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(1)信息的显示与报警 电子信息中心可以监控发动机的工况及其他信息,当出现不正常情况时,可随时报警。报警系统传感器有机油压力传感器、液量传感器、温度传感器等,这些传感器向电脑提供信息,必要时启动报警电路进行报警。 (2)语音提示 语音提示包括语音警告和语音控制。语音警告通过开关型传感器监测车内部件的工作情况,一旦出现故障,开关闭合,控制器被触发,语音电路被启动,同时发出报警声音讯号。 语音控制是指驾驶员可用声音指挥、控制汽车的某个部件的工作,进行指令性动作。 (3)车辆定位和导航 车辆定位和导航技术已经应用在汽车上,它将全球定位系统(GPS)接收机安装在车辆上,并使用推算技术,即利用各种传感器,如相对传感器、绝对传感器、转向角传感器、车轮转速传感器(测距)、地磁传感器、陀螺盘(测方向)、罗盘等精确测定汽车目前所在的位置。 使用车辆定位和导航系统,可以完成下列各项任务: ①数字地图显示; ②利用城市街区地址、各交叉路口确定要到达的目的地; ③计算行驶路径; ④沿着预先计算出的行驶路线为驾驶员导航; ⑤各种传感器检测到的车辆行驶轨迹和已知道路网进行匹配,以便更准确地确定车辆的实际位置; ⑥为驾驶员提供旅游信息,如旅游指南、路标、旅馆和饭店等信息。
光电传感器一般至少有9种以上传感模式,使用两个光源,有三种封装 尺寸,5种以上的检测范围,并可以使用各种安装方式、输出与工作电压的组合购买。这产生了令人困扰的种类繁多的候选传感器可能性,使人难以选择。 光电传感器主要参数 ■尺寸 ■传感模式 ■传感范围 ■安装方式 ■输出 ■工作模式 ■工作电压 ■光源 ■连接方式 ■封装材料 ■特殊功能包括: ·可处理高速和/或高温 ·逻辑控制 ·可计算机编程 ·网络兼容性 这种过剩的选择可以采用以下两种方式来缩小范围:首先需要考虑检测对象;其次是传感器的工作环境。 装箱 我们要问的第一个问题是:你究竟想让传感器检测什么?“我们是在检测瓶子,还是检测纸箱?”传感器厂商—Banner工程公司传感器应用工程师GregKnutson表示。 光学性质与物理距离将决定采用何种传感模式与哪种光源最合适。例如,在检测单色纸箱的情况下,也许可以采用廉价的、从纸箱上反射光束的散射传感器。 但当纸箱为彩色从而使反射率不同时,就不能采用以上解决方案。在这种情况下,最好的解决方案也许是采用相反或反射模式传感器。在此方案中,系统是通过屏蔽光束来工作。当纸箱到位时,光束被遮挡,从而使纸箱检测。如果没有透明的箱子,此技术应该能获得可靠的结果。目前已有好几种传感器能检测不同高度的纸箱。 距离在选择光源,例如LED或激光时起重要作用。LED虽比较便宜,但由于它是一种散射度较高的光源,因此适合短距离使用。激光可聚焦在一个点上,因此能获得传播距离更远的光束。当需要检测细微特征时,良好的聚焦也很重要。如果需要从几英尺外对准细微特征,则必须使用激光。 激光传感器要比LED要贵很多倍,不过这种差别已经被激光二极管价格的下降缩小了。虽然目前使用的激光仍然较贵,但比起过去的花销已经降低了很多。 环境挑战 选择传感器时的另一项决定因素是工作环境。一些行业(如食品与汽车行业等)的工作环境可能会很脏或很危险,或二者都有。在处理食品时,湿度可能会较高以及有很多液体。处理引擎或其他零件的汽车制造厂车间,也可能会有沙子、润滑剂和冷却剂等。在这种情况下,必须考虑传感器的环境适应性,如果传感器不能适应污垢环境就不能被使用。这种考虑还会影响所需的检测范围,因为可能需要将传感器放在恶劣环境外一个更远的位置上(而不是放在所需的位置)。如果指示灯被弄脏或信号减弱,那么能够主动告警和通知是很有帮助的。 类似的环境问题也会影响传感器的尺寸,尺寸的变化可以从比一个手指还小到比张开的手掌还大。小尺寸传感器比大尺寸传感器要贵,因为将所有部件都装入一个小空间内的成本更高。小尺寸传感器收集光线的面积更小,一次检测范围更小,光学性能更低。这些缺点必须克服,以便小尺寸传感器能更好地可用物理空间相匹配。 再如,在半导体洁净室设备中所使用的传感器虽然工作环境不恶劣,但必须在狭窄的空间内工作。