，如图2.2所示。
图2.2
4．组装调试电路。
四、实验数据记录表格：
无（本次实验不需要记录数据）。
大连理工大学实验报告
学院（系）：
电子科学与技术学院专业：
集成电路设计与集成系统班级：
电集1001
姓名：
陈朝吉学号：
201081086组：
实验时间：
2012年11月13日实验室：
创新园大厦C220实验台：
指导教师签字：
成绩：
实验二基于热敏电阻的温度检测电路
一、实验目的和要求
1．掌握热敏电阻的工作原理。
2．根据热敏电阻的工作原理，设计一个温度检测电路。
当温度高于设定温度时，给出指示。
二、实验原理和内容
本实验使用热敏电阻传感器，再配合电阻、集成运算放大器、LED等元件，构成一个温度检测电路。
当环境温度高于或低于某一设定温度时，用LED灯给出指示。
该实验中使用的温度热敏电阻为一负温度系数电阻（NTC）。
图2.1NTC热敏电阻外形
三、主要仪器设备
1．热敏电阻
2．集成运算放大器LM324
3．直流稳压电源
4．LED灯
5．电阻、导线
四、实验步骤与操作方法
1．观察所给元器件，熟悉各元器件特点。
2．熟悉各种仪器的使用。
3．设计电路，如图2.3所示。
图2.3
4．组装调试电路。
五、实验数据记录和处理：
本次实验不需要记录数据。
六、实验结果与分析
实验现象：
在室温环境下由于热敏电阻室温下的阻值与另一个电阻分压使得运放同相端电压低于反向端。
故运放输出低电平，发光二极管不亮；而当有人用手捏热敏电阻时，由于热敏电阻的阻值随温度的升高而降低，使得比较器输出端为高电平，使发光二极管发光。
由不同的人捏热敏电阻，因为温度的不同，热敏电阻的阻值也不同，这使得发光二级管在发光时的功率不同，其亮度也不一样。
七、讨论、建议、质疑
通过本次实验，掌握了热敏电阻传感器的工作原理，在成功的完了实验内容的同时，理解了生活中热敏电阻的应用机理和重要意义。
大连理工大学实验预习报告
学院（系）：
电子科学与技术学院专业：
集成电路设计与集成系统班级：
电集1001
姓名：
陈朝吉学号：
201081086组：
实验时间：
2012年11月24日实验室：
创新园大厦C220实验台：
指导教师签字：
成绩：
实验三霍尔传感器构成的转数计
一、实验目的和要求
1．掌握霍尔传感器的工作原理。
2．根据霍尔传感器的工作原理，设计一个转数计。
二、实验原理和内容
本实验使用一霍尔传感器（3144），再配合电阻、运放、计数器等元件，构成一个霍尔计数器。
该计数器的功能如图3.1所示。
图3.1霍尔传感器实验图
在转盘转动过程中，转盘上的磁铁周期性地经过霍尔传感器的下方。
每当有磁铁经过时，霍尔传感器会产生一个低电平信号。
技术器完成对低电平信号的统计和显示工作。
三、实验步骤
1．观察所给元器件，熟悉各种元器件的特点。
霍尔传感器引线图如下：
2．熟悉各种仪器的使。
3．设计电路，如图3.2所示。
图3.2
4．组装调试电路。
四、实验数据记录表格
信号端电压
无磁场（LED亮）
有磁场（LED灭）
大连理工大学实验报告
学院（系）：
电子科学与技术学院专业：
集成电路设计与集成系统班级：
电集1001
姓名：
陈朝吉学号：
201081086组：
___
实验时间：
2012年11月24日实验室：
创新园大厦C220实验台：
指导教师签字：
成绩：
实验三霍尔传感器构成的转数计
一、实验目的和要求
1．掌握霍尔传感器的工作原理。
2．根据霍尔传感器的工作原理，设计一个转数计。
二、实验原理和内容
本实验使用一霍尔传感器（3144），再配合电阻、运放、计数器等元件，构成一个霍尔计数器。
该计数器的功能如图3.1所示。
图3.1霍尔传感器实验图
在转盘转动过程中，转盘上的磁铁周期性地经过霍尔传感器的下方。
每当有磁铁经过时，霍尔传感器会产生一个低电平信号。
技术器完成对低电平信号的统计和显示工作。
三、主要仪器设备
1．霍尔传感器
2．磁铁
3．直流稳压电源
4．计数器
5．电阻、导线
四、实验步骤与操作方法
1．观察所给元器件，熟悉各种元器件的特点。
霍尔传感器引线图如下：
2．熟悉各种仪器的使用。
3．设计电路，如图3.2所示。
图3.2
4．组装调试电路。
五、实验数据记录和处理
信号端电压
无磁场（LED亮）
4.5V
有磁场（LED灭）
37mV
六、实验结果与分析
实验现象：
电路搭建完成后，此时传感器没有磁场，运放反向端电阻分压约为电源电压的一半，由于没有磁场传感器输出端在上拉电阻作用下高电平（接近电源电压），即运放的同相端电压高于反向端电压，故LED正常发光。
当磁铁靠近传感器时，当磁感线垂直穿过传感器变平面时，产生霍尔电势，使得传感器信号端拉低到地，即运放同相端电平拉低（约为几十mV），故LED灭。
而当磁铁的磁感线平行传感器扁平面靠近时，由于没有霍尔电势产生，故LED正常发光。
七、讨论、建议、质疑
通过本次实验，从实验现象上加深了对霍尔传感器件的工作原理及其内部电路特点的理解。
霍尔传感器3144内部等效电路帮助我们更好的应用霍尔传感器件。
大连理工大学实验预习报告
学院（系）：
电子科学与技术学院专业：
集成电路设计与集成系统班级：
电集1001
姓名：
陈朝吉学号：
201081086组：
实验时间：
2012年11月24日实验室：
创新园大厦C220实验台：
指导教师签字：
成绩：
实验四基于热释电红外传感器的灯控系系统
一、实验目的和要求
1．掌握热释电传感器的工作原理。
