傳感器技術(shù)及其應(yīng)用實(shí)例（第2版）

前言
第1章溫度傳感器1
1.1溫度傳感器的類型1
1.2電阻式溫度傳感器2
1.2.1金屬測溫電阻器2
1.2.2半導(dǎo)體熱敏電阻5
1.3熱電偶8
1.3.1熱電偶的工作原理8
1.3.2熱電偶的應(yīng)用技術(shù)10
1.3.3熱電偶應(yīng)用實(shí)例14
1.4集成溫度傳感器17
1.4.1AD590及其應(yīng)用17
1.4.2LM35及其應(yīng)用20
1.4.3LM335/LM336及其應(yīng)用23
1.4.4其他集成溫度傳感器及其應(yīng)用25
1.5其他類型溫度傳感器29
1.5.1晶體振蕩溫度傳感器29
1.5.2彈性表面波溫度傳感器30
1.5.3光纖溫度傳感器33
第2章濕度傳感器37
2.1概述37
2.1.1濕度及其表示37
2.1.2濕度傳感器的類型37
2.2濕度傳感器的工作原理38
2.2.1濕敏電阻傳感器38
2.2.2濕敏電容傳感器39
2.2.3電解質(zhì)式濕度傳感器39
2.3濕度傳感器的應(yīng)用技術(shù)40
2.3.1濕度傳感器應(yīng)用電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)40
2.3.2濕度傳感器應(yīng)用電路框圖41
2.4濕度傳感器的應(yīng)用實(shí)例42
第3章紅外傳感器46
3.1紅外傳感器的原理46
3.1.1紅外發(fā)光二極管（LED）和PIN
光敏二極管46
3.1.2熱電堆47
3.1.3熱釋電傳感器51
3.2紅外傳感器的基本電路53
3.3熱釋電傳感器的應(yīng)用實(shí)例57
第4章超聲波傳感器61
4.1超聲波傳感器的原理與特性61
4.1.1超聲波傳感器的原理61
4.1.2超聲波傳感器的特性63
4.2超聲波傳感器的檢測方式64
4.3常用超聲波傳感器66
4.3.1超聲波流量傳感器66
4.3.2超聲位移傳感器66
4.3.3超聲溫度傳感器67
4.4超聲波傳感器的應(yīng)用實(shí)例69
第5章氣敏傳感器76
5.1氣敏傳感器的類型及必備條件76
5.1.1氣敏傳感器的類型76
5.1.2氣敏傳感器的必備條件77
5.2氣敏傳感器的原理77
5.2.1半導(dǎo)體氣敏傳感器77
5.2.2固體電解質(zhì)氣敏傳感器79
5.2.3紅外線吸收式氣敏傳感器79
5.3氣敏傳感器的應(yīng)用實(shí)例81
第6章磁敏傳感器84
6.1霍爾傳感器84
6.1.1霍爾元件的原理及特性84
6.1.2霍爾元件的基本電路85
6.1.3霍爾集成元件87
6.2磁阻元件89
6.2.1磁阻元件的結(jié)構(gòu)與特性89
6.2.2磁阻元件的基本電路90
6.3磁敏二極管和磁敏晶體管91
6.3.1磁敏二極管的原理與特性91
6.3.2磁敏晶體管的原理與特性93
6.4其他磁敏傳感器95
6.4.1舌簧觸點(diǎn)元件95
6.4.2差動變壓器96
6.4.3渦流式傳感器97
6.5磁敏傳感器的應(yīng)用實(shí)例98
6.5.1霍爾元件的應(yīng)用98
6.5.2磁阻元件的應(yīng)用102
6.5.3磁敏二極管和磁敏晶體管的
應(yīng)用103
第7章光電傳感器105
7.1概述105
7.2光敏二極管106
7.2.1光敏二極管的原理與類型106
7.2.2光敏二極管的特征及參數(shù)107
7.2.3光敏二極管的基本應(yīng)用電路107
7.3光敏晶體管108
7.3.1光敏晶體管的結(jié)構(gòu)和原理108
7.3.2光敏晶體管的特性109
7.3.3光敏晶體管的應(yīng)用111
7.4光敏電阻113
7.4.1光敏電阻的結(jié)構(gòu)和原理113
7.4.2光敏電阻的特性和參數(shù)113
7.4.3光敏電阻的應(yīng)用115
7.5光電位置檢測傳感器（PSD）117
7.5.1PSD的結(jié)構(gòu)和原理117
7.5.2PSD的特性119
7.5.3PSD的應(yīng)用119
7.6太陽電池123
7.6.1太陽電池的原理與特征123
7.6.2太陽電池的特性123
7.6.3太陽電池應(yīng)用實(shí)例127
7.7色敏傳感器128
7.7.1色敏傳感器的原理128
7.7.2色敏傳感器的應(yīng)用129
第8章壓電傳感器130
8.1壓電效應(yīng)130
8.1.1石英晶體壓電特性130
8.1.2壓電常數(shù)132
8.1.3石英晶片的應(yīng)變形式134
8.2壓電材料135
8.2.1壓電晶體135
8.2.2壓電陶瓷136
8.2.3新型壓電材料137
8.3等效電路與測量電路138
8.3.1等效電路138
8.3.2測量電路139
8.4壓電傳感器的應(yīng)用141
8.4.1壓電傳感器中壓電片的連接142
8.4.2壓電式力傳感器142
8.4.3壓電式壓力傳感器143
8.4.4壓電式加速度傳感器144
8.4.5壓電傳感器的應(yīng)用實(shí)例146
第9章電阻應(yīng)變式傳感器149
9.1應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)與類型149
