【正文】 器一般由敏感元件、傳感元件、測(cè)量電路和輔助電源四部分組成。在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化過(guò)程中，檢測(cè)、監(jiān)視和控制溫度、壓力、流量、液位、PH等參數(shù)，以便設(shè)備工作在最佳狀態(tài)，成本消耗最低，產(chǎn)品質(zhì)量最高，同時(shí)，在生產(chǎn)過(guò)程中將各個(gè)環(huán)節(jié)的參數(shù)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，并與計(jì)算機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。 傳感器組成方框圖敏感元件傳感元件測(cè)量電路輔助電源被測(cè)非電量電量 傳感器設(shè)計(jì)與選用(1) 傳感器的設(shè)計(jì)家用豆?jié){機(jī)的串勵(lì)電機(jī)工作轉(zhuǎn)速可達(dá)到12Kr/S左右,大約一分鐘時(shí)間便可將豆粒徹底粉碎。但由于該電機(jī)不可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),為了提高工作效率,粉碎前需要將水溫加熱至75度左右,所以需要設(shè)計(jì)傳感器來(lái)作測(cè)溫計(jì)。在一定溫度范圍內(nèi)，半導(dǎo)體材料的電阻RT和絕對(duì)溫度T的關(guān)系可表示為 （）其中常數(shù)a不僅與半導(dǎo)體材料的性質(zhì)而且與它的尺寸均有關(guān)系，而常數(shù)b僅與材料的性質(zhì)有關(guān)。常數(shù)a、b可通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得。例如，在溫度T1時(shí)測(cè)得其電阻為RT1 （）在溫度T2時(shí)測(cè)得其阻值為RT2 （）將以上兩式相除，消去a得 再取對(duì)數(shù)，有 （）把由此得出的b代入（）或（）式中，又可算出常數(shù)a，由這種方法確定的常數(shù)a和b誤差較大，為減少誤差，常利用多個(gè)T和RT的組合測(cè)量值，通過(guò)作圖的方法（或用回歸法最好）來(lái)確定常數(shù)a、b，為此取（）式兩邊的對(duì)數(shù)。變換成直線方程： 　 （）或?qū)懽? 　 （）式中，然后取X、Y分別為橫、縱坐標(biāo)，對(duì)不同的溫度T測(cè)得對(duì)應(yīng)的RT值，經(jīng)過(guò)變換后作X～Y曲線，它應(yīng)當(dāng)是一條截距為A、斜率為B的直線。根據(jù)斜率求出b，又由截距可求出a＝eA。確定了半導(dǎo)體材料的常數(shù)a和b后，便可計(jì)算出這種材料的激活能E＝bK（K為玻耳茲曼常數(shù)）以及它的電阻溫度系數(shù) （）顯然，半導(dǎo)體熱敏電阻的溫度系數(shù)是負(fù)的，并與溫度有關(guān)。熱敏電阻在不同溫度時(shí)的電阻值，可用惠斯通電橋測(cè)得。半導(dǎo)體熱敏電阻是一種新型的測(cè)溫元件，它的電阻—，可以看出其阻值隨溫度升高而很快減小，用它來(lái)設(shè)計(jì)測(cè)溫計(jì)或傳感器是很靈敏的。 溫度特性曲線為了用它來(lái)制作測(cè)溫計(jì)，首先要測(cè)定它的電阻—溫度特性。這里介紹一種簡(jiǎn)單測(cè)試方法。① 取熱敏電阻，如型號(hào)是RRC6型的小型熱敏電阻，焊上引線，套上一段塑料套管，再把它浸在熔化的石蠟鍋里浸蠟封口。 熱敏電阻② ，圖中檢流計(jì)用50微安的微安表，R3為電阻箱，取R1＝R2≈4KΩ，毫安表量程可取5毫安。 ③ ，瓶中開始放冰水混合物，用0．2℃分度值的水銀溫度計(jì)測(cè)量水溫。④ 接通電橋電源，調(diào)節(jié)W，使毫安表讀數(shù)不大于1毫安，再調(diào)節(jié)R3，使電橋平衡，測(cè)出對(duì)應(yīng)溫度下熱敏電阻的阻值。⑤ 逐步提高水溫，測(cè)出不同溫度下的熱敏電阻阻值。 