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學(xué)些傳感器必須掌握的一些知識(shí)

2018年09月24日 10:23 作者:工程師譚軍 用戶評(píng)論(0
  傳感器
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  傳感器(英文名稱:transducer/sensor)是一種檢測(cè)裝置,能感受到被測(cè)量的信息,并能將感受到的信息,按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出,以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。
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  傳感器的特點(diǎn)包括:微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的存在和發(fā)展,讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官,讓物體慢慢變得活了起來。通常根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。
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  主要作用
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  人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息,必須借助于感覺器官。
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  而單靠人們自身的感覺器官,在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況,就需要傳感器。因此可以說,傳感器是人類五官的延長(zhǎng),又稱之為電五官。
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  新技術(shù)革命的到來,世界開始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過程中,首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息,而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。
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  在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過程中,要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個(gè)參數(shù),使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài),并使產(chǎn)品達(dá)到最好的質(zhì)量。因此可以說,沒有眾多的優(yōu)良的傳感器,現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。
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  在基礎(chǔ)學(xué)科研究中,傳感器更具有突出的地位?,F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,進(jìn)入了許多新領(lǐng)域:例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙,微觀上要觀察小到fm的粒子世界,縱向上要觀察長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬年的天體演化,短到 s的瞬間反應(yīng)。此外,還出現(xiàn)了對(duì)深化物質(zhì)認(rèn)識(shí)、開拓新能源、新材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究,如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場(chǎng)、超弱磁場(chǎng)等等。顯然,要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息,沒有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學(xué)研究的障礙,首先就在于對(duì)象信息的獲取存在困難,而一些新機(jī)理和高靈敏度的檢測(cè)傳感器的出現(xiàn),往往會(huì)導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的發(fā)展,往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。
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  傳感器早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之泛的領(lǐng)域??梢院敛豢鋸埖卣f,從茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各種復(fù)雜的工程系統(tǒng),幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目,都離不開各種各樣的傳感器。
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  由此可見,傳感器技術(shù)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步方面的重要作用,是十分明顯的。世界各國(guó)都十分重視這一領(lǐng)域的發(fā)展。相信不久的將來,傳感器技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)飛躍,達(dá)到與其重要地位相稱的新水平。
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  主要特點(diǎn)
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  傳感器的特點(diǎn)包括:微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化,它不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和更新?lián)Q代,而且還可能建立新型工業(yè),從而成為21世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。微型化是建立在微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)基礎(chǔ)上的,已成功應(yīng)用在硅器件上做成硅壓力傳感器。
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  傳感器的組成
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  傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路和輔助電源四部分組成。
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  敏感元件直接感受被測(cè)量,并輸出與被測(cè)量有確定關(guān)系的物理量信號(hào);轉(zhuǎn)換元件將敏感元件輸出的物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào);變換電路負(fù)責(zé)對(duì)轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大調(diào)制;轉(zhuǎn)換元件和變換電路一般還需要輔助電源供電
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  主要功能
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  常將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比擬:
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  光敏傳感器——視覺
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  聲敏傳感器——聽覺
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  氣敏傳感器——嗅覺
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  化學(xué)傳感器——味覺
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  壓敏、溫敏、
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  流體傳感器——觸覺
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  敏感元件的分類:
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  物理類,基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。
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  化學(xué)類,基于化學(xué)反應(yīng)的原理。
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  生物類,基于酶、抗體、和激素等分子識(shí)別功能。
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  通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類(還有人曾將敏感元件分46類)。

  傳感器類型

  動(dòng)作傳感器

  這類傳感器在三個(gè)軸(X、Y、Z)上測(cè)量加速度和旋轉(zhuǎn)角度。包括如下幾個(gè)傳感器。

  加速(accelerometer)傳感器

  陀螺儀(gyroscope)傳感器

  重力(gravity)傳感器

  線性加速(linear acceleration)傳感器

  旋轉(zhuǎn)向量(rotational vector)傳感器

  環(huán)境傳感器

  這類傳感器可以測(cè)量不同環(huán)境的參數(shù),例如周圍環(huán)境的空氣溫度和壓強(qiáng)、光照強(qiáng)度和濕度。包括如下幾個(gè)傳感器。

  溫度(barometer)傳感器

  光線(photometer)傳感器

  溫度(thermometer)傳感器

  壓力(pressure)傳感器

  位置傳感器

  這類傳感器可以測(cè)量設(shè)備的物理位置。包括如下幾個(gè)傳感器。

  方向(orientation)傳感器(數(shù)據(jù)來自加速傳感器和磁場(chǎng)傳感器)

