1、序号：常 州 大 学毕业设计（论文）前期材料（2012 届）学 生 胡鑫 学 号 08446415学 院 信息科学与工程学院 专业班级电子 082题 目智能听觉传感器的设计类 别毕业设计 毕业论文校内指导教师陆贵荣 专业技术职务 副教授 校外指导老师专业技术职务 材 料 目 录序号 名 称 数量 备注1 毕业设计（论文）任务书 12 文献综述（设计类） 13 外文翻译（封面、译文、原文） 2二一二年六月学号：08446415常 州 大 学毕业设计（论文）文献综述（2012 届）题 目： 智能听觉传感器的设计学 生： 胡 鑫学院： 信息科学与工程 专 业 班 级：校内指导教师： 陆贵荣 专业技术
2、职务： 副教授校外指导老师：专业技术职务：题目：智能听觉传感器的设计一、前言1课题研究的背景、意义；课题研究现状和发展趋势从 20 世纪 90 年代开始，机器人研究开始于其他领域和学科交叉，特别是与传感器技术、控制技术和计算机技术的交叉。传感器技术的进步，将是机器人智能化的关键和特色，特别是新型传感器的应用等将成为新一代机器人实现更高级智能行为的基础，如佐治亚技术学院的一个小组开发的水下听觉传感器，它能精确地判定声源的方向，从而改进那些早期的水听器。该传感器的灵感来源于鱼的内耳解剖结构，它用绒毛的运动对声波作出响应，因此传感器采用铰链连接的两个平板。一个平板固定在某个位置，另一个是采用与水密度
3、相匹配复合材料制造的可自由运动平板。智能传感器的概念是上世纪七十年代由美国宇航局首次提出，是在传统的传感器基础上发展起来的。传统传感器通常由敏感元件和转换器件组成，智能传感器除了具有传统传感器的功能外，还是一种带有微处理器，兼有信息检测和处理功能的传感器。作为信息电子化不可或缺的部件之一，传感器感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号，是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起来的高新技术之一，当通信技术、集成电路、计算机技术飞速发展时，人们才逐步认识信息摄取装置传感器没有跟上信息技术的发展而惊呼“大脑发达、五官不灵” 。作为电子信息工程专业的毕业生，加强智能传感器的研究是非常重要和必要的。
4、研究过程将会遇到开发一个传感系统时信息的获取、处理、电路设计及仿真等问题，是非常有实践意义的。2. 课题的研究目标；课题欲解决哪一方面的问题触觉的主要任务是为获取对象与环境信息和为完成某种作业任务而对机器人与对象、环境相互作用时的一系列物理特征量进行检测或感知。接触觉传感器不仅可以判断是否接触物体，而且还可以大致判断物体的形状。一般传感器装于机器人末端执行器上。除微动开关外，接触觉传感器还采用碳素纤维及聚氨基甲酸酯为基本材料构成触觉传感器。机器人与物体接触，通过碳素纤维与金属针之间建立导通电路，与微动开关相比，碳素纤维具有更高的触电安装密度、更好的柔性、可以安装于机械手的曲面手掌上。接触觉是通
5、过与对象物体彼此接触而产生的，所以最好使用手指表面高密度分布触觉传感器阵列，它柔软易于变形，可增大接触面积，并且有一定的强度，便于抓握。接触觉传感器可检测机器人是否接触目标或环境，用于寻找物体或感知碰撞。触觉是机器人获取环境信息的一种仅次于视觉的重要知觉形式，是机器人实现与环境直接作用的必需媒介。与视觉不同，触觉本身有很强的敏感能力，可直接测量对象和环境的多种性质特征，因此触觉不仅仅只是视觉的一种补充。机器人触觉传感器主要有检测和识别功能。检测功能包括对操作对象的状态、机械手与操作对象的接触状态、操作对象的物理性质进行检测。识别功能是在检测的基础上提取操作对象的形状、大小、刚度等特征以进行分类
6、和目标识别。机器人触觉能达到的某些功能， 虽然其它感觉如视觉也能完成，但具有其它感觉难以替代的特点。与机器人视觉相比，许多功能为触觉独有。国内外许多技术人员致力于触觉传感器的研究，现在已经研制出了许多触觉传感器的样机，并有一些触觉传感器进入商品化阶段。随着机器人技术的发展，开发和研制实用的触觉传感器，以提高人与外部世界相互协调工作的能力，仍是当前急待解决的问题。二、设计方案的确定1.1 系统框图本设计主要由传感器，信号调理电路，A/D 转换，单片机，显示器这几个部分组成。当传感器受到作用后产生一个电信号，将该电信号经过调理电路进行调理，再对调理后的模拟信号转化为数字信号并发送到单片机进行处理显
7、示。具体系统框图如图1 所示：传 感 器信 号 调 理 电路A / D 转 换 单 片 机 显 示被 测 信 号图 1 系统硬件框图1.2 硬件设计1.2.1 听觉传感器的确定触觉传感器是一种测量自身敏感面与外界物体相互作用参数(触觉、压觉、力觉、滑觉、热觉等)的装置，敏感面包含很多触觉敏感元(触元)，并以阵列的形式排列，即触觉传感器阵列。机器人触觉常用的触觉传感器主要有七类。一.压阻传感器，这种传感器的优点是动态范围宽，有良好的负载能力，与集成电路相容；缺点是空间分布率有限，需要大量布线，单调响应非线性。二.压电和热电效应类传感器，这种传感器的优点是动态范围宽，经久耐用，能同时感受力的作用和
