傳感器技術及其應用實例（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熱電偶的應用技術10
1.3.3熱電偶應用實例14
1.4集成溫度傳感器17
1.4.1AD590及其應用17
1.4.2LM35及其應用20
1.4.3LM335/LM336及其應用23
1.4.4其他集成溫度傳感器及其應用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電解質式濕度傳感器39
2.3濕度傳感器的應用技術40
2.3.1濕度傳感器應用電路設計要點40
2.3.2濕度傳感器應用電路框圖41
2.4濕度傳感器的應用實例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熱釋電傳感器的應用實例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超聲波傳感器的應用實例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半導體氣敏傳感器77
5.2.2固體電解質氣敏傳感器79
5.2.3紅外線吸收式氣敏傳感器79
5.3氣敏傳感器的應用實例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磁阻元件的結構與特性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磁敏傳感器的應用實例98
6.5.1霍爾元件的應用98
6.5.2磁阻元件的應用102
6.5.3磁敏二極管和磁敏晶體管的
應用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用電路107
7.3光敏晶體管108
7.3.1光敏晶體管的結構和原理108
7.3.2光敏晶體管的特性109
7.3.3光敏晶體管的應用111
7.4光敏電阻113
7.4.1光敏電阻的結構和原理113
7.4.2光敏電阻的特性和參數(shù)113
7.4.3光敏電阻的應用115
7.5光電位置檢測傳感器（PSD）117
7.5.1PSD的結構和原理117
7.5.2PSD的特性119
7.5.3PSD的應用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太陽電池應用實例127
7.7色敏傳感器128
7.7.1色敏傳感器的原理128
7.7.2色敏傳感器的應用129
第8章壓電傳感器130
8.1壓電效應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壓電傳感器的應用實例146
第9章電阻應變式傳感器149
9.1應變片的結構與類型149
9.2電阻應變式傳感器的原理151
9.3應變式傳感器的測量電路153
9.3.1電橋電路153
9.3.2電橋的線路補償156
9.3.3應變式傳感器性能分析157
9.4應變式傳感器的應用設計實例160
9.4.1各種彈性元件的特性分析160
9.4.2應變式傳感器的設計163
9.4.3應變式傳感器的標定164
9.4.4供橋電壓的選擇165
9.4.5應變式傳感器的電路補償165
9.4.6稱重電子秤設計實例167
第10章傳感器的應用技術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軟件和硬件結合的方法193
10.6傳感器與微處理器的結合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傳感器與計算機的接口199
10.6.4傳感器中的數(shù)據(jù)處理201
10.7抗干擾技術204
第11章無線傳感器網絡209
11.1無線傳感器網絡概況209
11.1.1無線傳感器網絡的發(fā)展歷程209
11.1.2無線傳感器網絡特點209
11.1.3無線傳感器網絡體系結構210
11.1.4無線傳感器網絡的應用211
11.2ZigBee無線傳感器網絡211
11.2.1ZigBee網絡拓撲結構211
11.2.2ZigBee網絡構建原理212
11.2.3ZigBee基本技術原理215
11.2.4ZigBee協(xié)議棧ZStack217
11.3ZigBee無線傳感器網絡開發(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無線傳感器網絡的應用
實例228
第12章通用傳感器實驗平臺開發(fā)
實例239
12.1通用傳感器實驗平臺概述239
12.2STC12C5A60S2單片機簡介239
12.2.1STC12單片機I/O口結構240
12.2.2STC12C5A60S2系列單片機的
AD轉換器241
12.2.3STC12C5A60S2串口通信243
12.3通用傳感器實驗平臺硬件電路243
12.3.1STC單片機開發(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單片機程序下載ISP268
參考文獻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熱電偶的應用技術10
1.3.3熱電偶應用實例14
1.4集成溫度傳感器17
1.4.1AD590及其應用17
1.4.2LM35及其應用20
1.4.3LM335/LM336及其應用23
1.4.4其他集成溫度傳感器及其應用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電解質式濕度傳感器39
2.3濕度傳感器的應用技術40
2.3.1濕度傳感器應用電路設計要點40
2.3.2濕度傳感器應用電路框圖41
2.4濕度傳感器的應用實例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熱釋電傳感器的應用實例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超聲波傳感器的應用實例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半導體氣敏傳感器77
5.2.2固體電解質氣敏傳感器79
5.2.3紅外線吸收式氣敏傳感器79
5.3氣敏傳感器的應用實例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磁阻元件的結構與特性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磁敏傳感器的應用實例98
6.5.1霍爾元件的應用98
6.5.2磁阻元件的應用102
6.5.3磁敏二極管和磁敏晶體管的應用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用電路107
7.3光敏晶體管108
7.3.1光敏晶體管的結構和原理108
7.3.2光敏晶體管的特性109
7.3.3光敏晶體管的應用111
7.4光敏電阻113
7.4.1光敏電阻的結構和原理113
7.4.2光敏電阻的特性和參數(shù)113
7.4.3光敏電阻的應用115
7.5光電位置檢測傳感器（PSD）117
7.5.1PSD的結構和原理117
7.5.2PSD的特性119
7.5.3PSD的應用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太陽電池應用實例127
7.7色敏傳感器128
7.7.1色敏傳感器的原理128
7.7.2色敏傳感器的應用129
第8章壓電傳感器130
8.1壓電效應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壓電傳感器的應用實例146
第9章電阻應變式傳感器149
9.1應變片的結構與類型149
9.2電阻應變式傳感器的原理151
9.3應變式傳感器的測量電路153
9.3.1電橋電路153
9.3.2電橋的線路補償156
9.3.3應變式傳感器性能分析157
9.4應變式傳感器的應用設計實例160
9.4.1各種彈性元件的特性分析 160
9.4.2應變式傳感器的設計 163
9.4.3應變式傳感器的標定 164
9.4.4供橋電壓的選擇165
9.4.5應變式傳感器的電路補償165
9.4.6稱重電子秤設計實例167
第10章傳感器的應用技術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軟件和硬件結合的方法193
10.6傳感器與微處理器的結合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傳感器與計算機的接口199
10.6.4傳感器中的數(shù)據(jù)處理201
10.7抗干擾技術204
第11章無線傳感器網絡209
11.1無線傳感器網絡概況209
11.1.1無線傳感器網絡的發(fā)展歷程209
11.1.2無線傳感器網絡特點209
11.1.3無線傳感器網絡體系結構210
11.1.4無線傳感器網絡的應用211
11.2ZigBee無線傳感器網絡211
11.2.1ZigBee網絡拓撲結構211
11.2.2ZigBee網絡構建原理212
11.2.3ZigBee基本技術原理215
11.2.4ZigBee協(xié)議棧ZStack217
11.3ZigBee無線傳感器網絡開發(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無線傳感器網絡的應用實例228
第12章通用傳感器實驗平臺開發(fā)實例239
12.1通用傳感器實驗平臺概述239
12.2STC12C5A60S2單片機簡介239
12.2.1STC12單片機I/O口結構240
12.2.2STC12C5A60S2系列單片機的AD轉換器241
12.2.3STC12C5A60S2串口通信243
12.3通用傳感器實驗平臺硬件電路243
12.3.1STC單片機開發(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單片機程序下載ISP268
參考文獻273