傳感器技術及應用電路項目化教程 錢裕祿 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

基本信息

書名:傳感器技術及應用電路項目化教程

定價：35.00元

售價：24.2元,便宜10.8元,摺扣69

作者:錢裕祿

齣版社：北京大學齣版社

齣版日期：2016-04-01

ISBN：9787301221105

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.341kg

編輯推薦

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內容提要

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本書整體編寫思路是“模塊化 項目化”，模塊化突齣的是以“被測物理量為研究對象”，每個模塊由若乾個項目組成，每個項目以某一個具體傳感器應用設計為依托。本書內容主要包括：現代檢測技術及傳感器基礎知識；典型傳感器及其應用：主要包括超聲波傳感器、光電傳感器、紅外傳感器、霍爾傳感器、氣體傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和智能化數字傳感器等；物聯網與傳感器網；傳感器技術在現代檢測係統中的應用。本書可以作為普通高等學校電子信息工程、自動控製、電子工程、應用電子技術、電氣工程、工業自動化等相關專業的教學用書。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《現代傳感器技術與嵌入式係統設計實戰》 內容梗概： 本書是一本聚焦於現代傳感器技術前沿應用與嵌入式係統深度結閤的實踐教程。全書旨在為讀者構建一個從傳感器原理、選型、接口設計，到嵌入式平颱開發、數據處理與應用實現的全方位知識體係。我們摒棄瞭純理論的枯燥闡述，而是將重點放在項目驅動的實戰訓練上，通過一係列精心設計的典型應用案例，帶領讀者親手實踐，理解傳感器在不同場景下的工作機製，並學會如何將其高效地集成到嵌入式係統中，最終完成功能豐富的智能化解決方案。 本書內容涵蓋瞭從基礎的模擬信號傳感器（如溫度、濕度、光照、壓力等）到進階的數字傳感器（如加速度計、陀螺儀、GPS、圖像傳感器、生物傳感器等），以及物聯網領域日益重要的無綫傳感器網絡（WSN）技術。我們將深入探討每種傳感器的物理原理、電氣特性、精度與誤差分析，以及在實際應用中選擇傳感器時需要考慮的關鍵因素，例如量程、分辨率、響應時間、功耗、成本和環境適應性。 在嵌入式係統設計方麵，本書選擇瞭目前主流的微控製器平颱，如Arduino、STM32係列等，並結閤常用的嵌入式操作係統（如RTOS）和開發工具鏈。讀者將學習如何使用這些平颱采集、處理和傳輸傳感器數據，如何進行低功耗設計，如何實現各種通信協議（如I2C、SPI、UART、CAN、Wi-Fi、Bluetooth、LoRa等），以及如何構建用戶友好的人機交互界麵。 本書最大的特色在於其高度的項目化導嚮。我們精心策劃瞭多個貼近實際需求的典型項目，例如： 智能傢居環境監測係統： 集成溫濕度傳感器、光照傳感器、空氣質量傳感器（如CO2、PM2.5），通過Wi-Fi將數據上傳至雲平颱，並實現手機App遠程查看和控製。 工業設備狀態監測與預警： 利用振動傳感器、溫度傳感器、電流傳感器等，實時監測設備運行狀態，通過CAN總綫或RS485傳輸數據，並在異常時觸發報警。 可穿戴健康監測設備： 集成心率傳感器、血氧傳感器、體溫傳感器、運動傳感器，實現對用戶生理數據的實時采集與分析，並利用藍牙將數據傳輸至智能手機。 無人機姿態控製與導航： 整閤加速度計、陀螺儀、磁力計、GPS模塊，實現無人機的姿態穩定、位置感知與路徑規劃。 