薄膜位置传感器设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

传感器技术是当今世界令人瞩目的高新技术之一，是众多新技术革命的基础，是信息科学技术发展的一个重要的标志。传感器技术作为现代信息科学技术四大核心技术之一，早在20世纪80年代初各发达国家就将其列为优先发展的新技术，使得传感器技术在近30年来获得了前所未有的高速发展。目前世界上规模化从事传感器研究和生产的单位已经有5000多家，其中美国、欧洲、俄罗斯各有1000余家。我国同样将传感器列入国家高新技术发展的重点，近20年来 经过技术攻关和产业化建设，传感器技术已经有了相当大的发展。

在众多的传感器中，超声波传感器在现实生活中有很大的应用，超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器，超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对固体、液体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的物体中，它可以穿透几十米的深度，碰到杂质或分界面会产生显著的反射形成反射回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波传感器被广泛的应用于工业，医学，军事。

随着科学技术水平的不断提高,工业流水线的自动化程度也越来越高。在薄膜加工生产线上的收卷、放卷、传送、拼接、分切、贴合等操作已基本实现自动化。卷筒材料在行进过程中,可能会产生带材跑偏，所谓带材跑偏 是指诸如纸张、塑料等可以卷绕的带材在生产过程中 受到不可控制力的作用，如传动轴的不平行、带材断面 不均匀、带材的张力不均匀、换材料连接不齐等因素， 导致带材不能保持直线运行而使其幅宽中心线偏离基 准中心线，在放卷、收卷、传送时会发生左右方向的偏 移，从而对生产过程造成机组无法进行正常生产的严 重后果。如果不对这种偏移进行及时纠正，就会直接 影响生产工艺的要求以及产品的质量，从而造成很多 不必要的经济损失。因此薄膜加工的纠偏控制设备是必不可少的，本课题就是利用压电式超声波传感器设计一种薄膜位置检测系统，在薄膜的边缘上部放置一个超声波发生器，对应的下部放置一个超声波接收器，当超声波作用在接收器上，由于正压电效应而引起接收器的晶片收缩，从而使晶片的两个表面产生极性相反的电荷， 然后这些电荷会转换成电压，薄膜在偏移过程中会遮挡发射头发出的超声波，通过检测电压信号来判断接收能量的多少，从而确定薄膜的偏移。

2. 研究的基本内容与方案

本课题的基本内容：本系统中通过stm32单片机控制压电式超声波传感器的发送端发送超声波，接收端接收超声波能量产生压电信号，传感器产生的电压信号经过多个运放等电子器件组成的信号处理电路将信号放大至0~5v输入到stm32单片机中进行处理，在pc机上显示具体数据。

本课题的目标：能够精准的测量薄膜边缘的偏移量，当偏移量超过5mm时产生一个高电平，没有超过时为低电平，完成硬件电路的设计及软件的编写并对整个系统进行软硬件调试。

本课题的基本技术方案：由stm32单片机产生一个晶振输出到ir2103s电机驱动电路给压电式超声波传感器发射端加入信号产生超声波，接收端产生电压信号，但是电压信号为mv级，而stm32单片机需要处理的电压信号为v级，所以需要运用运放等电子器件构成的信号处理电路来放大，然后输入到单片机中处理，在pc机上显示需要测量的数据。系统的总体框图如图1：

3. 研究计划与安排

1～3周：查阅相关文献资料，明确研究方向，确定研究内容，完成开题报告；

4～6周：完成薄膜位置传感器硬件电路设计；

7～9周：完成薄膜位置传感器软件设计；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]张洋，刘军.原子教你玩stm32(库函数版)[m].北京：北京航空航天大学出版社,2013.

[2]欧阳骏，李英芬，王小强.疯狂stm32实战讲学录[m].北京：中国水利水电出版社,2013.

[3]赵星寒 从0教你学stm32北京：北京航空航天大学出版社，2014.

[4]陈志旺.stm32嵌入式控制器快速上手[m].北京：电子工业出版社,2014