8、温度的变化；缺点是阵列扫描困难，良好设计结构复杂。三.电容式传感器，此传感器的优点是坚固耐用，线性响应，动态范围快；缺点是易受噪音干扰，介电性易受温度影响。四.磁传感器，这种传感器的优点是低滞后，线性响应；缺点是空间分辨率差，易受噪音影响。五.光传感器，这种传感器的优点是分辨率高，与视觉技术相容性好，低布线要求；缺点是存在滞后，性能对弹性体的依赖较强。六.机械传感器，此传感器的优点是采用简单而成熟的技术，适宜于探针、侧头类的应用；缺点是阵列结构复杂，空间分辨率受限制。七.超声传感器，这种传感器的优点是空间分辨率高，不受电磁干扰；缺点是布线困难，有时存在滞后和非线性。本设计主要采用热电效应类传感
9、器，此传感器经久耐用，能灵敏的反应温度变化。当敏感元件的外表面温度发生变化时，两端会产生一个电压。1.2.2 信号调理电路的设计在一般的测量系统中信号调理的任务较复杂，除了小信号放大、滤波外，还有诸如零点校正、线性化处理、温度补偿、误差修正和量程切换等，这些操作统称为信号调理。相应的执行电路称为信号调理电路。在微机化测试系统中，许多原来依靠硬件实现的信号调理任务都可以通过软件来实现，这样就大大简化了微机化测试系统中信号输入通道的结构。信号输入通道中的信号调理重点为小信号放大、信号滤波以及对频率信号的放大整形等。传感器输出一个模拟电量后，这些模拟电量通常不宜直接用数据采集电路进行数字转换，还需进
10、行适当的信号调理后才能进行相应的数字转换并为微机所接收。本设计的信号调理电路主要用于实现信号放大和数据的线性化，还可将设计出的信号调理电路进行仿真测试。1.2.3 单片机及显示模块设计单片机有多种类型，每种类型都有其相应的特点。Motorola 单片机，它的特点之一是在同样的速度下所用的时钟频率较 Intel 类单片机低得多，因而使得高频噪声低，抗干扰能力强，更适合于工控领域及恶劣的环境。MicroChip 单片机的特点是采用Harvard 双总线结构，运行速度快，低工作电压，低功耗，有较大的输入输出直接驱动能力，价格低，一次性编程，小体积。 适用于用量大，档次低，价格敏感的产品。Zilog
11、单片机，Z8 单片机是 Zilog 公司的产品，采用多累加器结构，有较强的中断处理能力，开发工具价廉物美，Z8 单片机以低价位面向低端应用。MCS-51 系列单片机，它是一块集成了 CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能 I/O 等功能的部件芯片，它拥有基于复杂指令集（CISC）的单片机内核，其端口结构为准双向并行口，可兼有外部并行总线，故使其扩展性能非常强大。本设计使用 51 系列的单片机可实现相应的功能要求。单片机处理后的数据要在显示器上显示，可由单片机驱动的显示器可以是LED，LCD。LED 显示器是由发光二极管构成的字段组成的显示器，有 8 段和 16 段管两大类，这种显示器又
12、有共阳极和共阴极之分。LCD 本身不发光，它靠调制外界光达到显示目的。它是单纯依靠对外界光的不同反射形成的不同对比度来达到显示的目的，所以也称为被动型显示。液晶可制成分段式和点阵式数码显示器。本设计使用点阵式 LED，单片机的输出数据可在 LED 上显示。1.3 软件设计软件设计是该系统设计的另外一个很重要的部分。本系统采用的单片机是 40 引脚的AT89C8051 芯片，它是整个硬件电路的核心，嵌入其中的软件部分支配着整个系统的运作，但是软件的设计依赖硬件，且服务于系统的需要。系统软件部分主要包括数据采集模块，数据处理模块，数据显示模块。单片机处理的是数字信号，可对接受到的数据进行采集得到数
13、字信号。数据处理模块由单片机实现，它对接受到的采样信号进行相应的处理，如实时控制、数据通信、驱动显示等。显示模块主要完成电信号的 LCD 显示。LCD 由单片机驱动，对单片机进行编程处理可实现将电信号在LCD 上显示。软件系统框图如图 2 所示：数 据 采 集 数 据 处 理 显 示图 2 软件流程图2设计步骤(1)确定设计方向和目标(2)根据设计原理提出方案(3)设计系统电路图，确定元器件参数(4)对信号调理电路进行系统仿真 (5)记录数据、分析结果 (7)撰写毕业设计论文三、阶段性设计计划、设计目标与应用价值周次 工作内容 预定目标1分析课题，查阅文献收集资料，英文翻译完成相关资料收集及外
14、文翻译2深化理解课题任务，写文献综述，初步确定设计方案完成文献综述3 设计方案的完善，进入设计程序 确定最终设计方案4-7 传感器及其信号调理电路设计 完成全部硬件电路设计8-12 信号调理电路仿真测试 完成全部硬件电路仿真13-16 撰写毕业论文 论文结构严谨、层次清晰、文字流畅、符合规范17 毕业答辩陈述思路清晰，对答辩老师提出的问题对答如流四、参考文献1童诗白.模拟电子技术基础M.北京:高等教育出版社,20012阎石.数字电子技术基础M.北京:高等教育出版社,19983何道清.传感器与传感器技术M.北京:科学出版社,20044张福学.传感器应用及其电路精选M.北京:电子工业出版社,200