農業物聯網解決方案： 部署土壤濕度傳感器、光照傳感器、溫濕度傳感器，實現對農作物生長環境的精準監測與自動化灌溉控製。 每個項目都將包含詳細的硬件選型建議、電路原理圖設計、元器件清單（BOM）、嵌入式代碼實現（包括傳感器驅動、數據采集、算法處理、通信協議棧等）、係統調試與優化方法。我們注重培養讀者獨立分析問題、解決問題的能力，鼓勵讀者在項目的基礎上進行創新和擴展。 內容結構詳解： 第一部分：傳感器基礎理論與實踐 1. 傳感器概述與分類： 傳感器的基本概念、工作原理和重要參數（靈敏度、精度、分辨率、綫性度、遲滯等）。 傳感器的主要分類：按工作原理（電磁、機械、熱、光學、化學、生物等）、按輸齣信號（模擬、數字）、按應用領域（工業、醫療、環境、消費電子等）。 傳感器誤差的來源與減小方法。 2. 常用模擬信號傳感器詳解： 溫度傳感器： 熱敏電阻（NTC/PTC）、熱電偶、集成溫度傳感器（如LM35, DS18B20等）。詳細介紹其工作原理、選型注意事項、與微控製器接口的典型電路設計（如ADC采集）。 濕度傳感器： 電容式濕度傳感器、電阻式濕度傳感器。原理、特性、接口電路設計。 光傳感器： 光敏電阻（LDR）、光電二極管、光電三極管。應用場景（如光照強度測量、避障）、電路設計。 壓力傳感器： 壓阻式、電容式、壓電式。原理、選型（絕壓、錶壓、差壓）、信號調理電路。 力/力矩傳感器： 壓電傳感器、應變片式傳感器。應用（如稱重、力反饋），信號處理。 3. 常用數字信號傳感器詳解： 加速度計與陀螺儀（IMU）： MEMS技術原理，三軸加速度計、三軸陀螺儀的工作原理，數據格式，I2C/SPI接口通信。 磁力計： 霍爾效應傳感器、各嚮異性磁阻（AMR）傳感器。與加速度計、陀螺儀融閤實現電子羅盤。 GPS/GNSS模塊： 工作原理，NMEA協議解析，數據輸齣。 距離傳感器： 超聲波傳感器、紅外測距傳感器、激光雷達（LiDAR）基礎。 圖像傳感器： CCD與CMOS原理，攝像頭模塊接口（如DVP）。 氣體傳感器： 半導體氣體傳感器、電化學氣體傳感器。原理、應用（如VOC、CO、CO2檢測）。 其他數字傳感器： 霍爾開關、編碼器、RFID讀寫模塊等。 第二部分：嵌入式係統平颱與開發 4. 主流嵌入式開發平颱介紹： Arduino生態係統： Arduino Uno, Nano, Mega等開發闆介紹，Arduino IDE使用，基礎語法與編程模型。 STM32微控製器： STM32係列MCU架構，CubeMX配置工具，HAL庫和LL庫的使用，Keil/STM32CubeIDE開發環境。 Raspberry Pi / BeagleBone： Linux嵌入式開發基礎，Python/C++編程，GPIO接口的使用。 5. 嵌入式係統硬件接口與通信： 模擬信號接口： ADC（模數轉換）與DAC（數模轉換）原理，采樣率、分辨率、參考電壓等參數。 數字信號接口： 串行通信： UART/USART（異步串行通信），I2C（同步串行通信），SPI（同步串行通信）。詳細講解通信時序、地址、數據傳輸。 並行通信： GPIO（通用輸入輸齣）的使用。 總綫協議： CAN總綫（控製器局域網）、USB（通用串行總綫）。 無綫通信模塊接口： Wi-Fi（ESP8266/ESP32）、Bluetooth（HC-05/06, BLE）、LoRa（長距離低功耗）。 6. 嵌入式係統軟件開發與調試： 傳感器驅動程序開發： 如何根據傳感器數據手冊編寫高效、可靠的驅動程序。 數據采集與處理： 濾波算法（均值濾波、中值濾波、卡爾曼濾波等），校準算法。 實時操作係統（RTOS）基礎： 任務調度、信號量、消息隊列、事件標誌組等核心概念，FreeRTOS在嵌入式項目中的應用。 嵌入式開發工具鏈： 編譯器、鏈接器、調試器（JTAG/SWD）的使用。 代碼優化與調試技巧： 內存管理、功耗優化、性能分析。 第三部分：項目化應用實踐 7. 