Использование датчиков в устройствах, эксплуатируемых в различных отраслях деятельности человека

  

Министерство образования Республики Беларусь

УО “Барановичский государственный университет”

 

 

 

 

Контролируемая самостоятельная работа

 по предмету «ЭВМ и периферийные устройства»

 

 

 

 

 

 

 

 

На тему: «Использование датчиков в устройствах, эксплуатируемых в различных отраслях деятельности человека»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

студентка 2-го курса

инженерного факультета  
группы ИСТ-21

Суряпина А.В.

 

 

 

 

 

 

 

2013

Содержание

 

 

 

1. Вступление

Датчик (сенсор, от англ. sensor) — понятие в системах управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал.

Началом истории сенсоров принят конец XIX - начало XX века.

1880 год — создание катарометра, который использовался для определения содержания водорода в водяном паре;

1885 год — создана двухэлектродная ячейка Кольрауша;

1888 год — созданы металлические электроды Нернста и др.:

В конце XIX - начале XX вв. под сенсорами (слово "сенсор" от английского слова sense - чувство, ощущение) понимали портативные устройства для определения химического состава среды. Типичная конструкция сенсора включала чувствительный элемент и преобразователь.

Требования, предъявляемые к датчикам:

- однозначная зависимость выходной величины от входной;

- стабильность характеристик во времени;

- высокая чувствительность;

- малые размеры и масса;

- отсутствие обратного  воздействия на контролируемый  процесс и на контролируемый  параметр;

- работа при различных условиях эксплуатации;

- различные варианты монтажа.

Актуальность работы : В настоящее время различные датчики широко используются при построении систем автоматизированного управления.

Обойтись без датчиков сегодня почти невозможно, они необходимы во всех областях, где значение имеют точные цифровые показатели — от парфюмерной промышленности до ядерной энергетики. 

Цель работы: раскрыть понятие «датчик», рассмотреть его применение в различных сферах деятельности человека.

 

 Основная часть

1. Использование датчиков в устройствах, эксплуатируемых в различных отраслях деятельности человека.

1.1 Датчики в мобильных  телефонах.

Рассматривать датчики мобильных телефонов начнем с акселерометра. Пожалуй, это самый старый датчик в мобильном мире. Формально акселерометр - это измеритель ускорения, то есть датчик движения, который фиксирует положение устройства в воздухе. Начальные версии акселерометра использовались для управление движением в играх. То есть, можно было поворачивать машину поворотом телефона. Такая технология была реализована в мобильном телефоне Samsung E750. Затем, последовав примеру, компания Sony Ericsson выпустила целую линию телефонов, где акселерометр служил в качестве шагомера. Но к сожалению эти телефоны небыли востребованы публикой и не получили широкий спрос. Но позже популярность акселерометру принес iPhone 4 от компании Apple, где была реализована возможность поворачивать изображение на экране поворотом телефона. Правда, поначалу, данная инновация была не столь надежна, и владельцам приходилось производить ремонт iPhone 4, из-за такой, казалось бы, пустяковой функции уже через несколько месяцев пользования данным аппаратом. Сейчас же акселерометр используется почти во всех новых моделях смартфонов Apple. Реализованы функции выключения звука в аппарате при повороте экрана вниз, изменение громкости, и фиксации ориентации фотографий.

Сейчас же акселерометр используется достаточно широко, к примеру, в ноутбуках - предотвращая потерю информации жесткого диска, блокируя его работу. А в автомобилях служит для срабатывания подушек безопасности при ударе.

Гироскоп - впервые он пришел в мобильный мир с телефоном iPhone 4, хотя раньше он использовался в самолетостроении и в цифровых фотоаппаратах. Гироскоп намного точнее, чем акселерометр. Он фиксирует изменение углов сразу по всем осям. В работе гироскоп станет незаменимой вещью для геймера. При его использовании, поднимая смартфон вверх, мы теперь будем видеть игровое небо, а опуская - землю.

После прихода в наш мир GPS-приемников к нам пришли и цифровые компасы. К сожалению, в нашу эпоху в эпоху развития GPS и навигационных технологий от этого компаса будет очень мало толку. Вряд ли сейчас нет карт для городов и сел, они разве что не выпускаются для лесов, поэтому такой компас пригодится только в экстренных и очень редких случаях. Однако, на практике компас себя показал довольно таки не плохо. Также компас незаменим для некоторых игр и программ, например Layar (браузер дополненной реальности).