其检测距离通常为数英寸,因此传感器一般都较小。这些传感器还常常使用光纤来将光线导入(或导出)检测区。 安装与价格 另一项考虑的因素是安装系统。传感器通常需要用盒子或其他方法来进行机械保护。这种机械与光学保护的成本可能要比传感器本身的成本还高,因此是购买时需考虑的一项重要因素。如果厂商拥有灵活的安装系统,以及针对传感器的保护性安装安排,则产品更容易实现,寿命也更长。 激光与专用光电传感器的价格约为150~500美元。像低级封装、标准光学性能以及有限的(或完全没有)外部调整等,都是每种传感器低端产品所具有的特征。而高端产品则拥有高级封装(如不锈钢或铝等),高光学性能以及可调增益、定时或其它选项。低端产品适合普通应用,而高端产品则可以在高速、高温或易爆等特殊环境下使用。 最后请记住,一种传感技术不可能满足应用的所有需求,如果需要改动,那么可能需要一种完全不同的传感器技术。传感器厂商—Pepperl+Fuchs公司产品经理EdMyers表示,如果厂商在同一封装与安装尺寸内提供了多种传感器技术,则转向一种新的方法并不难。如果真是这样,那么随着需求的改变,很容易从一种传感器技术转向另一种传感器技术。
数字式MEMS加速度传感器在倾角测量的应用 物体在运动中的倾角是描述物体运动状态、特征的重要参数,在交通、航天、军事领域中都有着重要的意义,对目标的定位、追踪起到非常重要的作用。所以开发价格适中、精度高,测量范围大的角度测量模块具有很强的实用价值。 本文根据对实际运动的分析,研究建立了相应的数学模型,利用数字式MEMS加速度传感器并配合适当的硬件电路和软件算法实现了一种性价比高,高精度,测量范围大的角度测量模块并通过实际运行,取得良好的效果。 1 对象研究和建模 本文研究的对象是物体运动时,其整体平台的倾斜角,例如普通车辆机车,军用车辆机车和海上装备等,在运动过程中由于路面、坡度等影响会使整个平台架产生一定的倾角,而这些参数对于精确导航、列车行程控制等系统都具有重要的意义。 根据经典力学可以知道,当对象与基准平面有一个角度的夹角时,其运动方向的加速度与重力加速度的比值和没有夹角时其加速度与重力加速度的夹角α 是不同的。根据力的分解,重力加速度就会有分量作用在Ax方向,且Ax=gsinα,于是倾斜角α=sin-1(Ax/g)。见图1-(a)所示。但是,当对象在基准面方向上做变加速的运动时,其Ax同样是一个变化值,这样将由于无法区别对象的静态加速度和动态加速度而做出正确的判断。也可以考虑采用图 1-(b)中所示方法测量,将Ax设定为始终与运动面垂直的方向,这样Ax=gcosα,则倾斜角α= cos-1(Ax/g)。这个方法在普通的道路坡度只能在Ax方向产生一个很小的加速度变化,而这对于该传感器的精度是很难达到的。 故考虑采用如图1- (c)所示方法进行测量,利用双轴的加速度传感器,其两个夹角之间相差90°,两个角分别为45°和135°角,当车辆静止在平面上时,加速度传感器的两个轴向测得加速度:Ax=Ay=0.707g。 当车辆在平面上加速时,加速度倾角传感器的两个轴向就会测得两个大小相等,极性相反的加速度变化,而(Ax+ Ay)保持不变,例如:车辆向前加速时,Ax增大而Ay减小。 当车辆倾斜时,倾斜角α=cos-1。但是在实际情况中,由于测量、安装等原因,几乎不可能做到加速度传感器与车辆的径向正好成45°,所以需要在系统初始化时,首先测量出加速度传感器与车辆的径向的夹角β,可根据公式β=arctan(Ay/Ax)计算得到。 由此可得最后的倾斜角为:α=cos-1。根据这个数学模型,可以很好的测得角度的变化。所以在实际使用就利用软、硬件根据该模型进行设计从而实现了微小角度的测量。 2 系统设计 根据上面的对象研究和建模分析,并结合实际需求开始进行系统设计。在设计的过程中,根据算法设计选取了相应的硬件,按照硬件的选取经过分析,最后确定所需硬件电路,然后编制了相应的软件完成整个设计。 2.1硬件设计 设计中使用的是ADXL213芯片,其采用先进的MEMS 技术,在同一硅片中刻蚀了一个多晶硅表面微机械传感器,并集成了一套精密的信号处理电路。信号处理电路能将表面微机械传感器产生的模拟信号转换为占空比调制(DCM) 数字信号输出。