智能環境監測與控製項目： 項目目標： 構建一個能夠實時監測室內溫濕度、光照強度、PM2.5指數，並能根據設定閾值自動調節風扇或開啓新風係統的智能傢居終端。 硬件選型： DHT22/SHT30溫濕度傳感器，BH1750光照傳感器，GP2Y10/PMS5003 PM2.5傳感器，ESP32/STM32微控製器，繼電器模塊。 電路設計： 各傳感器與MCU的接口電路，繼電器控製電路。 軟件實現： 溫濕度、光照、PM2.5數據采集與顯示，閾值判斷與控製邏輯，Wi-Fi網絡連接與數據上傳（MQTT協議），簡易Web服務器或App接口。 案例擴展： 加入CO2傳感器，實現遠程報警功能，接入語音助手。 8. 工業振動監測與故障預警係統項目： 項目目標： 實時監測鏇轉機械設備的振動信號，分析振動特徵，識彆潛在的早期故障，並及時發齣預警。 硬件選型： ADXL345/MPU6050加速度計，STM32F4係列微控製器，CAN收發器（若需組網），OLED顯示屏。 電路設計： 加速度計與MCU的SPI/I2C接口，CAN總綫接口電路。 軟件實現： 高采樣率數據采集，FFT（快速傅裏葉變換）分析，特徵提取（如RMS值、峰值），基於閾值或簡單頻譜分析的故障診斷算法，CAN總綫通信實現數據上報或遠程監控。 案例擴展： 集成溫度傳感器，實現多維度狀態監測；開發更復雜的故障診斷模型（如機器學習）。 9. 低功耗可穿戴健康監測原型項目： 項目目標： 設計一款能夠監測心率、運動步數、體溫等基本生理指標的低功耗可穿戴設備原型，並通過藍牙將數據發送至智能手機。 硬件選型： MAX30102（心率/血氧）/MAX32625（心率），ADXL345/LIS3DH（步數/運動），DS18B20/MLX90614（體溫），nRF52832/ESP32-C3（低功耗藍牙MCU）。 電路設計： 各傳感器與MCU的接口電路，天綫設計（若為獨立PCB）。 軟件實現： 低功耗模式下的傳感器數據采集，心率算法（PPG信號處理），步態識彆算法，藍牙BLE協議棧配置與數據透傳（GATT服務/特性），手機App端數據接收與顯示。 案例擴展： 集成GPS進行軌跡記錄；支持OTA（空中下載）固件更新；與雲平颱同步數據。 10. 嵌入式視覺與圖像識彆入門項目： 項目目標： 使用嵌入式攝像頭和微控製器實現簡單的圖像采集與目標識彆功能（如人臉檢測或特定顔色物體識彆）。 硬件選型： OV2640/OV7670攝像頭模塊，STM32F7/H7係列或ESP32-CAM開發闆，SD卡模塊。 電路設計： 攝像頭與MCU的DVP接口，SD卡接口。 軟件實現： 攝像頭驅動開發，圖像采集與格式轉換，簡單的圖像處理算法（如二值化、邊緣檢測），TinyML/CMSIS-NN庫在嵌入式設備上的模型部署與推理（如輕量級人臉檢測模型）。 案例擴展： 實現物體追蹤；與雲端AI服務對接進行更復雜的圖像分析。 第四部分：進階與展望 11. 傳感器網絡與物聯網（IoT）集成： 無綫傳感器網絡（WSN）架構： Zigbee, LoRaWAN等協議在傳感器網絡中的應用。 雲平颱接入： MQTT, CoAP等物聯網通信協議，AWS IoT, Azure IoT, Google Cloud IoT等雲平颱的數據接入與管理。 邊緣計算： 在傳感器節點或網關進行部分數據處理，降低雲端負載。 12. 傳感器技術發展趨勢與未來應用： 微型化、集成化、智能化傳感器。 柔性電子與可穿戴傳感器。 生物傳感器與醫療診斷。 環境監測與智慧城市。 AI與傳感器融閤帶來的新機遇。 本書力求以詳實的技術內容、清晰的結構安排、豐富的項目實踐，為廣大高校師生、電子工程師、嵌入式開發愛好者提供一份寶貴的學習資源。通過本書的學習，讀者不僅能夠掌握現代傳感器技術的核心知識，更能提升嵌入式係統的設計與開發能力，為投身於智能化、物聯網化的時代浪潮做好充分準備。