2．根据热释电传感器的工作原理，设计一个灯控电路，当有人进入探测区域时灯亮或使蜂鸣器响声提示。
二、实验原理和内容
本实验使用热释电红外传感器及其信号处理IC，再配合电阻、电容、运算放大器、LED等元件，构成一个灯控电路，当有人进入探测区域时灯亮或使蜂鸣器响声提示。
本实验中使用的热释电红外传感器为进口RE200B热释电红外传感器。
三、实验步骤
1．观察所给元器件，熟悉各种元器件的特点。
热释电红外传感器：
RE200B
该传感器采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射，采用双灵敏元互补方法抑制温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。
图4.1.1热释电红外传感器RE200B外观图
图4.1.2热释电红外传感器RE200B引脚分配图
热释电红外传IC：
EG4001A
EG4001是一款专为热释电红外信号放大及处理输出的数模混合专用芯片，内部集成了运算放大器、双门限电压比较器、参考电压源、延时时间定时器和封锁时间定时器及状态控制器等，专用于防盗报警系统、人体门控制装置、照明控制开关等场合。
EG4001电源工作电压为+3V~+5V，采用了CMOS工艺数模混合相结合的集成电路，8个引脚数封装设计、降低了外围电路元件数和整体成本、节省了PCB板空间。
图4.1.3EG4001管脚图
2．熟悉各种仪器的使用。
3．设计电路，如图4.1.4所示。
图4.1.4
4．组装调试电路。
四、实验数据记录表格
LED亮灯时间：
信号电压
LED亮
LED灭
大连理工大学实验报告
学院（系）：
电子科学与技术学院专业：
集成电路设计与集成系统班级：
电集1001
姓名：
陈朝吉学号：
201081086组：
实验时间：
2012年11月13日实验室：
创新园大厦C220实验台：
指导教师签字：
成绩：
实验四基于热释电红外传感器的灯控系系统
一、实验目的和要求
1．掌握热释电传感器的工作原理。
2．根据热释电传感器的工作原理，设计一个灯控电路，当有人进入探测区域时灯亮或使蜂鸣器响声提示。
二、实验原理和内容
本实验使用热释电红外传感器及其信号处理IC，再配合电阻、电容、运算放大器、LED等元件，构成一个灯控电路，当有人进入探测区域时灯亮或使蜂鸣器响声提示。
本实验中使用的热释电红外传感器为进口RE200B热释电红外传感器。
三、主要仪器设备
1．热释电红外传感器RE200B
2．热释电红外传感IC：
EG4001A（需额外电源处理）
3．直流稳压电源、导线
4．电阻、电容
5．发光二极管、蜂鸣器
四、实验步骤与操作方法
1．观察所给元器件，熟悉各种元器件的特点。
热释电红外传感器：
RE200B
该传感器采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射，采用双灵敏元互补方法抑制温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。
图4.2.1热释电红外传感器RE200B外观图
图4.2.2热释电红外传感器RE200B引脚分配图
热释电红外传IC：
EG4001A
EG4001是一款专为热释电红外信号放大及处理输出的数模混合专用芯片，内部集成了运算放大器、双门限电压比较器、参考电压源、延时时间定时器和封锁时间定时器及状态控制器等，专用于防盗报警系统、人体门控制装置、照明控制开关等场合。
EG4001电源工作电压为+3V~+5V，采用了CMOS工艺数模混合相结合的集成电路，8个引脚数封装设计、降低了外围电路元件数和整体成本、节省了PCB板空间。
图4.2.3EG4001管脚图
2．熟悉各种仪器的使用。
3．设计电路，如图4.2.4所示。
图4.2.4
4．组装调试电路。
五、实验数据记录和处理
LED亮灯时间：
12.86S
信号电压
LED亮
2.1V
LED灭
0V
六、实验结果与分析
实验结果：
电路搭建完成后，LED处于熄灭状态，当人体靠近时，传感器有红外线接收到，则经过芯片EG4001放大触发7、8端的RC单稳态回路，即触发LED亮，一段时间（单稳态结束）后熄灭。
起初电路RC回路R值过大，使得单稳态时间过长。
经过多并联一个等值电阻后，时间常数减为原来的一半，试验中测得LED亮的时间约为12.68S。
同时，测得LED亮、灭时传感器信号输出端电压如实验结构记录，充分说明电路正常工作。
七、讨论、建议、质疑
通过本次实验，不仅帮助我们很好的掌握了热释电传感器的工作原理及其相关电路特点。
更加深了生活中热释电传感器应用的理解，对生活中的路灯、楼道灯等相关应用有了更清楚的理解。
与此同时，实验过程中出现的一些问题，如电路（传感器）灵敏差等相关在调试中出现的问题让我们更深层次的理解了热释电传感器的内部特点，例如在本次实验中发现热释电传感器在电路搭建完成后对不同区域的敏感度相差甚远，但也可能是个别元器件的分立性或者实验使用次数较多的老化、损坏引起的。
这些问题有待我们去讨论和研究。
从这一小点问题到整个实验，对我们今后在实际工程应用将起到一个很好的引导和启发作用，从某一程度上加深了我们对具体电路的思考深度和广度，是作为一个电子工程师不可或缺的素质。
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