 

Датчики света сейчас очень популярны в телефонах Nokia. Датчик освещенности помогает устанавливать оптимальные значения яркости и контрастности, соответствующие уровню окружающего освещения. Датчик позволяет увеличить продолжительность работы от батареи и повышает комфортность использования телефона.

Датчик приближения - позволяет определить приближение объекта без физического контакта с ним, например, во время разговора, когда мы подносим телефон к уху, сенсорный экран блокируется, тем самым, предотвращая случайные нажатия. После разговора, когда вы убираете телефон от уха экран автоматически разблокируется. Так же такой телефон можно спокойно класть в карман или чехол, не боясь случайных вызовов и лишних затрат.

1.2 Автомобильные датчики.

Электронные системы управления современного автомобиля немыслимы без датчиков. Автомобильные датчики оценивают значения неэлектрических параметров и преобразуют их в электрические сигналы. В качестве сигнала выступает напряжение, ток, частота и др. Сигналы преобразуются в цифровой код и передаются в электронный блок управления, который в соответствии с заложенной программой приводит в действие исполнительные механизмы.

Датчики применяются практически во всех системах автомобиля. В двигателе они измеряют температуру и давление воздуха, топлива, масла, охлаждающей жидкости. Ко многим движущимся частям подключены датчики положения и скорости. Большое количество датчиков используется в системах активной безопасности.

Датчики парковки предназначены для безопасной парковки автомобилей в тесных городских условиях. На выпускаемые в последнее время автомобили многими автопроизводителями устанавливается парковочный пилот, или система парковки. В основную составляющую этой системы входят четыре датчика парковки, установленные в переднем и заднем бамперах автомобиля.

Датчики парковки измеряют расстояние от автомобиля до препятствия спереди или сзади и подают звуковой сигнал водителю в салоне автомобиля. Система определяет в какую сторону движется автомобиль, и вычисляет расстояние до ближайшего препятствия в сторону движения. При выключенном зажигании датчики парковки не работают. Имеется ограничение и в скорости - при движении автомобиля более 25 км. час датчики системы так-же перестают работать.

При приближении автомобиля к препятствию спереди или сзади, в салоне автомобиля слышен всё уменьшающийся по интервалу периодический звуковой сигнал. С уменьшением расстояния до препятствия интервал между сигналами становится всё короче, а уже на расстоянии менее 30 см звуковой сигнал подаваемый датчиками становится непрерывным.

 

 

Датчик положения коленчатого вала (ДКВ) — электромагнитный (индукционный), предназначен для синхронизации работы блока управления с верхней мертвой точкой поршней 1-го и 4-го цилиндров и угловым положением коленчатого вала двигателя. Задающий диск представляет собой зубчатое колесо с 60 зубьями, из которых 2 пропущены для синхронизации.

Датчик температуры двигателя (ДТД). Выполнен на основе термистора с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Определяет температуру двигателя опосредованно, путем измерения температуры охлаждающей жидкости.

Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ) — устройство, предназначенное для оценки количества воздуха, поступающего в двигатель автомобиля. Является одним из датчиков электронных систем управления двигателем автомобиля с впрыском топлива. Датчик массового расхода воздуха может применяться совместно с датчиками температуры воздуха и атмосферного давления, которые корректируют его показания.

Датчик скорости автомобиля (ДСА). Выдает импульсный сигнал с частотой, пропорциональной скорости автомобиля. Контроллер в ЭБУ-Д использует сигнал от ДСА для управления коробкой передач и отключения топливоподачи при недопустимо высокой скорости автомобиля.

1.3 Датчики в медицине.

Датчики (в медицине) — специальные технические устройства, преобразующие одни физические явления в другие в эквивалентных величинах.

 В медицине и биологии  чаще применяют датчики, преобразующие  механическое смещение, интенсивность  света, температуру и другие физические  величины в электрические сигналы. Датчики обычно малого размера, небольшого веса, дают возможность  вести телеметрические наблюдения  и регистрацию, позволяют измерять  малые и быстро меняющиеся  величины. Все датчики по конструкции  и принципу преобразования входного  сигнала в электрический делятся на динамические и статические.

Среди динамических датчиков широко используются пьезоэлектрические и электродинамические. Пьезоэлектрические датчики используют для регистрации различных процессов, связанных с перемещением и вибрацией частей тела (пневмография, пульсография, механокардиография, сфигмография). К динамическим датчикам относится и термопара, используемая для измерения температуры органов и тканей.

 Электродинамические датчики используют для регистрации различного рода перемещений частей тела (баллистокардиография, динамокардиография).