伏安特性順便說(shuō)一下，為什么測(cè)量時(shí)電橋干路中的電流不能超過(guò)一定值，這是由于熱敏電阻伏安特性決定的。為什么當(dāng)電流I上升到一定值后，它兩端的電壓U反而下降，這是由于通過(guò)熱敏電阻的電流過(guò)大使它本身發(fā)熱造成的（自熱）。設(shè)計(jì)熱效電阻溫度計(jì)應(yīng)避免它進(jìn)入特性的這一階段（稱為負(fù)阻段）。取R2＝R3，R1值等于測(cè)溫范圍最低溫度（0℃）時(shí)熱敏電阻的阻值。R4是校正滿刻度電流用的。取R4值等于測(cè)溫范圍最高溫度（100℃）時(shí)熱敏電阻的阻值。測(cè)量時(shí)首先把S2接在R4端，改變W使微安表指示滿刻度，然后再把S2接在RT端，如果在0℃時(shí)，RT＝R1，R3＝R2，電橋平衡，微安表指示為零。溫度越高，RT值越小，電橋越不平衡，通過(guò)表頭的電流也就越大。這樣就可以用通過(guò)表頭的電流來(lái)表征被測(cè)溫度的高低。 熱敏電阻溫度計(jì)的電路圖(2) 傳感器的選用 要測(cè)量壺中水的溫度,需要體積小的溫度計(jì)。而熱敏電阻傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小,電阻率高,熱慣性小,所以選用它作為家用豆?jié){機(jī)的測(cè)溫計(jì)。 傳感器的工作原理金屬導(dǎo)電是靠自由電子在電場(chǎng)作用下作定向運(yùn)動(dòng),當(dāng)溫度升高時(shí),自由電子的數(shù)目基本不增加,只有自由電子雜亂無(wú)章的動(dòng)能增加了。因此,在一定電場(chǎng)作用下,使自由電子作定向運(yùn)動(dòng)就會(huì)遇到更大的阻力,即電阻值增加了。而半導(dǎo)體參加導(dǎo)電的是載流子(為自由電子和空穴兩種異性電荷),由于半導(dǎo)體中的載流子數(shù)目要比原子的數(shù)目少幾千倍到幾萬(wàn)倍,相鄰自由電子之間的距離是原子之間距離的幾十倍到幾百倍,所以在一般情況下它的電阻值很大。當(dāng)溫度升高時(shí),半導(dǎo)體中更多的價(jià)電子獲得熱能而激發(fā),掙脫核束縛成為載流子,因而參加導(dǎo)電的載流子數(shù)目增加了,所以,半導(dǎo)體的電阻值隨溫度升高而急劇減小,且按指數(shù)規(guī)律下降,呈非線性。 單片機(jī)處理電路的設(shè)計(jì)及選用 單片機(jī)處理電路的設(shè)計(jì)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，采用單片機(jī)控制的產(chǎn)品已經(jīng)十分普遍，涉及的領(lǐng)域也十分廣泛。在家電領(lǐng)域中，如豆?jié){機(jī),它以單片機(jī)為核心，在單片機(jī)控制下,完成從加熱到磨漿再到加熱燒開的過(guò)程，都不需要人工操作。采用模糊控制的控制理念，使豆?jié){機(jī)具有智能控制功能，而贏得市場(chǎng)的認(rèn)同。 單片機(jī)機(jī)處理電路圖 單片機(jī)的選用單片機(jī)種類較多，使用較多的是MCS51系列。但美國(guó)Zilog公司的Z8系列單片機(jī)新穎、品種多，特別適合家電智能化和更新?lián)Q代。Z8具有下列主要特點(diǎn)：1）多累加器的結(jié)構(gòu)。內(nèi)部RAM128字節(jié)或256字節(jié)單元均可作為累加器使用，方便了軟件的編寫，減少了軟件的長(zhǎng)度，提高了內(nèi)存的利用率。2）端口3的一些引腳可通過(guò)軟件接通內(nèi)部的模擬器，可用于過(guò)零檢測(cè)、A/D轉(zhuǎn)換。3）矢量中斷。4）有看門狗，提高抗干擾能力。我選用Z86E02單片機(jī)，內(nèi)含512字節(jié)ROM，128字節(jié)RAM，18引腳，體積小，價(jià)格廉，特別適合小家電智能控制。單片機(jī)控制家用豆?jié){機(jī)完成了從加熱、打漿、再加熱、報(bào)警整個(gè)工序，減少人們的繁瑣操作和勞動(dòng)程度。