信息科学与技术导论之信息获取(第三讲)

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1、第三讲信息获取原理及相关技术 n n信信息息获获取取是是一一切切生生物物在在自自然然界界能能够够生生存存所所不不可可缺缺少少的的基基本本环环节节，生生物物如如不不能能从从外外界界感感知知信信息息，就就不不能能适适当当地地调调整整自自己己的的状状态态，进进而而改改善善与与外外界界的的关关系系来来适适应应其其变变化化。可可以以说说从从外外界界获获取取信信息息和和利利用用信信息息的的能能力力是是一一切切生生物物得得以以生生存存的的必要条件，生物越高级，摄取信息的能力就越高。必要条件，生物越高级，摄取信息的能力就越高。n n如如信信息息过过程程模模型型所所描描述述，对对于于一一个个信信息息系系统统，信

2、信息息获获取取是是首首要要的的工工作作，只只有有充充分分获获得得了了各各种种信信息息，系系统统才才能能根根据据需需要进行有效的工作。要进行有效的工作。3.1 3.1 引言引言3.1 3.1 引言（续引言（续1 1）n n问题:对包罗万象的“信息”，人工系统如何才能有效获取？或者说如何才能转变成载体所能携带的信号形式？信息的获取方法信息的获取方法n n信息获取的第一步就是信息的信息获取的第一步就是信息的“感知感知”，也就是，也就是“感受感受”事物运动状态及其变化方式的形式，感觉并知道这种事物运动状态及其变化方式的形式，感觉并知道这种形式的存在。对于人类而言，信息感知的功能是由人的形式的存在。对于

3、人类而言，信息感知的功能是由人的感觉器官来承担的。感觉器官来承担的。n n可是，人类感觉器官存在着一些天然的缺陷，使人的感可是，人类感觉器官存在着一些天然的缺陷，使人的感知功能在感受域、灵敏度和可信度上存在一定的局限，知功能在感受域、灵敏度和可信度上存在一定的局限，因此，我们需要根据信息感知的原理去研制具有更优异因此，我们需要根据信息感知的原理去研制具有更优异性能的人工感知系统，扩展和完善人类感知信息的能力性能的人工感知系统，扩展和完善人类感知信息的能力.信息来源的主要途径信息来源的主要途径信息来源的主要途径信息来源的主要途径 (1)(1)(1)(1)直直直直接接接接获获获获取取取取信信信信息

4、息息息。直直直直接接接接获获获获取取取取信信信信息息息息主主主主要要要要是是是是通通通通过过过过人人人人的的的的感感感感官官官官与与与与事事事事物物物物接接接接触触触触，使使使使事事事事物物物物的的的的面面面面貌貌貌貌和和和和特特特特征征征征在在在在人人人人的的的的大大大大脑脑脑脑中中中中留留留留下下下下印印印印象象象象，这这这这是人们认识事物的重要渠道之一是人们认识事物的重要渠道之一是人们认识事物的重要渠道之一是人们认识事物的重要渠道之一 (2)(2)(2)(2)间间间间接接接接获获获获取取取取信信信信息息息息。间间间间接接接接获获获获取取取取信信信信息息息息就就就就是是是是用用用用科科科科

5、学学学学的的的的分分分分析析析析研研研研究究究究方方方方法法法法，鉴鉴鉴鉴别别别别和和和和挖挖挖挖掘掘掘掘出出出出隐隐隐隐藏藏藏藏在在在在表表表表象象象象背背背背后后后后的的的的信信信信息息息息。例例例例如如如如，通通通通过过过过人人人人与与与与人人人人之之之之间间间间的的的的沟沟沟沟通通通通，查查查查阅阅阅阅书书书书刊刊刊刊资资资资利利利利、广广广广播播播播电电电电视视视视、影影影影视视视视资资资资料料料料、电子读物等获取的信息。电子读物等获取的信息。电子读物等获取的信息。电子读物等获取的信息。3.1 3.1 引言（续引言（续2 2）信息获取的首要环节是信息的信息获取的首要环节是信息的信息获

