传感器技术及应用电路项目化教程 钱裕禄 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

基本信息

书名:传感器技术及应用电路项目化教程

定价：35.00元

售价：24.2元,便宜10.8元,折扣69

作者:钱裕禄

出版社：北京大学出版社

出版日期：2016-04-01

ISBN：9787301221105

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.341kg

编辑推荐

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内容提要

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本书整体编写思路是“模块化 项目化”，模块化突出的是以“被测物理量为研究对象”，每个模块由若干个项目组成，每个项目以某一个具体传感器应用设计为依托。本书内容主要包括：现代检测技术及传感器基础知识；典型传感器及其应用：主要包括超声波传感器、光电传感器、红外传感器、霍尔传感器、气体传感器、温度传感器、湿度传感器和智能化数字传感器等；物联网与传感器网；传感器技术在现代检测系统中的应用。本书可以作为普通高等学校电子信息工程、自动控制、电子工程、应用电子技术、电气工程、工业自动化等相关专业的教学用书。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《现代传感器技术与嵌入式系统设计实战》 内容梗概： 本书是一本聚焦于现代传感器技术前沿应用与嵌入式系统深度结合的实践教程。全书旨在为读者构建一个从传感器原理、选型、接口设计，到嵌入式平台开发、数据处理与应用实现的全方位知识体系。我们摒弃了纯理论的枯燥阐述，而是将重点放在项目驱动的实战训练上，通过一系列精心设计的典型应用案例，带领读者亲手实践，理解传感器在不同场景下的工作机制，并学会如何将其高效地集成到嵌入式系统中，最终完成功能丰富的智能化解决方案。 本书内容涵盖了从基础的模拟信号传感器（如温度、湿度、光照、压力等）到进阶的数字传感器（如加速度计、陀螺仪、GPS、图像传感器、生物传感器等），以及物联网领域日益重要的无线传感器网络（WSN）技术。我们将深入探讨每种传感器的物理原理、电气特性、精度与误差分析，以及在实际应用中选择传感器时需要考虑的关键因素，例如量程、分辨率、响应时间、功耗、成本和环境适应性。 在嵌入式系统设计方面，本书选择了目前主流的微控制器平台，如Arduino、STM32系列等，并结合常用的嵌入式操作系统（如RTOS）和开发工具链。读者将学习如何使用这些平台采集、处理和传输传感器数据，如何进行低功耗设计，如何实现各种通信协议（如I2C、SPI、UART、CAN、Wi-Fi、Bluetooth、LoRa等），以及如何构建用户友好的人机交互界面。 本书最大的特色在于其高度的项目化导向。我们精心策划了多个贴近实际需求的典型项目，例如： 智能家居环境监测系统： 集成温湿度传感器、光照传感器、空气质量传感器（如CO2、PM2.5），通过Wi-Fi将数据上传至云平台，并实现手机App远程查看和控制。 工业设备状态监测与预警： 利用振动传感器、温度传感器、电流传感器等，实时监测设备运行状态，通过CAN总线或RS485传输数据，并在异常时触发报警。 可穿戴健康监测设备： 集成心率传感器、血氧传感器、体温传感器、运动传感器，实现对用户生理数据的实时采集与分析，并利用蓝牙将数据传输至智能手机。 无人机姿态控制与导航： 整合加速度计、陀螺仪、磁力计、GPS模块，实现无人机的姿态稳定、位置感知与路径规划。 农业物联网解决方案： 部署土壤湿度传感器、光照传感器、温湿度传感器，实现对农作物生长环境的精准监测与自动化灌溉控制。 