1、器實驗指導書實驗一電位器傳感器的負載特性的測試一、實驗目的：1、了解電橋的工作原理及零點的補償；2、了解電位器傳感器的負載特性；3、利用電橋設計電位器傳感器負載特性的測試電路，并驗證其功能。二、實驗儀器與元件：1、直流穩壓電源、高頻毫伏表、示波器、信號源、數字萬用表；2、電阻若十(1k,100K);電位器(10k)傳感器(多圈線繞)；3、運算放大器LM3584、電子工具一批(面包板、斜口鉗、一字螺絲刀、導線)。三、基本原理：電位器的轉換原理電位器的電壓轉換原理如圖所示，設電阻體長度為L,觸點滑動位移量為x,兩端輸入電壓為U,則滑動端輸出電壓為電位器輸出端接有負載電阻時，其特性稱為負載特性。當電

2、位器的負載系數發生變化時，其負載特性曲線也發生相應變化。電位器輸出端接有負載電阻時，其特性稱為負載特性。四、實驗步驟:1、在面包板上設計負載電路。3、改進電路的負載電阻RL,用以測量的電位器的負載特性。4、分別選用1k電阻和100k電阻，測試電位器的負載特性，要求每個負載至少有5個測試點，并計入所設計的表格1,如下表。序號12345678測試點UK（滑動電阻器不帶負載時電壓）1V2V3V4V1k歐姆UR1（負載兩端電壓）100K歐姆UR2負載兩端電壓）五、實驗報告1、畫出電路圖，并說明設計原理2、列出數據測試表并畫出負載特性曲線。電源電壓5V,測試表格1.曲線圖：畫圖說明，x坐標是滑動電阻器不

3、帶負載時電壓；y坐標是對應1000歐姆（負載兩端電壓）或100k歐姆（負載兩端電壓），100歐和100K歐兩電阻可以得到兩條曲線。3、說明本次設計的電路的不足之處，提出改進思路，并總結本次實驗中遇到困難及解決方法。實驗二聲音傳感器應用實驗-聲控LED旋律燈、實驗目的:1、了解聲音傳感器的工作原理及應用；2、掌握聲音傳感器與三極管的組合電路調試。二、實驗儀器與元件：1、直流穩壓電源、數字萬用表、電烙鐵等；2、電子元件有：聲音傳感器（帶腳咪頭）1個；彎座1個；線1個；5MM發藍LED5個；9014三極管2個1M電阻1個；10K電阻1個；電阻1個；1UF電解電容1個；47UF電解電容1個；萬能電路板

4、一塊。三、基本原理：聲控LED旋律燈工作電壓。其功能為：本電路制作成功后5只LED會隨著音樂或是其它聲音的節奏閃動起來，可放置于音響附近，讓燈光為音樂伴舞！電路原理圖如圖1所示。圖1聲控LED旋律燈當發出聲音時，聲音波傳入聲音傳感器，聲音傳感器把聲音波轉換成電壓波動。這個電壓波動可以通過電容C2,傳到Q1三極管的基極。然后這個電壓波變Q1和Q2兩級放大之后，輸出較大的電壓波。最后這個電壓波使得5只LED閃動起來。四、實驗步驟：1、領取元件，然后檢查各個元件是否有損壞。2、按照圖1,焊接各個元件。3、檢查元件是否有虛焊，短路等現象，無誤后上電調試運行。4、發出聲音，是否有LED亮，是否出現LED

5、按照聲音的節奏顯示和熄滅。若現象不正確，請出現調試。5、當傳感器是否感應有聲音時,測量Q2的基極電壓分別是多少？五、實驗報告內容1、簡述聲音傳感器的工作原理。2、調試運行“聲控LED旋律燈”過程中，是否遇到虛焊、短路、連線錯誤等現象？如何解決的？3、電路板調試正常后，有聲音的時候，LED有什么現象？沒有聲音的時候，LED燈有什么現象？4、有聲音或沒有聲音時，測量Q2的基極電壓分別是多少？5、對本次實驗進行小結，提出改進的建議。實驗三熱敏電阻測溫實驗一、實驗目的：1、進一步了解熱敏電阻溫度傳感器的分類和特性；2、了解熱敏電阻的測溫方法；3、掌握測溫電路的原理。二、實驗儀器與元件：1、直流穩壓電源