6、取的首要环节是信息的信息获取的首要环节是信息的“感知感知感知感知”信信息息的的“感感知知”，即即感感知知外外部部世世界界或或事事物物运运动动的的状状态态及及其其变变化化的的方方式式，或或者者说说是是通通过过客客体体事事物物与与认认识识主主体体的的相相互互作作用用把把事事物物的的本本体体信信息息转转变变为为信信息息系系统统所所能能处处理理的的信信息息。就就信信息息的的“感感感感知知知知”而而言言，它它只只“感感受受”到到了了事事物物运运动动状状态态及及状状态态变变化化方方式式的的形形式式，并并不不“知知晓晓”事物运动状态及其变化方式的逻辑含义和效用价值。事物运动状态及其变化方式的逻辑含义和效用价

7、值。3.31 3.31 引言引言（续（续3 3）信息感知的基本机制信息感知的基本机制信息感知的基本机制信息感知的基本机制n n信息感知的基本机制在于要有某种组织或器官（在人信息感知的基本机制在于要有某种组织或器官（在人工系统则是某种器件或系统）能够灵敏地感受到某种工系统则是某种器件或系统）能够灵敏地感受到某种事物运动的状态及其变化的方式，也就是说，要有某事物运动的状态及其变化的方式，也就是说，要有某种组织或器件，能够在某种事物运动状态及其变化方种组织或器件，能够在某种事物运动状态及其变化方式的刺激下产生相应的响应，而且，这种刺激与响应式的刺激下产生相应的响应，而且，这种刺激与响应关系应当满足一

8、定的条件。关系应当满足一定的条件。3.1 3.1 引言引言（续（续4 4）人类感知机制人类感知机制n n分分析析和和实实验验都都表表明明，虽虽然然人人的的感感觉觉器器官官在在感感知知外外部部事事物物的的信信息息方方面面具具有有十十分分精精巧巧的的工工作作机机制制，但同时也存在一些天然的缺陷，这主要表现在：但同时也存在一些天然的缺陷，这主要表现在：感知区域有限；感知区域有限；敏感度有限；敏感度有限；分辨力不高。分辨力不高。人人 眼眼 仅仅 能能 感感 受受 到到 波波 长长 为为380780nm380780nm的的可可见见光光，人人耳耳也也只只能能对对20HZ20KHZ20HZ20KHZ范范围围

9、的音频具有相应能力的音频具有相应能力3.1 3.1 引言引言（续（续5 5）信息感知的过程和实现技术信息感知的过程和实现技术信息感知的过程和实现技术信息感知的过程和实现技术n n感知过程感知过程 感知单元感知单元 表示单元表示单元对事物运动的状态及其变化方对事物运动的状态及其变化方式高度敏感，能够产生与式高度敏感，能够产生与“事事物运动状态及其变化方式物运动状态及其变化方式”相相对应的实际响应。对应的实际响应。把感知单元的实际输出响应通把感知单元的实际输出响应通过适当的方式表示出来，便于过适当的方式表示出来，便于观察、处理和利用。观察、处理和利用。3.1 3.1 引言引言（续（续6 6）信息感

10、知的过程和实现技术信息感知的过程和实现技术信息感知的过程和实现技术信息感知的过程和实现技术 研究结果表明人类视觉、听觉、嗅觉、触觉等感知的研究结果表明人类视觉、听觉、嗅觉、触觉等感知的研究结果表明人类视觉、听觉、嗅觉、触觉等感知的研究结果表明人类视觉、听觉、嗅觉、触觉等感知的相应是以神经生理电信号表示的，问题：相应是以神经生理电信号表示的，问题：相应是以神经生理电信号表示的，问题：相应是以神经生理电信号表示的，问题：机器感知系统的敏感单元响应能机器感知系统的敏感单元响应能机器感知系统的敏感单元响应能机器感知系统的敏感单元响应能否也用电信号表示否也用电信号表示否也用电信号表示否也用电信号表示?答

11、案是肯定的，机器感知敏感单元响应不仅可以表示成电信号还可以表示成光信号。但表示成电信号有无与伦比的优势。3.1 3.1 引言引言信息感知的过程和实现技术信息感知的过程和实现技术信息感知的过程和实现技术信息感知的过程和实现技术n n实现技术实现技术实现技术实现技术 感知单元实现感知单元实现感知单元实现感知单元实现 表示单元实现表示单元实现表示单元实现表示单元实现 为了感知可视的、可闻的、可嗅的为了感知可视的、可闻的、可嗅的等信息等信息就需要采用多种传感器。如温度传感器，气就需要采用多种传感器。如温度传感器，气体传感器、湿度传感器体传感器、湿度传感器表表示示单单元元往往往往都都把把感感知知单单元元