9.2電阻應(yīng)變式傳感器的原理151
9.3應(yīng)變式傳感器的測量電路153
9.3.1電橋電路153
9.3.2電橋的線路補(bǔ)償156
9.3.3應(yīng)變式傳感器性能分析157
9.4應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例160
9.4.1各種彈性元件的特性分析160
9.4.2應(yīng)變式傳感器的設(shè)計(jì)163
9.4.3應(yīng)變式傳感器的標(biāo)定164
9.4.4供橋電壓的選擇165
9.4.5應(yīng)變式傳感器的電路補(bǔ)償165
9.4.6稱重電子秤設(shè)計(jì)實(shí)例167
第10章傳感器的應(yīng)用技術(shù)179
10.1傳感器的供電電源179
10.1.1電池179
10.1.2直流穩(wěn)壓電源179
10.1.3直流電壓變換器180
10.1.4偏置電路180
10.2傳感器的放大電路181
10.2.1電流放大電路181
10.2.2電流電壓變換電路182
10.2.3反相放大電路182
10.2.4同相放大電路182
10.2.5差動放大電路182
10.2.6低漂移放大電路183
10.3濾波器電路184
10.3.1濾波器的種類184
10.3.21次和2次濾波器184
10.4同步整流187
10.4.1同步整流的主要用途187
10.4.2同步整流的方法187
10.5線性化188
10.5.1電阻補(bǔ)償法188
10.5.2折線近似法189
10.5.3冪級數(shù)近似法189
10.5.4對數(shù)變換方式191
10.5.5正反饋法192
10.5.6查表法193
10.5.7軟件和硬件結(jié)合的方法193
10.6傳感器與微處理器的結(jié)合194
10.6.1傳感器輸出信號的類型194
10.6.2傳感器輸出的模擬信號的
處理194
10.6.3傳感器與計(jì)算機(jī)的接口199
10.6.4傳感器中的數(shù)據(jù)處理201
10.7抗干擾技術(shù)204
第11章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)209
11.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概況209
11.1.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程209
11.1.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)209
11.1.3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)210
11.1.4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用211
11.2ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)211
11.2.1ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)211
11.2.2ZigBee網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建原理212
11.2.3ZigBee基本技術(shù)原理215
11.2.4ZigBee協(xié)議棧ZStack217
11.3ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)環(huán)境221
11.3.1ZigBee協(xié)議棧ZStack開發(fā)環(huán)境
配置221
11.3.2建立ZigBee新工程222
11.3.3建立和添加ZigBee應(yīng)用程序224
11.3.4工程配置227
11.3.5程序的編譯和下載228
11.4ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用
實(shí)例228
第12章通用傳感器實(shí)驗(yàn)平臺開發(fā)
實(shí)例239
12.1通用傳感器實(shí)驗(yàn)平臺概述239
12.2STC12C5A60S2單片機(jī)簡介239
12.2.1STC12單片機(jī)I/O口結(jié)構(gòu)240
12.2.2STC12C5A60S2系列單片機(jī)的
AD轉(zhuǎn)換器241
12.2.3STC12C5A60S2串口通信243
12.3通用傳感器實(shí)驗(yàn)平臺硬件電路243
12.3.1STC單片機(jī)開發(fā)板244
12.3.2LED數(shù)碼管顯示、鍵盤電路、
LCD顯示模塊247
12.3.3DS18B20溫度傳感器250
12.3.4GaAs光強(qiáng)監(jiān)測傳感器模塊253
12.3.5MQ5煙霧傳感器模塊254
12.3.6RFID模塊、時鐘模塊
DS1302256
12.3.7U盤、SD/TF卡接口259
12.3.8VS1003音頻解碼模塊、音頻
信號采樣260
12.4軟件開發(fā)262
12.4.1Keil開發(fā)環(huán)境262