每个项目都将包含详细的硬件选型建议、电路原理图设计、元器件清单（BOM）、嵌入式代码实现（包括传感器驱动、数据采集、算法处理、通信协议栈等）、系统调试与优化方法。我们注重培养读者独立分析问题、解决问题的能力，鼓励读者在项目的基础上进行创新和扩展。 内容结构详解： 第一部分：传感器基础理论与实践 1. 传感器概述与分类： 传感器的基本概念、工作原理和重要参数（灵敏度、精度、分辨率、线性度、迟滞等）。 传感器的主要分类：按工作原理（电磁、机械、热、光学、化学、生物等）、按输出信号（模拟、数字）、按应用领域（工业、医疗、环境、消费电子等）。 传感器误差的来源与减小方法。 2. 常用模拟信号传感器详解： 温度传感器： 热敏电阻（NTC/PTC）、热电偶、集成温度传感器（如LM35, DS18B20等）。详细介绍其工作原理、选型注意事项、与微控制器接口的典型电路设计（如ADC采集）。 湿度传感器： 电容式湿度传感器、电阻式湿度传感器。原理、特性、接口电路设计。 光传感器： 光敏电阻（LDR）、光电二极管、光电三极管。应用场景（如光照强度测量、避障）、电路设计。 压力传感器： 压阻式、电容式、压电式。原理、选型（绝压、表压、差压）、信号调理电路。 力/力矩传感器： 压电传感器、应变片式传感器。应用（如称重、力反馈），信号处理。 3. 常用数字信号传感器详解： 加速度计与陀螺仪（IMU）： MEMS技术原理，三轴加速度计、三轴陀螺仪的工作原理，数据格式，I2C/SPI接口通信。 磁力计： 霍尔效应传感器、各向异性磁阻（AMR）传感器。与加速度计、陀螺仪融合实现电子罗盘。 GPS/GNSS模块： 工作原理，NMEA协议解析，数据输出。 距离传感器： 超声波传感器、红外测距传感器、激光雷达（LiDAR）基础。 图像传感器： CCD与CMOS原理，摄像头模块接口（如DVP）。 气体传感器： 半导体气体传感器、电化学气体传感器。原理、应用（如VOC、CO、CO2检测）。 其他数字传感器： 霍尔开关、编码器、RFID读写模块等。 第二部分：嵌入式系统平台与开发 4. 主流嵌入式开发平台介绍： Arduino生态系统： Arduino Uno, Nano, Mega等开发板介绍，Arduino IDE使用，基础语法与编程模型。 STM32微控制器： STM32系列MCU架构，CubeMX配置工具，HAL库和LL库的使用，Keil/STM32CubeIDE开发环境。 Raspberry Pi / BeagleBone： Linux嵌入式开发基础，Python/C++编程，GPIO接口的使用。 5. 嵌入式系统硬件接口与通信： 模拟信号接口： ADC（模数转换）与DAC（数模转换）原理，采样率、分辨率、参考电压等参数。 数字信号接口： 串行通信： UART/USART（异步串行通信），I2C（同步串行通信），SPI（同步串行通信）。详细讲解通信时序、地址、数据传输。 并行通信： GPIO（通用输入输出）的使用。 总线协议： CAN总线（控制器局域网）、USB（通用串行总线）。 无线通信模块接口： Wi-Fi（ESP8266/ESP32）、Bluetooth（HC-05/06, BLE）、LoRa（长距离低功耗）。 6. 嵌入式系统软件开发与调试： 传感器驱动程序开发： 如何根据传感器数据手册编写高效、可靠的驱动程序。 数据采集与处理： 滤波算法（均值滤波、中值滤波、卡尔曼滤波等），校准算法。 实时操作系统（RTOS）基础： 任务调度、信号量、消息队列、事件标志组等核心概念，FreeRTOS在嵌入式项目中的应用。 嵌入式开发工具链： 编译器、链接器、调试器（JTAG/SWD）的使用。 代码优化与调试技巧： 内存管理、功耗优化、性能分析。 第三部分：项目化应用实践 7. 