12、的的输输出出响响应应转转换换为为电电信信号号或或光光信信号号的的形形式式。在在这这个个意意义义上上，表表示示单单元元可可以以被被理理解解为为“换换能能器器”：非非电电（光）变化转换为电（光）变化。（光）变化转换为电（光）变化。3.2 3.2 感知技术感知技术 n n3.2.1 非电量电测n n3.2.2 信号处理n n3.2.3 测量3.2.1 3.2.1 非电量电测非电量电测n n人们对工业、农业、医学、航空、航天、航海等各行各业人们对工业、农业、医学、航空、航天、航海等各行各业中的很多中的很多“量量”感兴趣，但这些量绝大多数都是非电量，感兴趣，但这些量绝大多数都是非电量，如机械量（位移、尺

13、寸、力、振动、速度等），热工量如机械量（位移、尺寸、力、振动、速度等），热工量（温度、压力、流量等），成分量（化学成分、浓度等）（温度、压力、流量等），成分量（化学成分、浓度等）和状态量（颜色、透明度、磨损量、裂纹等），要想将它和状态量（颜色、透明度、磨损量、裂纹等），要想将它们表示成电参数以便测量，就涉及到们表示成电参数以便测量，就涉及到非电量电测技术非电量电测技术非电量电测技术非电量电测技术。3.2.1 3.2.1 非电量电测非电量电测 将被测的非电量变换成电量的装置称为传感器将被测的非电量变换成电量的装置称为传感器（SensorSensor）。也称为换能器、发送器、传送器、变送器、）。也

14、称为换能器、发送器、传送器、变送器、检测器、探头。检测器、探头。n n传感器的任务传感器的任务传感器的任务传感器的任务n n传感技术的重要性传感技术的重要性传感技术的重要性传感技术的重要性 传感技术作为信息获取与信息转换的重要手段，是信息传感技术作为信息获取与信息转换的重要手段，是信息科学最前端的一个阵地，信息系统离开了传感器就像人失科学最前端的一个阵地，信息系统离开了传感器就像人失去了视、听、嗅、触觉。去了视、听、嗅、触觉。传感器传感器非电物理量电物理量传感器具有多种分类方法传感器具有多种分类方法传感器具有多种分类方法传感器具有多种分类方法n n按工作机理分类：物理型、化学型、生物型等；按工

15、作机理分类：物理型、化学型、生物型等；n n根据能量转换情况分类：能量控制型传感器和能量转换根据能量转换情况分类：能量控制型传感器和能量转换型传感器。型传感器。n n按照传感器的用途分类：位移、压力、振动、温度等传按照传感器的用途分类：位移、压力、振动、温度等传感器。感器。n n根据转换过程可逆与否分类：单向和双向。根据转换过程可逆与否分类：单向和双向。n n根据传感器输出信号分类：模拟信号和数字信号。根据传感器输出信号分类：模拟信号和数字信号。n n根据传感器使用电源与否分类：有源传感器和无源传感根据传感器使用电源与否分类：有源传感器和无源传感器。器。n n按照物理原理分类；可分为十种：按照

16、物理原理分类；可分为十种：电参量式传感器：电阻式、电感式、电容式等；电参量式传感器：电阻式、电感式、电容式等；磁电式传感器：磁电感应式、霍尔式、磁栅式等；磁电式传感器：磁电感应式、霍尔式、磁栅式等；压电式传感器：声波传感器、超声波传感器；压电式传感器：声波传感器、超声波传感器；光电式传感器：一般光电式、光栅式、激光式、光光电式传感器：一般光电式、光栅式、激光式、光 电码盘式、光导纤维式、红外式、摄像式等；电码盘式、光导纤维式、红外式、摄像式等；力电式传感器：电位器式、应变式；力电式传感器：电位器式、应变式；热电式传感器：热电偶、热电阻；热电式传感器：热电偶、热电阻；波式传感器：超声波式、微波式