6、、高頻毫伏表、示波器、信號源、數字萬用表；2、傳感器實驗箱（測溫模塊、數字電壓表模塊）；3、水容器、冷水、60C以上熱水、攪棒，把熱水和冷水混合配成不同溫度的水，進行測量。三、基本原理：熱敏電阻匹配阻值約10k歐姆。熱敏電阻測溫方法有2種。方法一公式法。NTC負溫度系數熱敏電阻NTC熱敏電阻是指具有負溫度系數的熱敏電阻。公式如下：R：周圍溫度T（K）時的電阻值（K:絕對溫度）R。周圍溫度T0（K）時的電阻值，R0=10000?QB:熱敏電阻的B常數，B=3950T:現在測量的溫度，單位KT0:環境溫度，通常t0為298K（絕對溫度）（即：25度）方法二：查表法型號：？MF55-103F-395

7、0F,溫度與電阻值表格如下：T©T（r）T（r）RKQ)t（x?）R(KH)1(©-300177.0003.036,06.26869。18131。三。0.40-290166JOO4.0*50137.06.01570.0175110S.00.622-2S.0156.600E3&0>.7767L01何3J04.0-27.014.2006.024.1805546PO1,6按105.00588其他表格自己在網上查找？由NTCS敏電阻MF55-103F-3950F為溫度傳感器的測溫電路如圖1所示圖1熱敏電阻測溫電路圖1中，VCC戚接電源電壓5V,R電阻的阻值為8kQ左右

8、，C電容為10uf,其中電阻R與熱敏電阻申聯，中間的連接點為輸出的電壓Uouto當被測溫度升高時該點電位降低，輸出電壓降低，以指示較高的溫度值；反之當被測溫度降低時，輸出電壓升高，以指示較低的溫度值。四、實驗步驟：1、準備好盛水容器、冷水、60C以上熱水、水銀溫度計、攪棒；把熱水和冷水混合配成不同溫度的水，進行測量。2、把傳感器和水銀溫度計放入盛水容器中，接通電路電源。3、水杯中加入熱水和冷水，配成不同溫度的水進行實驗。直接將熱敏電阻放入水中，用萬用表直接測量熱敏電阻的電阻值，將測量數據寫入表1。表電阻值隨溫度變化數據水溫t(C)3540455055熱敏電阻阻值/kQ4、將電阻R與傳感器申聯后

9、，接入電源，進行測量輸出電壓。5、水杯中加入熱水和冷水，配成不同溫度的水進行實驗。電壓表的電壓值與溫度之間有數學關系；溫度不同時，輸出電壓值不同。用熱敏電阻測量不同的溫度的水，進行測量，將輸出電壓，填入表格2中。表2輸出電壓隨溫度變化的數據水溫t(C)404550556065707580輸出電壓(V)6、作出V-t曲線，指出線性范圍，并求出靈敏度五、實驗報告內容1、整理實驗數據，將表1和表2記錄在實驗報告中。2、當溫度升高時，熱敏電阻的阻值如何變化？熱敏電阻的熱電特性是PTC還是NTC呢？3、根據表2的實驗數據，以溫度為x軸，輸出電壓為y軸，畫出相應的趨勢曲線，同時計算出溫度與電壓之間數學關系

10、。4、分析趨勢曲線可以得出的溫度與輸出電壓U之間的變化關系是什么？如果使用的是PTC®熱敏電阻，那么溫度與輸出電壓之間的變化關系是什么？實驗四紅外傳感器應用實驗一、實驗目的：1、了解紅外收發二極管的工作原理及應用；2、掌握紅外對管與放大器的組合電路調試。二、實驗儀器與元件：1、直流穩壓電源、高頻毫伏表、示波器、信號源、數字萬用表；2、傳感器實驗箱（紅外模塊、超聲波模塊、數字電壓表模塊）；三、基本原理：實驗電路如圖所示。圖紅外發射管在接到正12V電壓時會發出峰值波長為940nm的紅外光，W1為限流電阻，調節W1改變紅外發射管的電流，電流越大，紅外發射管的發射距離越遠。而紅外接收管則反接