智能环境监测与控制项目： 项目目标： 构建一个能够实时监测室内温湿度、光照强度、PM2.5指数，并能根据设定阈值自动调节风扇或开启新风系统的智能家居终端。 硬件选型： DHT22/SHT30温湿度传感器，BH1750光照传感器，GP2Y10/PMS5003 PM2.5传感器，ESP32/STM32微控制器，继电器模块。 电路设计： 各传感器与MCU的接口电路，继电器控制电路。 软件实现： 温湿度、光照、PM2.5数据采集与显示，阈值判断与控制逻辑，Wi-Fi网络连接与数据上传（MQTT协议），简易Web服务器或App接口。 案例扩展： 加入CO2传感器，实现远程报警功能，接入语音助手。 8. 工业振动监测与故障预警系统项目： 项目目标： 实时监测旋转机械设备的振动信号，分析振动特征，识别潜在的早期故障，并及时发出预警。 硬件选型： ADXL345/MPU6050加速度计，STM32F4系列微控制器，CAN收发器（若需组网），OLED显示屏。 电路设计： 加速度计与MCU的SPI/I2C接口，CAN总线接口电路。 软件实现： 高采样率数据采集，FFT（快速傅里叶变换）分析，特征提取（如RMS值、峰值），基于阈值或简单频谱分析的故障诊断算法，CAN总线通信实现数据上报或远程监控。 案例扩展： 集成温度传感器，实现多维度状态监测；开发更复杂的故障诊断模型（如机器学习）。 9. 低功耗可穿戴健康监测原型项目： 项目目标： 设计一款能够监测心率、运动步数、体温等基本生理指标的低功耗可穿戴设备原型，并通过蓝牙将数据发送至智能手机。 硬件选型： MAX30102（心率/血氧）/MAX32625（心率），ADXL345/LIS3DH（步数/运动），DS18B20/MLX90614（体温），nRF52832/ESP32-C3（低功耗蓝牙MCU）。 电路设计： 各传感器与MCU的接口电路，天线设计（若为独立PCB）。 软件实现： 低功耗模式下的传感器数据采集，心率算法（PPG信号处理），步态识别算法，蓝牙BLE协议栈配置与数据透传（GATT服务/特性），手机App端数据接收与显示。 案例扩展： 集成GPS进行轨迹记录；支持OTA（空中下载）固件更新；与云平台同步数据。 10. 嵌入式视觉与图像识别入门项目： 项目目标： 使用嵌入式摄像头和微控制器实现简单的图像采集与目标识别功能（如人脸检测或特定颜色物体识别）。 硬件选型： OV2640/OV7670摄像头模块，STM32F7/H7系列或ESP32-CAM开发板，SD卡模块。 电路设计： 摄像头与MCU的DVP接口，SD卡接口。 软件实现： 摄像头驱动开发，图像采集与格式转换，简单的图像处理算法（如二值化、边缘检测），TinyML/CMSIS-NN库在嵌入式设备上的模型部署与推理（如轻量级人脸检测模型）。 案例扩展： 实现物体追踪；与云端AI服务对接进行更复杂的图像分析。 第四部分：进阶与展望 11. 传感器网络与物联网（IoT）集成： 无线传感器网络（WSN）架构： Zigbee, LoRaWAN等协议在传感器网络中的应用。 云平台接入： MQTT, CoAP等物联网通信协议，AWS IoT, Azure IoT, Google Cloud IoT等云平台的数据接入与管理。 边缘计算： 在传感器节点或网关进行部分数据处理，降低云端负载。 12. 传感器技术发展趋势与未来应用： 微型化、集成化、智能化传感器。 柔性电子与可穿戴传感器。 生物传感器与医疗诊断。 环境监测与智慧城市。 AI与传感器融合带来的新机遇。 本书力求以详实的技术内容、清晰的结构安排、丰富的项目实践，为广大高校师生、电子工程师、嵌入式开发爱好者提供一份宝贵的学习资源。通过本书的学习，读者不仅能够掌握现代传感器技术的核心知识，更能提升嵌入式系统的设计与开发能力，为投身于智能化、物联网化的时代浪潮做好充分准备。