 Статические датчики, в отличие от динамических, имеют внешний источник питания. Являясь управляемым элементом электрической цепи, они преобразовывают незначительное воздействие от объекта в большой выходной электрический сигнал. Управляемыми элементами схемы могут быть сопротивление, индуктивность и емкость. В соответствии с этим различают датчики резисторные (омические), индуктивные и емкостные.

 К омическим датчикам относятся угольный микрофон; тензометр для регистрации напряжений; термистор для регистрации температуры. В устройстве последнего использован принцип изменения сопротивления окислов некоторых тяжелых металлов при перемене температуры, что позволяет определять ее с высокой степенью точности.

 Чаще всего используют емкостные датчики, обладающие высокой чувствительностью к различного рода перемещениям и работающие на изменении емкости конденсатора при изменении расстояния между его пластинами. Ими пользуются для регистрации различных перемещений, возникающих в органах и тканях,— перемещения конечностей, движения крови по сосудам, кровяного давления.

 К особым видам датчиков  относятся механоэлектронный — и оптикоэлектронный — фотоэлектрический, основанные на изменении плотности потока электронов между электродами электронной лампы или транзистора. Они очень чувствительны и используются для регистрации механических колебаний очень малой амплитуды (пульсация клеток, колебания стенок капилляров).

1.4 Датчики для дома.

Умный дом (англ. smart home) — жилой дом современного типа, организованный для проживания людей при помощи автоматизации и высокотехнологичных устройств.

Основные датчики для дома: датчики движения; датчики уровня освещения, инфракрасные датчики и др.

 Практически вся часть  управления, осуществляемая через  датчики для умного дома, происходит  благодаря датчикам движения. Они считывают информацию о передвижении людей в доме и делают заявку главному компьютеру об изменении уровня освещенности помещения, управлении мультимедийным оборудованием, несанкционированном проникновении в дом и т.п. Датчики движения работают таким образом, что считывание информации происходит только в том случае, если по дому перемещается человек, если ваша собака решит ночью попить воды, не беспокойтесь, умный дом не включит везде свет.

 Внешний вид датчиков  движения можно подобрать так, что они идеально впишутся в интерьер. Можно вообще сделать их незаметными. В основном датчики движения устанавливают на потолок или стены, также на двери и окна, на случай, если кто-то забыл их закрыть, или же в отсутствие хозяина кто-то захочет попасть в дом. Угол обзора датчиков варьируется от 90 до 360 градусов. Для установки датчики для умного дома подбираются согласно целевому назначению. Например, в ванной стоит установить на потолок датчик с углом обзора 360 градусов, а в дверном проеме в кладовку можно установить датчик с меньшим углом обзора.

 Датчики освещенности запрограммированы на определенный уровень освещения с учетом времени суток. Датчик считывает информацию об уровне света в помещении, сверяет с заданным ему значением для данного времени суток и, соответственно, добавляет или убавляет количество света.

 Инфракрасные датчики для умного дома производят контроль температуры в доме. Они также могут быть запрограммированы на определенное время суток, т.е. в ночное время, и в то время, когда хозяева дома находятся на работе, снижают температуру воздуха в доме, а потом заблаговременно ее поднимают.

2.  Благодаря датчикам осуществляется передача данных, согласно которой и происходит практически все управление домом по заданной его хозяином программе.  
   Заключение

Техника конструирования и применения датчиков, или, как ее можно кратко назвать, сенсорика, за последние годы развилась в самостоятельную ветвь измерительной техники. С ростом автоматизации к датчикам физических параметров стали предъявляться все более высокие требования.

Датчики информируют о состоянии внешней среды путем взаимодействия с ней и преобразования реакции на это взаимодействие в электрические сигналы. Существует множество явлений и эффектов, видов преобразования свойств и энергии, которые можно использовать для создания датчиков.

Различные датчики успешно применяются во многих сферах деятельности человека: медицина, спорт, машиностроение, акустика, наука, промышленность; Ими оснащены мобильные телефоны, автомобили, дома, фотоаппараты, ноутбуки, железнодорожный транспорт и многое другое.

 

 

3. Литература
1. http://ru.wikipedia.org/wiki/Датчик
2. http://traditio-ru.org/wiki/Датчик
3. http://mycompplus.ru/news/51-mobail/792-pro-datchiki-v-mobilnykh-tjeljefonakh.html
4. http://systemsauto.ru/electric/automotive_sensors.html
5. http://avido.pro/product/datchiki-parktronika/
6. http://autochoice.ru/component/content/article/86-diagnostika-opisanie-auto?start=1
7. http://www.medical-enc.ru/5/datchiki.shtml
8. http://hi-tech-home.ru/datchiki-dlja-umnogo-doma.html