11、在+12V電壓上，在沒有接受到峰值波長為940nm的紅外光是反映二級管的反相截止特性，A點電壓相當于電源電壓（12V,當紅外發射管（完全）接受到紅外光時，紅外接收管呈反向光電流增大，A點電壓變小。（由于接收到的紅外光的程度不同，紅外接收管的導通程度也會不同，A點電壓會有相應的誤差。若紅外接收管正向連接，則其表現為隨遮擋而變化的電阻）。本實驗電路為紅外反射式電路，在一定范圍能若有物體擋住紅外光，紅外光反射回紅外接受管，接受到信號后才生電平的變化。（注：黑色物體會把紅外光吸收，無法反射）U1A為LM358的一個運放，這里的作用是作射隨器，射隨電路的特點是輸出電壓不變，電流放大一般用于輸入，輸出，緩

12、沖級用于阻抗匹配。U1B為LM358的另一個運放，這里的作用是做一個比較器，比較同相輸入端與反相輸入端的電壓（即B點于C點）。當B點電壓大于C點電壓時，輸出高電平（+12V。當B點電壓小于C點電壓時，輸出低電平（-12V）。電路中用一個指示燈來觀察輸出的電平。W2作用是反相端電壓調整，適當調整C點電壓，使其與B點電壓比較，才能達到輸出端的電平變換。四、實驗步驟：1、測量A,B點電壓。直接用萬用表測量A（J4）點電壓及B（J3）點電壓，記錄數值在表中，然后用物體放在紅外管前（15mnrt）測出A點電壓及B點電壓，記錄數據。表實驗數據記錄表A點電壓B點電壓無物體時有物體時2、調節基準電壓C。（1）

13、狀態一，C點電壓大丁B點電壓：比較B點電壓，調節POT2測量C（J2）點電壓，調節C點電壓大丁B點電壓，用手遮擋紅外管，觀察指示燈亮滅情況并記錄。（2）狀態二，C點電壓小丁B點電壓：調節C點電壓小丁B點電壓（根據實驗原理適當調節），用手遮擋紅外管，觀察指示燈亮滅情況，填入表中。表實驗數據記錄表基準電壓有無物體指示燈B點電壓C點電壓Uc>Ub無物體有物體Uc<Ub無物體有物體1、調節紅外發射的距離。在上一步的基礎上調節POT1用手遮擋，觀察指示燈,燈亮即表示紅外接收管接收到反射的紅外光。反復調節，觀察紅外發射的距離變化情況（記錄最大和最小距離）。用黑色物體來遮擋，觀察指示燈是否變化。

14、五、實驗報告內容1、簡述整個電路的工作原理。2、整理實驗數據，記錄表和表，分析實測數據變化規律。3、總結本次實驗過程中遇到的問題及解決方法。提出對紅外實驗模塊的改進意見。4、觀察紅外發射的距離變化情況（記錄最大或最小距離）實驗五電子稱的原理與測試一、實驗目的：1、了解電子秤的工作原理；2、了解懸臂梁應變傳感器的特點和使用；3、通過對電子秤的測試，分析傳感器的基本特性。二、實驗儀器與元件：1、直流穩壓電源、高頻毫伏表、示波器、信號源、數字萬用表；2、傳感器實驗箱（電子秤模塊、數字電壓表模塊）；3、托盤、硅碼6個5g、10g、20g、20g、50g、100。三、實驗原理：在全橋測量電路中，將受力性

15、質相同的兩只應變片接到電橋的對邊，不同的兩只接入鄰邊，如圖所示。當應變片初始值相等，變化量也相等時，其橋路輸出為UO=KE?（2-1）式中，E為電橋電源電壓。式（2-1）表明，全橋輸出靈敏度比半橋乂提高了一倍，非線性誤差得到進一步改善。圖電子稱模塊利用的全橋測量原理，通過調節放大電路對電橋輸出的放大倍數，使電路輸出電壓值為重量的對應值，將電壓量綱（V改為重量量綱（g）,即制成一臺比較原始的電子稱。四、實驗步驟：1、懸臂梁應變式稱重傳感器已安裝在電子秤實驗模塊上，可參考圖。電子秤電路如圖所示。圖2、將差動放大器調零。檢查實驗箱一切正常后，打開主控臺電源，按下相應電子秤模塊開關。保持托盤上無任何重