15、35曲波.工业常用传感器选型指南M.北京:清华大学出版社,20026张俊哲.无损检测技术及其应用M北京:科学出版社,19937Wilson J S. Sensor Technology Handbook M. Oxford: Elsevier Inc, 20058余瑞芬.传感器原理M.北京:航空工业出版社,19959袁希光.传感器技术手册M.北京:国防工业出版社,198610 Werner Ricken Wolf-JurgenBecker Wolf-JurgenBecker SequoiaSensors and ActuatorsJ.A，Physical，200111C51 Compiler
16、Users Guide.Keil Elektronik GmbH.and Keil Software,Inc.2000五、指导教师审阅意见签名年月日学号：常 州 大 学毕业设计（论文）外文翻译（2012 届）外文题目 A proposal of new contactless layered sensor formaterial identification译文题目 一项用于材料识别的新非接触层式传感器方案 外文出处 Sensors and Actuators A 155 (2009) 3338学 生 学 院 信息科学与工程学院 专 业 班 级校内指导教师陆贵荣专业技术职务 副教授 校外指导老
17、师 专业技术职务 一项用于材料识别的新非接触层式传感器方案摘要 这篇论文旨在将光电层传感器作为一种新的非接触型传感器用于材料识别。在这种光电传感器中，材料的光能是由 LED 和光电晶体管测量的， 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。1.引言在工业中，几种遥控传感器如包含计算机视觉的光传感器，超声波传感器， 。 。 。 。 。 。 。 。2.方法在这种光电传感器中，物体的光能和电能能作为非接触式单个传感器被同时测量。 。 。 。 。 。 。 。 。3.实验图2显示了用于该实验的光电传感器的一个简单的缩略图。聚丙烯酸酯胶片上安装了部分直径25厘米长度25厘米的不锈钢管。 。 。
18、。 。 。 。 。 。 。 。 。图 3 测量系统的原理图4.结果图 4 显示了电容值的测量结果。C ab 与 Cac 分别为电极 A 与 B 之间以及电极 A 与 C 之间的电容值。每个测量值是由 15 个测量值的平均值得到，这些数据是在每个设置的五次测量后获得的。5.讨论材料识别和距离探测可由基于 Cab和 Cac的电容值以及基于 Vab和 Vac的探测电压值的近似方程解释。在图 6 中， 。 。 。 。 。 。学号：常 州 大 学毕业设计（论文）外文翻译（2012 届）外文题目 A GPS-enabled wireless sensor network formonitoring rad
19、ioactive materials译文题目 用于检测放射性材料的 GPS 无线传感器网络外文出处 Sensors and Actuators A 155 (2009) 210215学 生 学 院 信息科学与工程学院 专 业 班 级校内指导教师陆贵荣专业技术职务 副教授 校外指导老师 专业技术职务 用于检测放射性材料的 GPS 无线传感器网络摘要这篇论文呈现了基于 GPS 功能的无线传感器网络的核辐射检测解决方法。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。在放射性危害的公共区域。1.引言环境检测代表了。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。解决了节点安装位置固定的情况。在辐射报警系
20、统中，一些警告尤其是一些临时情况很难处理。在这篇论文中，我们提出一个支持 GPS 功能的无线传感器网络，图 1 基于 ZigBee 的辐射监测传感器网络的基本战略2. 无线核辐射检测节点设计核辐射检测节点在我们的拟议系统中起着关键的作用。节点保持着最小尺寸，同时确保所有的通信，遥感和计算功能。这种无线核辐射检测节点的原型在图2中有所显示。核辐射探测器采用了根据射线电离气体特性设计的盖格管。2.4GHz的天线和GPS天线都被安装在车内或车外以朝向更好外部空间。图3 基于ZigBee的无线核辐射检测节点的推荐原理3.方法一个ZigBee网络可以采用三种拓扑结构，如星形，树形，网状形。在这种系统中， 。 。 。 。 。 。 。4.系统实施为了验证所推荐的有 GPS 功能的无线传感器网络的 ZigBee 网络性能，我们通过使用上述的技术方法来实施它。 。 。 。 。图 6 用于演示拟议检测系统的一个试验台5.结论本文介绍了放射性材料的一种轻量的远程非接触式检测，这种材料结合了有全球定位系统技术的无线传感器网络。与传统的核辐射检测方法相比，该系统具有若下优势：
