【正文】 表示為 。環(huán)境影響是由外界環(huán)境變化而引起示值變化，示值的變化由兩個因素構(gòu)成：一是零漂，二是靈敏度漂移。零漂是指原先已調(diào)零的儀表在受外界影響后，輸出不再等于零，而有一定的漂移。造成環(huán)境影響量的因素有溫度、濕度、氣壓、電源電壓、電源頻率等。在這些因素中，溫度變化對儀表的影響最難克服，必須予以特別的重視。（5） 可靠性（Reliability）可靠性是反映檢測系統(tǒng)在規(guī)定的條件下，在規(guī)定時間內(nèi)是否耐用的一種綜合性的質(zhì)量指標(biāo)。（6） 精確度（Accurately）精確度表示傳感器的輸出與被測量的對應(yīng)程度。傳感器處于測試系統(tǒng)的輸入端，因此，能否真實地反映與被測量值，對整個系統(tǒng)具有直接影響。然而，也并非要求傳感器的精確度越高越好，因為還應(yīng)考慮到經(jīng)濟(jì)性。傳感器精確度愈高，價格越昂貴。因此應(yīng)從實際出發(fā)。傳感器在實際條件下的工作方式，也是選用傳感器時應(yīng)該考慮的重要因素。例如，接觸測量與非接觸測量，在線與非在線測量等。因為條件不同對傳感器要求亦不同。除了以上選用傳感器時應(yīng)充分考慮的一些因素外，還應(yīng)盡可能兼顧結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量小、價格便宜、易于維修、易于更換等條件。此外，還要合理選擇設(shè)置場所，了解傳感器的外形尺寸和質(zhì)量，注意安裝方法；注意從傳感器的工作原理出發(fā)，分析被測物體中可能會產(chǎn)生的負(fù)載效應(yīng)等問題，1. 4 傳感器分類 傳感器的種類名目繁多，分類不盡相同。常用的分類方法有： （1） 按被測量分類 可分為位移、力、力矩、轉(zhuǎn)速、振動、加速度、溫度、壓力、流量、流速等傳感器。（2） 按測量原理分類 可分為電阻、電容、電感、光柵、熱電偶、超聲波、激光、紅外、光導(dǎo)纖維等傳感器。（3） 按輸入信號形式分類 物理量傳感器（力、位移、光、聲、色等傳感器），化學(xué)量傳感器（氣體、濕度、離子等傳感器），生物量傳感器（蛋白質(zhì)、酶、組織等傳感器）。（4） 按輸出信號形式分類 模擬量傳感器和數(shù)字量傳感器。（5） 按其他形式分類 用途類、科目類、功能類等傳感器。1. 5 傳感器的發(fā)展趨勢 傳感器技術(shù)是21世紀(jì)人們在高新技術(shù)領(lǐng)域爭奪的一個制高點。21世紀(jì)是人類全面進(jìn)入信息電子化的時代，作為現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一的傳感器技術(shù)必將有較大的發(fā)展。我國今后傳感器方面的研究和開發(fā)方向應(yīng)是：微電子機(jī)械系統(tǒng)七辰傳感器環(huán)保傳感器工業(yè)過程控制傳感器醫(yī)療衛(wèi)生和食品業(yè)檢測傳感器新型敏感材料等。 下面將傳感器的發(fā)展趨勢概括為以下幾個方面。（1） 向結(jié)構(gòu)型傳感器方向發(fā)展目前，大多數(shù)使用的是結(jié)構(gòu)型傳感器，由于結(jié)構(gòu)型傳感器在原理、材料和結(jié)構(gòu)形式等方面都不斷發(fā)生變化，除主要向高穩(wěn)定性，高可靠性和高精度方向發(fā)展外，正在向有源化方向發(fā)展。即將敏感元件和電路組裝在一起，減小裝置體積，提高信噪比。結(jié)構(gòu)傳感器由于采用新結(jié)構(gòu)、新材料和新工藝，可以大幅度提高傳感器的性能。（2） 向小型化、集成化方向發(fā)展由于航天和航空技術(shù)的發(fā)展以及醫(yī)療器件的需要，傳感器必須向小型化方向發(fā)展，以便減小體積和質(zhì)量。而小型化的基礎(chǔ)是集成化，它分為傳感器本身的集成化和傳感器與后續(xù)電路的集成化。集成化傳感器由低級發(fā)展到高級，把各種調(diào)節(jié)和補(bǔ)償電路與傳感器集成在一起，降低了對環(huán)境的要求，提高了信噪比和精度。（3） 向智能化方向發(fā)展將傳統(tǒng)的傳感器和微處理器及相關(guān)電路組成一體化的結(jié)構(gòu)就是智能傳感器。智能傳感器可以分為三種類型，即具有判斷能力的傳感器、具有學(xué)習(xí)能力的傳感器和具有創(chuàng)造能力的傳感器。它主要有以下功能：① 自校準(zhǔn)功能 操作者輸入零值或某一標(biāo)準(zhǔn)量值后，自校準(zhǔn)軟件可以自動地對傳感器進(jìn)行在線校準(zhǔn)。② 自補(bǔ)償功能 智能傳感器在工作中可通過軟件對非線性、溫度漂移、響應(yīng)時間等，進(jìn)行自動補(bǔ)償。③ 自診斷功能 智能傳感器在接通電源后，可以對傳感器進(jìn)行自檢，檢查各部分是否正常。在內(nèi)部出現(xiàn)操作問題時，能夠立即通知系統(tǒng)，通過輸出信號表明傳感器發(fā)生故障，并可診斷發(fā)生故障的部件。④ 數(shù)據(jù)處理功能 智能傳感器可以根據(jù)內(nèi)部的程序，自動處理數(shù)據(jù)。例如進(jìn)行統(tǒng)計處理、剔除異常數(shù)據(jù)等。⑤ 雙向通信功能 智能傳感器的微處理器與傳感器之間構(gòu)成閉環(huán)，微處理器不但接收、處理傳感器的數(shù)據(jù)，還可以將信息反饋至傳感器，對測量過程進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。⑥ 信息存儲和記憶功能⑦ 數(shù)字信號輸出功能 智能傳感器輸出數(shù)字信號，很方便地和計算機(jī)或接口總線相連。（1） 向開發(fā)新型傳感器方向發(fā)展利用具有新效應(yīng)的敏感功能材料或開發(fā)新的敏感功能材料研制新型傳感器。如：利用量子力學(xué)效應(yīng)研制高靈敏度傳感器；利用核磁共振吸收效應(yīng)研制的磁敏傳感器，可將檢測范圍擴(kuò)展到地磁場強(qiáng)度的?