16、物，輸出端U）2接數顯電壓表（選擇2V擋），調節電位器Rw4,使電壓表顯示為0V。&4的位置確定后不能改動。3、在應變傳感器托盤上放置一只秋碼，調節FU,改變差動放大器的增益，使數顯電壓表顯示左右，讀取數顯表數值。保持&3不變，依次增加石去碼（至少3只），讀取相應的數顯表值，記下實驗結果，填入表中，關閉電源。表實驗數據記錄表重量/g電壓/V4、拆一個電子稱產品，并學習它內部結構和原理，最后重新安裝該產品五、實驗報告內容1、簡述實驗原理。2、整理實驗數據記錄表，在坐標軸上畫出各個數據點，然后用直線擬合，得出重量與電壓的數學關系。根據擬合曲線，計算靈敏度L=?U/?W非線性誤差？f

17、3。3、寫出拆卸掉的電子稱產品的系統框圖，簡單分析其工作原理，產品的結構特點等。4、總結本次實驗過程中遇到的問題及解決方法。提出對電子秤實驗模塊的改進意見。實驗六超聲波位移測H實驗一. 實驗目的1. 學習LabVIEW軟件的使用。2. 認識超聲波傳感器的工作原理。3. 學習使用超聲波傳感器進行位移測量的方法。二, 實驗原理1. 超聲波傳感器測量原理：超聲波測距傳感器包括有發射超聲波和接收超聲波的兩部分裝置，習慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。常用的超聲波傳感器有兩種，即壓電式超聲波傳感器和磁致式超聲波傳感器。本實驗采用的是壓電式超聲波傳感器，主要由超聲波發射器（或稱發射探頭）和超聲波接收器（或

18、稱接收探頭）兩部分組成，它們都是利用壓電材料（如石英、壓電陶瓷等）的壓電效應進行工作的。利用逆壓電效應將高頻電振動轉換成高頻機械振動，產生超聲波，以此作為超聲波的發射器。而利用正壓電效應將接收的超聲振動波轉換成電信號，以此作為超聲波的接收器。超聲波發射探頭向某一方向發射超聲波，在發射的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物會立即返回來，超聲波接收探頭收到反射波立即停止計時。設超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據計時器記錄的時間t,就可以計算出發射點距障礙物的距離S,即：S=340t/2。需要說明的是，超聲波傳感器發射的波束比較窄（<10°）,反射后仍然很窄，如

19、果被測物體被旋轉放置，有可能反射波束會偏離出接收探頭的位置，導致探頭接收不到反射波信號，無法進行測距。實驗所使用超聲波傳感器的發射波頻率是40KHz,它由單片機控制發射探頭發射一組超聲波脈沖后，輸出電平由低電平轉為高電平；等到接收探頭接收到足夠強度的反射超聲波信號時，輸出信號由高電平轉為低電平。所以在實驗的過程中，可以觀察到隨著反射板到探頭的距離變化，傳感器輸出波形的“脈沖”寬度也會對應的發生變化，測試距離越遠，脈沖的寬度越寬。另外，空氣中的聲音傳播速度不是一個固定的值，在不同的溫度下這個數據會有一些變化。通常我們說的340m/s是一個近似數據，傳播速度的修正公式為S=X（1+t/273）t為

20、空氣溫度。作為常溫下的測試，可以認為聲速為346m/s（按25C計算）。揆收探頭物體反射的超聲波波束發射探頭荒轉后的梭測物體鋼物體超聲波傳感器距離測量原理示意圖2. 紅外傳感器測量原理:紅外傳感器是基丁三角測量原理設計的。如下圖左圖所示，紅外發射器按照一定的角度發射紅外光束，當遇到物體以后，光束反射回來，反射的紅外光線被CCD僉測器接收以后，得到一個偏移值L.0利用三角關系，以知發射角度a,偏移距L,中心距X,以及濾鏡的焦距f以后，傳感器到物體的距離D就可以通過幾何關系計算出來了。三角測量原理紅外傳感器電壓與檢測距離間關系當距離D足夠小的時候，L值會相當大，超過CCD勺探測范圍。這時，雖然物體