  磁場(chǎng)(magnetomenter)傳感器

  安卓傳感器類型

  TYPE_ACCELEROMETER //加速度傳感器(硬件

  TYPE_MAGNETIC_FIELD //磁場(chǎng)傳感器(硬件)

  TYPE_ORIENTATION //方向傳感器(軟件傳感器,數(shù)據(jù)來自重力和磁場(chǎng)傳感器)

  TYPE_GYROSCOPE //陀螺儀傳感器(硬件)

  TYPE_LIGHT //光線傳感器(硬件)

  TYPE_PRESSURE //壓力傳感器(硬件)

  TYPE_PROXIMITY //臨近傳感器(硬件)

  TYPE_GRAVITY //重場(chǎng)傳感器(硬件或軟件)

  TYPE_LINEAR_ACCELERATION //線性加速度傳感器(硬件或軟件)

  TYPE_ROTATION_VECTOR //旋轉(zhuǎn)矢量傳感器(硬件或軟件)

  TYPE_RELATIVE_HUMIDITY //濕度傳感器(硬件)

  TYPE_AMBIENT_TEMPERATURE //溫度傳感器(硬件)

  TYPE_TEMPERATURE //溫度傳感器(硬件),從Android4.0開始被TYPE_AMBIENT_TEMPERATURE取代

  安卓傳感器參數(shù)

  傳感器回調(diào)頻率

  參數(shù)延遲時(shí)間

  SensorManager.SENSOR_DELAY_FASTEST0ms

  SensorManager.SENSOR_DELAY_GAME20ms

  SensorManager.SENSOR_DELAY_UI60ms

  SensorManager.SENSOR_DELAY_NORMAL200ms

  傳感器返回值@link

  加速度感應(yīng)檢測(cè)——Accelerometer

  Accelerometer Sensor測(cè)量的是所有施加在設(shè)備上的力所產(chǎn)生的加速度的負(fù)值(包括重力加速度)。加速度所使用的單位是m/sec^2,數(shù)值是加速度的負(fù)值。

  SensorEvent.values[0]:加速度在X軸的負(fù)值

  SensorEvent.values[1]:加速度在Y軸的負(fù)值

  SensorEvent.values[2]:加速度在Z軸的負(fù)值

  例如:

  當(dāng)手機(jī)Z軸朝上平放在桌面上,并且從左到右推動(dòng)手機(jī),此時(shí)X軸上的加速度是正數(shù)。

  當(dāng)手機(jī)Z軸朝上靜止放在桌面上,此時(shí)Z軸的加速度是+9.81m/sec^2。

  當(dāng)手機(jī)從空中自由落體,此時(shí)加速度是0

  當(dāng)手機(jī)向上以Am/sec^2的加速度向空中拋出,此時(shí)加速度是A+9.81m/sec^2

  重力加速度感應(yīng)檢測(cè)——Gravity

  重力加速度,其單位是m/sec^2,其坐標(biāo)系與Accelerometer使用的一致。當(dāng)手機(jī)靜止時(shí),gravity的值和Accelerometer的值是一致的。

  線性加速度感應(yīng)檢測(cè)——Linear-Acceleration

  Accelerometer、Gravity和Linear-Acceleration三者的關(guān)系如下公式:

  accelerometer = gravity +linear-acceleration

  地磁場(chǎng)感應(yīng)檢測(cè)——Magnetic-field

  地磁場(chǎng)的單位是micro-Tesla(uT),檢測(cè)的是X、Y、Z軸上的絕對(duì)地磁場(chǎng)。

  陀螺儀感應(yīng)檢測(cè)——Gyroscope

  陀螺儀的單位是弧度/秒,測(cè)量的是物體分別圍繞X,Y,Z軸旋轉(zhuǎn)的角速度。它的坐標(biāo)系與加速度傳感器的坐標(biāo)系相同。逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的角度正的。也就是說,如果設(shè)備逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),觀察者向X,Y,Z軸的正方向看去,就報(bào)告設(shè)備是正轉(zhuǎn)的。請(qǐng)注意,這是標(biāo)準(zhǔn)的正旋轉(zhuǎn)的數(shù)學(xué)定義。

  光線感應(yīng)檢測(cè)——Light

  values[0]:表示環(huán)境光照的水平,單位是SI lux。

  位置逼近感應(yīng)檢測(cè)——Proximity

  values[0]:逼近的距離,單位是厘米(cm)。有一些傳感器只能支持近和遠(yuǎn)兩種狀態(tài),這種情況下,傳感器必須報(bào)告它在遠(yuǎn)狀態(tài)下的maximum_range值和在近狀態(tài)下的小值。