它由時(shí)鐘OSC、中央處理器CPU、程序存儲(chǔ)器ROM、數(shù)字存儲(chǔ)器RAM、內(nèi)部總線、各種I/O、定時(shí)器/計(jì)算器CTC等組成。 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)、引腳及功能(1) 單片機(jī)結(jié)構(gòu) Z86E02單片機(jī)引腳功能圖(2) 單片機(jī)的引腳Table 1. 18Pin Standard Mode IdentificationPin Symbol Function Direction14 P24P27 Port 2, Pins 4, 5, 6, 7 In/Output5 V CC Power Supply6 XTAL2 Crystal Oscillator Clock Output7 XTAL1 Crystal Oscillator Clock Input8 P31 Port 3, Pin 1, AN1 Input9 P32 Port 3, Pin 2, AN2 Input10 P33 Port 3, Pin 3, REF Input1113 P00P02 Port 0, Pins 0, 1, 2 In/Output14 GND Ground1518 P20P23 Port 2, Pins 0, 1, 2, 3 In/Output(3) 單片機(jī)的功能Z86E02單片機(jī)內(nèi)部功能 缺水、沸騰溢出電路設(shè)計(jì) 缺水、沸騰溢出電路的作用及組成 (1) 缺水、沸騰溢出電路的作用是以傳感器作為信息采集系統(tǒng)的前端單元來(lái)控制家用豆?jié){機(jī)缺水時(shí)干燒和沸騰溢出等問(wèn)題。 (2) 缺水、沸騰溢出電路由碳膜濕敏傳感器、單片機(jī)和電阻組成。電極基片溫度膜 碳膜濕敏傳感器形狀在絕緣的聚苯乙烯基片上制備兩個(gè)電極,然后在電極之間噴涂一層含有碳粉粒的有機(jī)膠狀纖維素濕膜,便構(gòu)成了碳膜濕敏傳感器。、隨溫度穩(wěn)定的水溶性纖維乙醚粘合劑、濕潤(rùn)性可塑劑、分散劑等組成。碳粉粒主要用來(lái)構(gòu)成連接兩電極的導(dǎo)電網(wǎng)；粘合劑用來(lái)固定碳顆粒；可塑劑用來(lái)增強(qiáng)粘合劑的親水性；分散劑用來(lái)使碳顆粒均勻分散。當(dāng)濕敏膜吸濕后發(fā)生膨脹,由于體積增大使碳顆粒的密度降低,碳顆粒間距增加,造成電阻值增大；干燥時(shí),濕敏膜脫水收縮,碳顆粒間距縮小,又使電阻變小。 缺水、沸騰溢出電路工作原理 缺水、。PG是裝在豆?jié){機(jī)攪拌壺底的參考地電極，經(jīng)R10（100Ω）接地。PW是裝在攪拌壺中部的缺水檢測(cè)電極，PF是裝在攪拌壺頂部的沸騰溢出檢測(cè)電極。正常工作時(shí)，PW和PG被水淹沒(méi)，PW和PG之間電阻較大，與RR6共同對(duì)+5V分壓，,比較器1輸出高電平。缺水時(shí)，PW露出水面，和PG之間電阻很小，與RR6共同對(duì)+5V分壓，,比較器1輸出低電平。用軟件檢測(cè)比較器1的輸出電平，便知是否缺水。用同樣方法檢測(cè)豆?jié){是否沸騰溢出。豆?jié){沸騰之前，電極PF遠(yuǎn)離水面，PF和PG之間電阻很小，與RR8共同對(duì)+5V分壓，,比較器2輸出低電平。豆?jié){沸騰時(shí)，泡沫淹沒(méi)PF，和PG之間電阻大，與RR8共同對(duì)+5V分壓，比較器2輸出高電平。用軟件檢測(cè)比較器2的輸出電平，便知豆?jié){是否沸騰溢出。 缺水、沸騰溢出檢測(cè)電路 報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警電路的作用是通過(guò)蜂鳴器發(fā)出聲音信號(hào)，提醒主人豆?jié){以經(jīng)煮好了。 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)，使功率放大，以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器B2發(fā)出聲音。 報(bào)警電路圖 報(bào)警電路的工作原理報(bào)警電路由單片機(jī)Z86E0電阻R三極管T4與蜂鳴器B2組成