21、很近，但是傳感器反而看不到了。當距離D很大時，L值就會很小。這時CCD檢測器能否分辨得出這個很小的L值成為關鍵，也就是說CCD勺分辨率決定能不能獲得足夠精確的L值。要檢測的物體越遠，CCD勺分辨率要求就越高。輸出電壓與檢測距離之間的關系如上圖右圖所示。從圖中可以看出，傳感器與被探測物體之間的距離小于10cm的時候，輸出電壓急劇下降，這就要求測量時傳感器與被探測物體之間距離應盡可能大于10cm此外，紅外傳感器的輸出是非線性的。如果采用線性擬合的方法進行數據標定，誤差很大。這里可以采用多項式擬合的方法。假設有一個高階的多項式函數y=anXn+a（n-i）x（n-1）+ax+ao其中y代表距離，x代

22、表紅外傳感器輸出電壓。如果該函數能夠逼近實際的待擬合的數據，那么就采用該多項式作為傳感器的輸出函數。實際上，對于紅外傳感器來說，采用多項式函數擬合與采用線性最小二乘法擬合相比較，前者的誤差大大減小。三. 實驗儀器和設備1. 計算機1臺2. LabVIEWa件1套3. 超聲波紅外位移測量實驗模塊1個4. 多通道數據采集模塊1套5. 多路電源模塊1套四. 實驗步驟關閉多路電源模塊的開關，關閉多通道數據采集模塊的開關，以免帶電插入傳感器信號線和直流電源線。將多路電源模塊電源線接入交流電源220V。將超聲波位移測量對象的電源線（）16五芯航插）連接至多路電源接口；將多通道數據采集模塊電源線（©

23、;16五芯航插）連接至多路電源接口。1. 將超聲波傳感器的信號輸出線連接至數據采集模塊的第1通道上。開啟總電源，開啟多路電源模塊開關，開啟數據采集模塊開關，開關開啟后禁止帶電插拔電源線和信號線。打開路徑“TS-ULS-02超聲波紅外位移測量實驗模塊實驗程序”，運行LabVIEW程序“超聲波傳感器一位移測量實驗.vi”。2. 移動滑塊來改變擋板到超聲波之間的距離，觀察采集到的數據信號波形。結合超聲波傳感器的原理，解釋波形變化的原因和規律。3. 讀懂LabVIEW程序，如何采集超聲波信號，如何并進行信號處理。4. 比較實驗測得值與模塊表面刻度尺讀數之間偏差，多次移動滑塊測量該偏差是否恒定。5. 如

24、果偏差恒定，嘗試在軟件中對超聲波測量的距離進行補償，使測量更準。超聲波傳感器一-位移測量實驗LabVIEW程序界面6. 單擊"STOP按鈕停止程序運行。首先關閉多通道數據采集模塊開關，關閉多路輸出電源模塊開關，然后再拔超聲波傳感器的信號輸出線，連接上紅外傳感器的信號輸出線，打開多路輸出電源模塊電源開關、打開多通道數據采集模塊開關打開路徑“TS-ULS-02超聲波紅外位移測量實驗模塊實驗程序”，打開文件“紅外位移測量模塊”。程序界面下圖所示。五. 實驗報告要求1. 簡述超聲波傳感器和紅外傳感器的原理；2. 依據超聲波傳感器的實驗記錄作數據分析；注意事項超聲波傳感器的有效測量距離是2cm