12.4.2LED數(shù)碼管顯示266
12.4.3AD采樣程序、鍵盤程序267
12.4.4STC單片機(jī)程序下載ISP268
參考文獻(xiàn)273
第1章溫度傳感器1
1.1溫度傳感器的類型1
1.2電阻式溫度傳感器2
1.2.1金屬測溫電阻器2
1.2.2半導(dǎo)體熱敏電阻5
1.3熱電偶8
1.3.1熱電偶的工作原理8
1.3.2熱電偶的應(yīng)用技術(shù)10
1.3.3熱電偶應(yīng)用實(shí)例14
1.4集成溫度傳感器17
1.4.1AD590及其應(yīng)用17
1.4.2LM35及其應(yīng)用20
1.4.3LM335/LM336及其應(yīng)用23
1.4.4其他集成溫度傳感器及其應(yīng)用25
1.5其他類型溫度傳感器29
1.5.1晶體振蕩溫度傳感器29
1.5.2彈性表面波溫度傳感器30
1.5.3光纖溫度傳感器33
第2章濕度傳感器37
2.1概述37
2.1.1濕度及其表示37
2.1.2濕度傳感器的類型37
2.2濕度傳感器的工作原理38
2.2.1濕敏電阻傳感器38
2.2.2濕敏電容傳感器39
2.2.3電解質(zhì)式濕度傳感器39
2.3濕度傳感器的應(yīng)用技術(shù)40
2.3.1濕度傳感器應(yīng)用電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)40
2.3.2濕度傳感器應(yīng)用電路框圖41
2.4濕度傳感器的應(yīng)用實(shí)例42
第3章紅外傳感器46
3.1紅外傳感器的原理46
3.1.1紅外發(fā)光二極管（LED）和PIN光敏二極管46
3.1.2熱電堆47
3.1.3熱釋電傳感器51
3.2紅外傳感器的基本電路53
3.3熱釋電傳感器的應(yīng)用實(shí)例57
第4章超聲波傳感器61
4.1超聲波傳感器的原理與特性61
4.1.1超聲波傳感器的原理61
4.1.2超聲波傳感器的特性63
4.2超聲波傳感器的檢測方式64
4.3常用超聲波傳感器66
4.3.1超聲波流量傳感器66
4.3.2超聲位移傳感器66
4.3.3超聲溫度傳感器67
4.4超聲波傳感器的應(yīng)用實(shí)例69
第5章氣敏傳感器76
5.1氣敏傳感器的類型及必備條件76
5.1.1氣敏傳感器的類型76
5.1.2氣敏傳感器的必備條件77
5.2氣敏傳感器的原理77
5.2.1半導(dǎo)體氣敏傳感器77
5.2.2固體電解質(zhì)氣敏傳感器79
5.2.3紅外線吸收式氣敏傳感器79
5.3氣敏傳感器的應(yīng)用實(shí)例81
第6章磁敏傳感器84
6.1霍爾傳感器84
6.1.1霍爾元件的原理及特性84
6.1.2霍爾元件的基本電路85
6.1.3霍爾集成元件87
6.2磁阻元件89
6.2.1磁阻元件的結(jié)構(gòu)與特性89
6.2.2磁阻元件的基本電路90
6.3磁敏二極管和磁敏晶體管91
6.3.1磁敏二極管的原理與特性91
6.3.2磁敏晶體管的原理與特性93
6.4其他磁敏傳感器95
6.4.1舌簧觸點(diǎn)元件95
6.4.2差動變壓器96
6.4.3渦流式傳感器97
6.5磁敏傳感器的應(yīng)用實(shí)例98
6.5.1霍爾元件的應(yīng)用98
6.5.2磁阻元件的應(yīng)用102
6.5.3磁敏二極管和磁敏晶體管的應(yīng)用103
第7章光電傳感器105
7.1概述105
7.2光敏二極管106
7.2.1光敏二極管的原理與類型106
7.2.2光敏二極管的特征及參數(shù)107
7.2.3光敏二極管的基本應(yīng)用電路107
7.3光敏晶體管108
7.3.1光敏晶體管的結(jié)構(gòu)和原理108
7.3.2光敏晶體管的特性109
7.3.3光敏晶體管的應(yīng)用111
7.4光敏電阻113
7.4.1光敏電阻的結(jié)構(gòu)和原理113
7.4.2光敏電阻的特性和參數(shù)113
7.4.3光敏電阻的應(yīng)用115
7.5光電位置檢測傳感器（PSD）117
7.5.1PSD的結(jié)構(gòu)和原理117
7.5.2PSD的特性119
7.5.3PSD的應(yīng)用119
7.6太陽電池123
7.6.1太陽電池的原理與特征123
7.6.2太陽電池的特性123
7.6.3太陽電池應(yīng)用實(shí)例127
7.7色敏傳感器128
7.7.1色敏傳感器的原理128
7.7.2色敏傳感器的應(yīng)用129
第8章壓電傳感器130
8.1壓電效應(yīng)130
8.1.1石英晶體壓電特性130
8.1.2壓電常數(shù)132
8.1.3石英晶片的應(yīng)變形式134
8.2壓電材料135
8.2.1壓電晶體135
8.2.2壓電陶瓷136
8.2.3新型壓電材料137
8.3.2測量電路139
8.4壓電傳感器的應(yīng)用141
8.4.1壓電傳感器中壓電片的連接142
8.4.2壓電式力傳感器142
8.4.3壓電式壓力傳感器143
8.4.4壓電式加速度傳感器144
8.4.5壓電傳感器的應(yīng)用實(shí)例146
第9章電阻應(yīng)變式傳感器149
9.1應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)與類型149