17、等；波式传感器：超声波式、微波式等；射线式传感器：热辐射式、射线式传感器：热辐射式、射线式；射线式；半导体式传感器：霍耳器件、热敏电阻；半导体式传感器：霍耳器件、热敏电阻；其他原理的传感器：差动变压器、振弦式等。其他原理的传感器：差动变压器、振弦式等。3.2.1 3.2.1 非电量电测非电量电测n n传感器的组成传感器的组成传感器的组成传感器的组成敏感元件传感元件变换元件敏感元件：敏感元件：对待测的非电量敏感，敏感元件种类很多，对待测的非电量敏感，敏感元件种类很多，根据其感知外界信息的原理可分为：根据其感知外界信息的原理可分为：（1 1）物理类）物理类:基于力、热、光、电、磁和声等物理效应；基

18、于力、热、光、电、磁和声等物理效应；（2 2）化学类：基于化学反应的原理；）化学类：基于化学反应的原理；（3 3）生物类：基于酶、抗体和激素等分子识别能力。）生物类：基于酶、抗体和激素等分子识别能力。根据传感器的基本感知功能可分为热敏、光敏、气敏、力根据传感器的基本感知功能可分为热敏、光敏、气敏、力敏、磁敏、湿敏、声敏、色敏和味敏元件等。敏、磁敏、湿敏、声敏、色敏和味敏元件等。3.2.1 3.2.1 非电量电测非电量电测传感元件传感元件传感元件传感元件:将一种非电量转换为另一种非电量。将一种非电量转换为另一种非电量。将一种非电量转换为另一种非电量。将一种非电量转换为另一种非电量。变换元件：变换

19、元件：变换元件：变换元件：将非电量转换为电量。将非电量转换为电量。将非电量转换为电量。将非电量转换为电量。对有些传感器，可能不需要传感元件；有些传感器传对有些传感器，可能不需要传感元件；有些传感器传对有些传感器，可能不需要传感元件；有些传感器传对有些传感器，可能不需要传感元件；有些传感器传感元件不只一个，可能要经过若干次传感转换；还有一些感元件不只一个，可能要经过若干次传感转换；还有一些感元件不只一个，可能要经过若干次传感转换；还有一些感元件不只一个，可能要经过若干次传感转换；还有一些传感器，上述三单元是三位一体的，即一个元件就可以直传感器，上述三单元是三位一体的，即一个元件就可以直传感器，上

20、述三单元是三位一体的，即一个元件就可以直传感器，上述三单元是三位一体的，即一个元件就可以直接将非电量转换为电量。接将非电量转换为电量。接将非电量转换为电量。接将非电量转换为电量。3.2.1 3.2.1 非电量电测非电量电测n n物理效应和传感原理物理效应和传感原理物理效应和传感原理物理效应和传感原理 （1 1 1 1）磁电传感；（回忆所熟悉的有关定理）磁电传感；（回忆所熟悉的有关定理）磁电传感；（回忆所熟悉的有关定理）磁电传感；（回忆所熟悉的有关定理）（2 2 2 2）光电传感；）光电传感；）光电传感；）光电传感；（3 3 3 3）力电传感；）力电传感；）力电传感；）力电传感；（4 4 4 4

21、）热电传感；）热电传感；）热电传感；）热电传感；等等等等能举一些例子么能举一些例子么?1.1.磁电传感主要原理如下：磁电传感主要原理如下：磁电传感主要原理如下：磁电传感主要原理如下：n n电磁感应定理：电磁感应定理：电磁感应定理：电磁感应定理：当穿过导电回路所包围的面积的磁通量当穿过导电回路所包围的面积的磁通量发生变化时，回路中就有感应电动势产生，感应电动势发生变化时，回路中就有感应电动势产生，感应电动势的大小与磁通量对时间的变化率的负值成正比。的大小与磁通量对时间的变化率的负值成正比。n n磁阻效应：磁阻效应：磁阻效应：磁阻效应：若给通以电流的金属或半导体材料的薄片施若给通以电流的金属或半导

22、体材料的薄片施加与电流垂直或平行的外磁场，其电阻值就增加。这种加与电流垂直或平行的外磁场，其电阻值就增加。这种现象称为磁致电阻变化效应，简称为磁阻效应。现象称为磁致电阻变化效应，简称为磁阻效应。n n霍耳效应：霍耳效应：霍耳效应：霍耳效应：通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁场通电的导体或半导体，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势的现象。的方向上将产生电动势的现象。n n电涡流效应：电涡流效应：电涡流效应：电涡流效应：当导体置于交变磁场或在磁场中运动时，当导体置于交变磁场或在磁场中运动时，根据电磁感应定理导体上会产生感生电流，此电流在导根据电磁感应定理导体上会产生感生电流，此电流在导体内闭