25、300cm實際距離若過小或過大可能導致測量誤差增大，在測量過程中請保持在此距離以內。避免信號線帶電插拔，造成儀器或設備受損。實驗七數字溫度傳感器18B20測雖實驗一、實驗目的：1、進一步了溫度測量方法；2、了解18B20傳感器的結構和原理；3、掌握數字溫度傳感器的軟件驅動方法。二、實驗儀器與元件：1、直流穩壓電源、高頻毫伏表、示波器、信號源、數字萬用表；2、傳感器實驗箱（測溫模塊、數字電壓表模塊）；3、水容器、冷水、60C以上熱水、攪棒，把熱水和冷水混合配成不同溫度的水,進行測量。4、電腦三、基本原理：DS18B20的外形和內部結構DS18B20內部結構主要由4部分組成：64位ROM溫度傳感器

26、、非揮發的溫度報警觸發器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管腳排列如圖2所示，DQ為數字信號輸入/輸出端；GND電源地:VDC外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）。DK（1）光刻RO冊的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B2曲地址序列碼。64位光刻ROM勺排列是：開始8位（28H是產品類型標號，接著的48位是該DS18B20白身的序列號，最后8位是前面56位的循環冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1。光刻ROM勺作用是使每一個DS18B2O8各不相同，這樣就可以實現一根總線上掛接多個DS18B20勺目的。(2)?DS18B2帥的溫度傳感器可完成對溫度的測

27、量，以12位轉化為例：用16位符號擴展的二進制補碼讀數形式提供，以C/LSB形式表達，其中S為符號位。2、DS18B20的主要特性(1)適應電壓范圍更寬，電壓范圍：，在寄生電源方式下可由數據線供電(2)溫范圍55C+125C,在-10+85C時精度為士C(3)獨特的單線接口方式，DS18B2旌與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20勺雙向通訊(4)DS18B20支持多點組網功能，多個DS18B2(Kf以并聯在唯一的三線上，實現組網多點測溫(5)DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內可編程的分辨率為912位，對應的可

28、分辨溫度分別為C"C"C和C,可實現高精度測溫在9位分辨率時最多在內把溫度轉換為數字，12位分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換為數字，速度更快測量結果直接輸出數字溫度信號，以"一線總線"串行傳送給CPU同時可傳送CRO驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力(6) 負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發熱而燒毀，但不能正常工作。部分溫度值與DS18B2CB出的數字量對照表溫度值/c數字輸出(十六進制)數字輸出(二進制)+85C00000101010100000550H+C00000001100100010191H+C000000001010001000A2H+

29、C00000000000010000008H0C00000000000000000000HC1111111111111000FFF8HC1111111101101110FF5EHC1111111101101111FF6FH-55C1111110010010000FC90H上表是DS18B2溫度采集轉化后得到的12位數據，存儲在DS18B2的兩個8比特的RA時，二進制中的前面5位是符號位，如果測得的溫度大于或等于0,這5位為0,只要將測到的數值乘于即可得到實際溫度；如果溫度小于0,這5位為1,測到的數值需要取反加1再乘于即可得到實際溫度。溫度轉換計算方法舉例：例如：當DS18B2采集到+85C的

30、實際溫度后，輸出為0550H,貝實際溫度=0550*=136軟=85C。例如：當DS18B2策集到-55C的實際溫度后，輸出為FC90H則應先將11位數據位取反加1得370H(符號位不變，也不作為計算)，貝實際溫度=370H<=880X=55C。3、DS1820使用中注意事項DS1820雖然具有測溫系統簡單、測溫精度高、連接方便、占用口線少等優點，但在實際應用中也應注意以下幾方面的問題：(1)較小的硬件開銷需要相對復雜的軟件進行補償，由于DS1820W微處理器間采用串行數據傳送，因此，在對DS1820®行讀寫編程時，必須嚴格的保證讀寫時序，否則將無法讀取測溫結果。在使用PL/M、C等高級語言進行系統程序設計時，對DS1820操作部分最好采用匯編語言實現。(2)在DS1820的有關資料中均未提及單總線上所掛DS182僦量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個DS1820,在實際應用中并非如此。當單總線上所掛DS1820超過8個時，就需要解決微處理器的總線驅動問題，這一點在進行多點測溫系統設計時要加以注意。(3)連接DS1820的總線電纜是有長度限制的。試驗中，當采用普通信號電纜傳輸長度超過50m時，讀取的測溫數據將發生