  旋轉(zhuǎn)矢量感應(yīng)檢測(cè)——Rotation Vector

  旋轉(zhuǎn)向量是用來表示設(shè)備的方向,它是由角度和軸組成,就是設(shè)備圍繞x,y,z軸之一旋轉(zhuǎn)θ角度。旋轉(zhuǎn)向量的三個(gè)要素是,這樣旋轉(zhuǎn)向量的大小等于sin(θ/2),旋轉(zhuǎn)向量的方向等于旋轉(zhuǎn)軸的方向。

  values[0]: x*sin(θ/2)

  values[1]: y*sin(θ/2)

  values[2]: z*sin(θ/2)

  values[3]: cos(θ/2) (optional: only ifvalue.length = 4)

  方向感應(yīng)檢測(cè)——Orientation

  其單位是角度

  values[0]: Azimuth(方位),地磁北方向與y軸的角度,圍繞z軸旋轉(zhuǎn)(0到359)。0=North,90=East, 180=South, 270=West

  values[1]: Pitch(俯仰),圍繞X軸旋轉(zhuǎn)(-180 to180), 當(dāng)Z軸向Y軸運(yùn)動(dòng)時(shí)是正值

  values[2]: Roll(滾),圍繞Y軸旋轉(zhuǎn)(-90 to 90),當(dāng)X軸向Z軸運(yùn)動(dòng)時(shí)是正值

  API:

  獲取系統(tǒng)支持傳感器類型 /** * 支持傳感器列表 * http://blog.csdn.net/redoq/article/details/52515123 * https://zhidao.baidu.com/question/2205380242168742428.html * http://www.jianshu.com/p/4c141d851346 */ private void testSupportSensorList(){ SensorManager sensorManager = (SensorManager) getSystemService(SENSOR_SERVICE); String sensorStr = “”; List《Sensor》 list = sensorManager.getSensorList(Sensor.TYPE_ALL); for (Sensor sensor:list){ sensorStr += sensor.getName() + “\n”; } XLog.i(sensorStr); sensorStr = “”; for (Sensor sensor:list){ switch (sensor.getType()){ case Sensor.TYPE_ACCELEROMETER: sensorStr += “加速度傳感器” + “\n”; break; case Sensor.TYPE_MAGNETIC_FIELD: sensorStr += “磁場(chǎng)傳感器” + “\n”; break; case Sensor.TYPE_ORIENTATION: sensorStr += “方向傳感器” + “\n”; break; case Sensor.TYPE_GYROSCOPE: sensorStr += “陀螺儀傳感器” + “\n”; break; case Sensor.TYPE_LIGHT: sensorStr += “光線傳感器” + “\n”; break; case Sensor.TYPE_PRESSURE: sensorStr += “壓力傳感器” + “\n”; break; case Sensor.TYPE_PROXIMITY: sensorStr += “臨近傳感器” + “\n”; break; case Sensor.TYPE_GRAVITY: sensorStr += “重場(chǎng)傳感器” + “\n”; break; case Sensor.TYPE_LINEAR_ACCELERATION: sensorStr += “線性加速度傳感器” + “\n”; break; case Sensor.TYPE_ROTATION_VECTOR: sensorStr += “旋轉(zhuǎn)矢量傳感器” + “\n”; case Sensor.TYPE_RELATIVE_HUMIDITY: sensorStr += “濕度傳感器” + “\n”; break; case Sensor.TYPE_AMBIENT_TEMPERATURE: sensorStr += “溫度傳感器” + “\n”; break; case Sensor.TYPE_TEMPERATURE: sensorStr += “溫度傳感器” + “\n”; break; } } XLog.i(sensorStr);}傳感器使用步驟(通用)s1、使用傳感器之前首先獲取SensorManager通過系統(tǒng)服務(wù)獲?。篠ensorManager mSensorManager = (SensorManager) getSystemService(SENSOR_SERVICE); s2、獲取我們需要的傳感器類型://單次有效計(jì)步Sensor mStepCount = mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_STEP_COUNTER);//系統(tǒng)計(jì)步累加值Sensor mStepDetector = mSensorManager.getDefaultSensor(Sensor.TYPE_STEP_DETECTOR); s3、注冊(cè)監(jiān)聽者(監(jiān)聽傳感器事件)mSensorManager.registerListener(this, mStepDetector, SensorManager.SENSOR_DELAY_FASTEST);mSensorManager.registerListener(this, mStepCount, SensorManager.SENSOR_DELAY_FASTEST); PS:取消注冊(cè):mSensorManager.unregisterListener(this, mStepDetector);mSensorManager.unregisterListener(this, mStepCount); s4、實(shí)現(xiàn)SensorEventListener接口,重寫方法并獲取數(shù)據(jù)@Overridepublic void onSensorChanged(SensorEvent event)


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