23、合，称为涡流。体内闭合，称为涡流。2.2.光电传感原理：光电传感原理：光电传感原理：光电传感原理：n n物质在光的作用下，光敏物质中的电子直接吸收光子的能量足以克物质在光的作用下，光敏物质中的电子直接吸收光子的能量足以克物质在光的作用下，光敏物质中的电子直接吸收光子的能量足以克物质在光的作用下，光敏物质中的电子直接吸收光子的能量足以克服原子核的束缚时，电子就会从基态被激发到高能态，脱离原子核服原子核的束缚时，电子就会从基态被激发到高能态，脱离原子核服原子核的束缚时，电子就会从基态被激发到高能态，脱离原子核服原子核的束缚时，电子就会从基态被激发到高能态，脱离原子核的束缚，在外电场作用下参与导电，

24、因而产生了光电效应。根据这的束缚，在外电场作用下参与导电，因而产生了光电效应。根据这的束缚，在外电场作用下参与导电，因而产生了光电效应。根据这的束缚，在外电场作用下参与导电，因而产生了光电效应。根据这些原理，可以制成多种光电传感器，如：些原理，可以制成多种光电传感器，如：些原理，可以制成多种光电传感器，如：些原理，可以制成多种光电传感器，如：CCDCCDCCDCCD摄像机，数码相机，自摄像机，数码相机，自摄像机，数码相机，自摄像机，数码相机，自动冲水机、路灯控制器、光电计数器、烟雾报警器等动冲水机、路灯控制器、光电计数器、烟雾报警器等动冲水机、路灯控制器、光电计数器、烟雾报警器等动冲水机、路灯

25、控制器、光电计数器、烟雾报警器等n n由于物质的结构和物理性能不同，以及光和物质的作用条件不同，由于物质的结构和物理性能不同，以及光和物质的作用条件不同，由于物质的结构和物理性能不同，以及光和物质的作用条件不同，由于物质的结构和物理性能不同，以及光和物质的作用条件不同，在光子作用下产生的载流子就有不同的规律，因而导致了不同的光在光子作用下产生的载流子就有不同的规律，因而导致了不同的光在光子作用下产生的载流子就有不同的规律，因而导致了不同的光在光子作用下产生的载流子就有不同的规律，因而导致了不同的光电效应。即：电效应。即：电效应。即：电效应。即：3.3.力电传感力电传感力电传感力电传感：主要是利

26、用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速主要是利用敏感元件和变阻器把力学信号（位移、速度、加速度等）转化为电学信号（电压、电流等）的仪度、加速度等）转化为电学信号（电压、电流等）的仪器。其应用到的主要原理如下：器。其应用到的主要原理如下：n n应变效应应变效应应变效应应变效应：当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。n n压阻效应压阻效应压阻效应压阻效应：单晶硅材料在受到应力作用后，其电阻率发单晶硅材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象被称为压阻效

27、应。生明显变化，这种现象被称为压阻效应。n n压电效应压电效应压电效应压电效应：一些离子型晶体的电介质，当沿着一定方向一些离子型晶体的电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就会产生极化现象，同时对其施力而使它变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态；当作用力方向改变时，电荷又重新恢复到不带电状态；当作用力方向改变时，电荷极性也随着改变；这种现象称为（正）压电效应。极性也随着改变；这种现象称为（正）压电效应。n n。3.2.2 3.2.2 电信号处理电路电信号处理电路n

28、n问题的提出问题的提出问题的提出问题的提出:很多敏感元件通常将非电量的变化转变为常见电子元很多敏感元件通常将非电量的变化转变为常见电子元很多敏感元件通常将非电量的变化转变为常见电子元很多敏感元件通常将非电量的变化转变为常见电子元件（电阻、电容、电感）参数的变化，但由于变化很微弱，件（电阻、电容、电感）参数的变化，但由于变化很微弱，件（电阻、电容、电感）参数的变化，但由于变化很微弱，件（电阻、电容、电感）参数的变化，但由于变化很微弱，通常导致转变后的电信号很微弱，不便于信息的传输和利通常导致转变后的电信号很微弱，不便于信息的传输和利通常导致转变后的电信号很微弱，不便于信息的传输和利通常导致转变后