9.2電阻應(yīng)變式傳感器的原理151
9.3應(yīng)變式傳感器的測量電路153
9.3.1電橋電路153
9.3.2電橋的線路補(bǔ)償156
9.3.3應(yīng)變式傳感器性能分析157
9.4應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)例160
9.4.1各種彈性元件的特性分析 160
9.4.2應(yīng)變式傳感器的設(shè)計(jì) 163
9.4.3應(yīng)變式傳感器的標(biāo)定 164
9.4.4供橋電壓的選擇165
9.4.5應(yīng)變式傳感器的電路補(bǔ)償165
9.4.6稱重電子秤設(shè)計(jì)實(shí)例167
第10章傳感器的應(yīng)用技術(shù)179
10.1傳感器的供電電源179
10.1.1電池179
10.1.2直流穩(wěn)壓電源179
10.1.3直流電壓變換器180
10.1.4偏置電路180
10.2.2電流電壓變換電路182
10.2.3反相放大電路182
10.2.4同相放大電路182
10.2.5差動放大電路182
10.2.6低漂移放大電路183
18418410.3.21次和2次濾波器184
18718710.4.2同步整流的方法187
18818810.5.2折線近似法189
10.5.3冪級數(shù)近似法189
10.5.4對數(shù)變換方式191
10.5.5正反饋法192
10.5.6查表法193
10.5.7軟件和硬件結(jié)合的方法193
10.6傳感器與微處理器的結(jié)合194
10.6.1傳感器輸出信號的類型194
10.6.2傳感器輸出的模擬信號的處理194
10.6.3傳感器與計(jì)算機(jī)的接口199
10.6.4傳感器中的數(shù)據(jù)處理201
10.7抗干擾技術(shù)204
第11章無線傳感器網(wǎng)絡(luò)209
11.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概況209
11.1.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程209
11.1.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)209
11.1.3無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)210
11.1.4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用211
11.2ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)211
11.2.1ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)211
11.2.2ZigBee網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建原理212
11.2.3ZigBee基本技術(shù)原理215
11.2.4ZigBee協(xié)議棧ZStack217
11.3ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)環(huán)境221
11.3.1ZigBee協(xié)議棧ZStack開發(fā)環(huán)境配置221
11.3.2建立ZigBee新工程222
11.3.3建立和添加ZigBee應(yīng)用程序224
11.3.4工程配置227
11.3.5程序的編譯和下載228
11.4ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用實(shí)例228
第12章通用傳感器實(shí)驗(yàn)平臺開發(fā)實(shí)例239
12.1通用傳感器實(shí)驗(yàn)平臺概述239
12.2STC12C5A60S2單片機(jī)簡介239
12.2.1STC12單片機(jī)I/O口結(jié)構(gòu)240
12.2.2STC12C5A60S2系列單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換器241
12.2.3STC12C5A60S2串口通信243
12.3通用傳感器實(shí)驗(yàn)平臺硬件電路243
12.3.1STC單片機(jī)開發(fā)板244
12.3.2LED數(shù)碼管顯示、鍵盤電路、LCD顯示模塊247
12.3.3DS18B20溫度傳感器250
12.3.4GaAs光強(qiáng)監(jiān)測傳感器模塊253
12.3.5MQ5煙霧傳感器模塊254
12.3.6RFID模塊、時鐘模塊DS1302256
12.3.7U盤、SD/TF卡接口259
12.3.8VS1003音頻解碼模塊、音頻信號采樣260
12.4軟件開發(fā)262
12.4.1Keil開發(fā)環(huán)境262
12.4.2LED數(shù)碼管顯示266
12.4.3AD采樣程序、鍵盤程序267
12.4.4STC單片機(jī)程序下載ISP268
參考文獻(xiàn)273