千萬分子一；利用約瑟夫效應(yīng)研制的熱噪聲溫度傳感器，可測超低溫；利用光子滯后效應(yīng)研制快速紅外傳感器等。（2） 向研究開發(fā)生物傳感器方向發(fā)展研究人類和動物的器官，利用仿生學(xué)開發(fā)仿生傳感器。（3） 向多維化與靈巧化方向發(fā)展多維化傳感器是把多個傳感器單元合做在一起，則可識別空間和復(fù)雜的環(huán)境狀態(tài)，X射線的CT即為此種傳感器。 靈巧傳感器屬于智能傳感器的一種，具有可程控與自適應(yīng)功能，是計算機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)的進(jìn)一步結(jié)合，使傳感器的作用更為重要。 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，可將十分復(fù)雜的信號處理和控制電路集成到單塊芯片中去?？梢酝ㄟ^Internet網(wǎng)，實現(xiàn)多個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換和共享，從而構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化的檢測系統(tǒng)。還可以遠(yuǎn)在千里之外，隨時隨地瀏覽現(xiàn)場工況，實現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)試、遠(yuǎn)程故障診斷、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和實時操作等。 總之，傳感器檢測技術(shù)的蓬勃發(fā)展適應(yīng)了我國國民經(jīng)濟(jì)的迫切需要，是一門充滿希望和活力的新興技術(shù)，目前取得的進(jìn)展已十分矚目，今后還將有更大的飛躍。第二章 硬件電路設(shè)計2. 1 單片機(jī)定義計算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了從電子管到大規(guī)模集成電路等幾個發(fā)展階段，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，使計算機(jī)向性能穩(wěn)定可靠、微型化、廉價方向發(fā)展，從而出現(xiàn)了單片微型計算機(jī)。所謂單片微型計算機(jī)，是指將組成微型計算機(jī)的基本功能部件，如中央處理器CPU、存儲器ROM和RAM、輸入/輸出（I/O）接口電路等集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機(jī)，簡稱單片機(jī)。總體來講，單片機(jī)可用如下“表達(dá)式”來表示： 單片機(jī)=CPU+ROM+RAM+I/O+功能部件2．2 單片機(jī)的特點及應(yīng)用 一、單片機(jī)的特點隨著半導(dǎo)體、計算機(jī)科技技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的集成度越來越高，CPU的位數(shù)也越來越高，已能將所有主要部件都集成在一塊芯片上，使其應(yīng)用模式多、范圍廣，并具有以下特點：（1） 低電壓，低功耗，優(yōu)異的性能價格比，重量輕，易于產(chǎn)品化。（2） 控制功能強(qiáng)，運行速度快，能針對性地解決從簡單到復(fù)雜的各類控制問題，滿足工業(yè)控制要求，并有很強(qiáng)的位處理和接口邏輯操作等多種功能。（3） 抗干擾能力強(qiáng)，適用溫度范圍寬。由于許多功能部件集成在芯片內(nèi)部，受外界影響小，故可靠性高。（4） 雖然單片機(jī)內(nèi)存儲器的容量不可能很大，但存儲器和I/O接口都易于擴(kuò)展。（5） 可以方便的實現(xiàn)多機(jī)和分布式控制。二、單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī)的應(yīng)用具有面廣、量大的特點，目前廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域，對技術(shù)改造和產(chǎn)品的更新起著重要作用。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1） 單片機(jī)在智能化儀器、儀表中的應(yīng)用：由于單片機(jī)有計算機(jī)的功能，它不僅能完成檢測，還既有數(shù)據(jù)處理、溫度控制功能，易于實現(xiàn)儀器、儀表的數(shù)字化和智能化。（2） 單片機(jī)在實時控制中的應(yīng)用：單片機(jī)可以用于各種不太復(fù)雜的實時控制系統(tǒng)中。將測量技術(shù)、自動控制技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理和實時控制功能，使系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)。（3） 單片機(jī)在機(jī)電一體化中的應(yīng)用：單片機(jī)有利于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療設(shè)備、汽車設(shè)備等。（4） 單片機(jī)在多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用：單片機(jī)在多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用是將來單片機(jī)發(fā)展的主要模式，它可以提高單片機(jī)的可靠性，使系統(tǒng)運行速度更快。（5） 單片機(jī)在計算機(jī)外圍設(shè)備中的應(yīng)用：單片機(jī)廣泛應(yīng)用于打印機(jī)等多種計算機(jī)的外圍設(shè)備，特別是用于智能終端，可大大減輕主機(jī)負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)的運行速度。（6）