29、的电信号很微弱，不便于信息的传输和利用，还需要相应的电路对信号进行放大、去噪等处理；还用，还需要相应的电路对信号进行放大、去噪等处理；还用，还需要相应的电路对信号进行放大、去噪等处理；还用，还需要相应的电路对信号进行放大、去噪等处理；还有一些传感器需要施以外加的激励才能正常工作。解决以有一些传感器需要施以外加的激励才能正常工作。解决以有一些传感器需要施以外加的激励才能正常工作。解决以有一些传感器需要施以外加的激励才能正常工作。解决以上问题都需要适当的电子线路技术，因此，上问题都需要适当的电子线路技术，因此，上问题都需要适当的电子线路技术，因此，上问题都需要适当的电子线路技术，因此，信息感知技术

30、信息感知技术信息感知技术信息感知技术涉及大量的电子线路方面的知识和相关技术。涉及大量的电子线路方面的知识和相关技术。涉及大量的电子线路方面的知识和相关技术。涉及大量的电子线路方面的知识和相关技术。3.2.3 测量n n测量的意义测量的意义测量的意义测量的意义 信息的获取是通过对电量的测量来完成的。而测量是对被信息的获取是通过对电量的测量来完成的。而测量是对被信息的获取是通过对电量的测量来完成的。而测量是对被信息的获取是通过对电量的测量来完成的。而测量是对被测对象的量值而进行的处理过程。当今信息时代，测量技测对象的量值而进行的处理过程。当今信息时代，测量技测对象的量值而进行的处理过程。当今信息时

31、代，测量技测对象的量值而进行的处理过程。当今信息时代，测量技术已渐趋成熟，微电子与计算机技术的进步为电测技术提术已渐趋成熟，微电子与计算机技术的进步为电测技术提术已渐趋成熟，微电子与计算机技术的进步为电测技术提术已渐趋成熟，微电子与计算机技术的进步为电测技术提供了十分先进的手段，为自动检测和控制开辟了新的途径。供了十分先进的手段，为自动检测和控制开辟了新的途径。供了十分先进的手段，为自动检测和控制开辟了新的途径。供了十分先进的手段，为自动检测和控制开辟了新的途径。人们可以通过传感器将各种非电量转换为电量进行测量。人们可以通过传感器将各种非电量转换为电量进行测量。人们可以通过传感器将各种非电量转

32、换为电量进行测量。人们可以通过传感器将各种非电量转换为电量进行测量。电测量通常包含以下几个方面：电测量通常包含以下几个方面：电测量通常包含以下几个方面：电测量通常包含以下几个方面：（1 1 1 1）电流、电压、电功率；）电流、电压、电功率；）电流、电压、电功率；）电流、电压、电功率；（2 2 2 2）信号的特性及所受干扰的测量，如信号的波形和失）信号的特性及所受干扰的测量，如信号的波形和失）信号的特性及所受干扰的测量，如信号的波形和失）信号的特性及所受干扰的测量，如信号的波形和失真率、频率、相位、信躁比等；真率、频率、相位、信躁比等；真率、频率、相位、信躁比等；真率、频率、相位、信躁比等；（3

33、 3 3 3）元件和电路参数的测量，如电阻、电感、电容、电）元件和电路参数的测量，如电阻、电感、电容、电）元件和电路参数的测量，如电阻、电感、电容、电）元件和电路参数的测量，如电阻、电感、电容、电子器件、集成电路、衰减和增益、相位移、时延的测量等。子器件、集成电路、衰减和增益、相位移、时延的测量等。子器件、集成电路、衰减和增益、相位移、时延的测量等。子器件、集成电路、衰减和增益、相位移、时延的测量等。图图 2 2 传感器组成框图传感器组成框图 频谱分析仪 手持示波表有效值电压表 取样示波器7.5位直流电压表信息获取技术所涉及的课程信息获取技术所涉及的课程n n电路分析基础电路分析基础n n模拟

