【正文】 內(nèi)的輸出之百分比。如圖 12所示，它可用下 式 表示，且多取其正值 。 00100m inm a x m a x ???? YY L? 式中 △ Lmax最大非線性誤差 YmaxYmin 輸出范圍 擬合直線的選取有多種方法，圖 12是將傳感器輸出起始點與滿量程點連接起來的直線作為擬合直線，這條直線稱為端基理論直線，按上述方法得出的線性度稱為端基線性度。 圖 12 傳感器線性度示意圖 （ 4） 穩(wěn)定性（ Regulation） 穩(wěn)定性指在室溫條件下，經(jīng)過相當(dāng)長的時間后，傳感器輸出與起始標(biāo)定時輸出之間的差異。差異越小，穩(wěn)定性越好。穩(wěn)定性一般以儀表的示值變化量和時間的長短之比來表示。例如，某儀表 輸出電壓值在 8h內(nèi)的變化量為 ，則表示為 。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，可將檢測范圍擴展到 地 磁場強 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^ Inter 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 單片機定義 計算機的發(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。 所謂單片微型計算機，是指將組成微型計算機的基本功能部件，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，簡稱單片機?？傮w來講，單片機可用 如 下“表達(dá)式”來表示： 單片機 =CPU+ROM+RAM+I/O+功能部件 2． 2 單片機的特點及應(yīng)用 一、單片機的特點 隨著半導(dǎo)體、計算機科技技術(shù)的發(fā)展，單片機的集成度越來越高， 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，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，并有很強的位處理和接口邏輯操作等多種功能。 （ 3） 抗干擾能力強，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 接口都易于擴展。 （ 5） 可以方便的實現(xiàn)多機和分布式控 制。 二、單片機的應(yīng)用 單片機的應(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） 單片機在智能化儀器、儀表中的應(yīng)用：由于單片機有計算機的功能，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） 單片機在實時控制中的應(yīng)用：單片機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)和單片機技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮單片機的數(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） 單片機在機電 一體化中的應(yīng)用：單片機有利于機電一體化技術(shù)的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、醫(yī)療設(shè)備、汽車設(shè)備等。 （ 4） 單片機在多機系統(tǒng)中的應(yīng)用：單片機在多機系統(tǒng)中的應(yīng)用是將來單片機發(fā)展的主要模式，它可以提高單片機的可靠性，使系統(tǒng)運行速度更快。 （ 5） 單片機在計算機外圍設(shè)備中的應(yīng)用：單片機廣泛應(yīng)用于打印機等多種計算機的外圍設(shè)備，特別是用于智能終端，可大大減輕主機負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)的運行速度。 （ 6） 單片機在家用電器中的應(yīng)用：單片具有體積小、重量輕、價格便宜等特點，所以家電產(chǎn)品中配上微電腦后，使其身價百倍，功能強，使用方便， 深得用戶歡迎。 （ 7） 單片機在通信中的應(yīng)用：單