34、电子线路模拟电子线路n n数字电路技术数字电路技术n n信号与系统信号与系统n n电子测量电子测量n n数字信号处理数字信号处理n n等等一个燃气报警器的例子一个燃气报警器的例子 燃气报警器燃气报警器燃气报警器燃气报警器,即燃气及有毒气体报警器，用于对煤气、即燃气及有毒气体报警器，用于对煤气、即燃气及有毒气体报警器，用于对煤气、即燃气及有毒气体报警器，用于对煤气、天然气等气体的泄漏及时作出报警。当感应有燃气泄漏时，天然气等气体的泄漏及时作出报警。当感应有燃气泄漏时，天然气等气体的泄漏及时作出报警。当感应有燃气泄漏时，天然气等气体的泄漏及时作出报警。当感应有燃气泄漏时，即发出报警声，并自动启动排

35、风扇排出气体，警情排除后自即发出报警声，并自动启动排风扇排出气体，警情排除后自即发出报警声，并自动启动排风扇排出气体，警情排除后自即发出报警声，并自动启动排风扇排出气体，警情排除后自动恢复正常工作状态。动恢复正常工作状态。动恢复正常工作状态。动恢复正常工作状态。本产品功耗低，寿命长。设计独特，能感知一氧化碳、本产品功耗低，寿命长。设计独特，能感知一氧化碳、本产品功耗低，寿命长。设计独特，能感知一氧化碳、本产品功耗低，寿命长。设计独特，能感知一氧化碳、天然气等多种可燃气体。单片机智能控制，稳定可靠。可单天然气等多种可燃气体。单片机智能控制，稳定可靠。可单天然气等多种可燃气体。单片机智能控制，稳定

36、可靠。可单天然气等多种可燃气体。单片机智能控制，稳定可靠。可单独使用，也可与其它家用电器联接使用。安装灵活方便。独使用，也可与其它家用电器联接使用。安装灵活方便。独使用，也可与其它家用电器联接使用。安装灵活方便。独使用，也可与其它家用电器联接使用。安装灵活方便。使用单片机来进行控制，电路原理图如下：使用单片机来进行控制，电路原理图如下：工作原理工作原理5V5V电源模块电源模块单片机单片机传感器传感器报警模块报警模块电源信号1100供电电路供电电路对对220V220V交流电进行交流电进行变压、整流、滤波、变压、整流、滤波、稳压后得到稳压后得到5V5V直流电直流电压。压。变压器的型号为变压器的型号

37、为9V/1000mA9V/1000mA。整流器由。整流器由4 4个个1N40071N4007二极管构成。二极管构成。滤波器为滤波器为1mF1mF的电容，的电容，稳压器为常见的稳压器为常见的78057805。使用了两片使用了两片78057805，主要因为传感器的功主要因为传感器的功率较大，需要单独供率较大，需要单独供电。电。单片机单片机单片机的型号为单片机的型号为AT89S52AT89S52，是，是AtmelAtmel公司的使用较为广公司的使用较为广泛的产品。泛的产品。1 1脚接指示灯电脚接指示灯电路，路，2 2脚接蜂鸣器电脚接蜂鸣器电路，路，1212脚接脚接LM324LM324输输出。出。9

38、9脚为复位脚，脚为复位脚，1818、1919脚接石英晶脚接石英晶体。体。3131脚接脚接VCCVCC，配，配置单片机使用内部置单片机使用内部存储器存储器。振荡电路振荡电路振荡电路主要给单片机提供一个时钟信号。这振荡电路主要给单片机提供一个时钟信号。这里单片机采用内部振荡模式，需要在外部接一个石里单片机采用内部振荡模式，需要在外部接一个石英晶体，提供稳定的频率。我们采用英晶体，提供稳定的频率。我们采用12MHz12MHz的晶体，的晶体，它的两端分别接它的两端分别接22pF22pF的电容到地，目的是稳定石英的电容到地，目的是稳定石英晶体的频率，使实际频率与标称值非常接近。晶体的频率，使实际频率与标

39、称值非常接近。单片机复位电路单片机复位电路复位电路给单片机提供复位信号，复位电路给单片机提供复位信号，使单片机重新运行程序，同时初始化各使单片机重新运行程序，同时初始化各个寄存器。个寄存器。刚通电时，由于电容端电压不能突刚通电时，由于电容端电压不能突变，所以变，所以RSTRST为高电平；随着电容的充为高电平；随着电容的充电，端电压增大，电，端电压增大，RSTRST对地电压就会减对地电压就会减小，最后为零。这就完成了一次复位。小，最后为零。这就完成了一次复位。复位开关的作用是提供手动复位功复位开关的作用是提供手动复位功能，这样就不用拔插电源插头来复位。能，这样就不用拔插电源插头来复位。开关按下时

40、，开关按下时，RSTRST为高电平，弹起时恢为高电平，弹起时恢复到低电平，从而完成复位。复到低电平，从而完成复位。传感器电路传感器电路这部分电路和第一代的一样，参考电压同样设为4.4V。指示灯和蜂鸣器电路指示灯和蜂鸣器电路指示灯电路有指示灯电路有LEDLED和和1K1K电阻组成。电阻组成。LEDLED的阳极接的阳极接VCCVCC，阴极接电阻，电阻另一端，阴极接电阻，电阻另一端接单片机的接单片机的1 1脚。该引脚为脚。该引脚为低电平时，低电平时，LEDLED亮，反之不亮，反之不亮。亮。蜂鸣器电路有蜂鸣器电路有90159015、蜂、蜂鸣器、电阻组成。鸣器、电阻组成。90159015为为PNPPNP

41、三极管，接成开关模式。三极管，接成开关模式。两个两个10K10K电阻并联得到电阻并联得到5K5K电电阻。因为通过实验发现阻。因为通过实验发现10K10K电阻效果不理想。电阻效果不理想。气敏传感器气敏传感器采用采用MQ-2MQ-2型传感器，它能检测液化气、丁烷、丙烷、甲烷、型传感器，它能检测液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等。酒精、氢气、烟雾等。其实物图如下：其实物图如下：其结构如下所示：其结构如下所示：气敏传感器基本电路和典型参考数据气敏传感器基本电路和典型参考数据气敏传感器气敏传感器灵敏度特性：灵敏度特性：单片机程序#include sbit led_pin=0 x90;/P1_0

42、sbit bell_pin=0 x91;/P1_1sbit input_pin=0 xb2;/P3_2unsigned char count=0;void timer0_isr(void)interrupt 2 count+;if(count=4)bit a,b;a=led_pin;led_pin=!a;b=bell_pin;bell_pin=!b;count=0;void main(void)bit b;TMOD=0 x01;ET0=1;EA=1;TR0=0;input_pin=0;while(1)b=input_pin;if(b=1)TR0=1;/starts timer 0 else T

43、R0=0;/turns off timer 0 led_pin=1;/LED turns off bell_pin=1;/the bell is no more singing since set to 1 /end if /end while/end main研制成果研制成果第一代报警器第一代报警器第二代报警器第二代报警器一款高效一款高效G G类放大器，类放大器，10W10W调频音箱电路图局部调频音箱电路图局部10W10W调频音箱电路图局部调频音箱电路图局部3.3 3.3 间接获取信息的方法间接获取信息的方法信息来源的确定信息来源的确定可用的信息来源可用的信息来源可靠的信息来源可靠的信息来源

44、新闻新闻防止防止分类分类事例事例健康健康纸纸质质媒媒介介电电子子媒媒介介人人事事物物效率效率最佳最佳电视电视广播广播报刊报刊网络网络医学书刊、医学书刊、专业人士、专业人士、医疗网站医疗网站片片面面零零散散虚虚假假代代表表性性典典型型性性多多样样性性内容内容注意注意信息来源的多样性信息来源的多样性信息来源的确定依据信息来源的确定依据各自的优缺点各自的优缺点依据依据拥有信息量拥有信息量拓展来源拓展来源拥拥有有信信息息量量保证信保证信息的数息的数量和质量和质量量依据依据信息来源的确定信息来源的确定可用的信息来源可用的信息来源可靠的信息来源可靠的信息来源新闻新闻防止防止分类分类事例事例健康健康依据依据纸纸质质媒媒介介电电子子媒媒介介人人事事物物效率效率最佳最佳电视电视广播广播报刊报刊网络网络医学书刊、医学书刊、专业人士、专业人士、医疗网站医疗网站主主观观片片面面零零散散虚虚假假代代表表性性典典型型性性多多样样性性内容内容注意注意信息来源的多样性信息来源的多样性信息来源的确定依据信息来源的确定依据各自的优缺点各自的优缺点依据依据拥有信息量拥有信息量拓展来源拓展来源拥拥有有信信息息量量保证信保证信息的数息的数量和质量和质量量依据依据