传感器与数据采集原理/高等院校“十二五”精品规划教材 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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胡学海，邓罡，张志国，王志刚 著

图书标签:

• 传感器
• 数据采集
• 原理
• 高等院校
• 教材
• 电子技术
• 测量技术
• 仪器仪表
• 自动化
• 信号处理

出版社： 中国水利水电出版社

ISBN：9787517039105

版次：1

商品编码：11943061

包装：平装

丛书名： 高等院校“十二五”精品规划教材

开本：16开

出版时间：2016-01-01

用纸：胶版纸

页数：288

字数：466000

内容简介

　　传感器技术是IT技术的一个重要分支，它被广泛的应用于工业控制、数据采集以及仪器仪表等众多领域。今几年以来，随着纳米技术和各种新材料的不断涌现，各种高性能、高集成度、低成本的新型传感器的兴起，传感器应用领域不断扩大。除了工业控制外，民用娱乐性消费性产品上也随处可见传感器的身影，例如穿戴式手环、智能手机、机器人等。
　　本书共分13章，从第0章到第11章，结合数据采集原理，介绍了传感器原理的基础知识和新传感器的基本原理。通过这些内容的学习，大家从可以整体上了解传感器的基本知识、基本结构、工作原理、设计方法等。主要内容包括：常用传感器（温度、压力、加速度）以及一些新型传感器（化学传感器、生物传感器、纳米传感器）的工作原理、结构、信号调节电路、数据采集的基本原理及应用。书中着重介绍了不同传感器的原理及信号调理和数据采集中可能出现的一些问题及其解决方案。本书包含了大量的应用实例和习题，供读者学习和参考。第12章，主要是一些传感器的应用数据手册和应用实例，主要是提供给开发人员、毕设人员等需要进一步提高的读者使用。
　　本书在编写过程中，既做到了内容全面、叙述清楚，又注意到一些新的传感器应用技术、规范及学术界、工业界的研究进展，同时还非常注重内容的实用性，并以开发范例作了较详细的介绍。
　　本书理论体系完整，内容详实，语言通俗易懂，实例实用性和针对性强，既可作为高等院校通信、控制、电工、电子、计算机、机械电子专业本科和硕士教材，也可作为有关技术培训及工程技术人员自学参考用书。

前言/序言

《现代传感技术与智能测控系统》 内容简介 本书聚焦于现代传感技术的发展前沿与智能测控系统的构建原理，旨在为读者提供一个全面、深入的理论框架和实践指导。随着科技的飞速发展，传感器作为信息获取的“眼睛”和“触角”，其重要性日益凸显，渗透到工业自动化、物联网、人工智能、生物医药、环境保护等众多领域。本书紧密围绕这一核心，系统阐述了各类传感器的基本原理、性能指标、选型方法以及在实际应用中的挑战与解决方案，并在此基础上，详细介绍了如何将先进的传感技术与现代的微处理器、嵌入式系统、通信网络、人工智能算法相结合，构建出高性能、高可靠性的智能测控系统。 第一部分：传感技术基础与核心原理 本部分将深入剖析各类传感器的基础理论和工作机制。 绪论： 探讨传感技术在现代社会中的地位与发展趋势，介绍传感器的基本概念、分类方法以及在国民经济和社会发展中的关键作用。强调传感器作为信息采集源头的重要性，以及其与大数据、人工智能等新兴技术的联动关系。 传感器的工作原理与分类： 物理量传感器： 详细介绍基于电阻、电容、电感、压电效应、热电效应、磁致伸缩效应、霍尔效应、光电效应等原理的各类传感器。例如，电阻式传感器（如应变片、热敏电阻、气体传感器）的阻值变化与被测物理量之间的关系；电容式传感器（如湿度传感器、液位传感器）的介电常数或几何尺寸变化导致电容变化；电感式传感器（如接近传感器）的线圈电感变化与金属物体位置或性质的关系。 化学量传感器： 阐述电化学传感器（如pH传感器、离子选择性电极）、半导体气体传感器、光学化学传感器（如比色传感器）等的工作原理，分析其在环境监测、食品安全、医疗诊断等领域的应用。 生物传感器： 介绍生物识别元件（如酶、抗体、核酸、微生物）与信号转换器的结合，用于检测生物分子、细胞或微生物，关注其在生物医学、药物研发、环境生物监测中的潜力。 成像传感器： 涵盖CCD、CMOS等图像传感器技术，解释光电转换过程，以及在机器视觉、遥感、医疗成像等方面的应用。 传感器的关键性能指标： 详细讲解传感器的线性度、灵敏度、迟滞、重复性、分辨率、响应时间、精度、稳定性、过载能力、抗干扰能力等关键参数的定义、测量方法及其对测控系统性能的影响。通过具体的例子说明如何根据应用需求选择合适的性能指标。 常见传感器及其应用： 温度传感器： 热电偶（B、E、J、K、N、R、S、T型）、热敏电阻（NTC、PTC）、铂电阻（Pt100、Pt1000）、红外测温传感器等，分析其测温范围、精度、响应速度和应用场合（如工业炉温控、环境监测、食品保鲜）。 压力传感器： 压阻式、电容式、应变片式、压电式压力传感器，介绍其测量原理、量程、过载能力，以及在流体动力学测量、气象监测、航空航天等领域的应用。 位移与力传感器： 线性可变差动变压器（LVDT）、编码器（增量式、绝对式）、激光测距仪、应变片式力传感器（称重传感器）、压电式力传感器等，阐述其测量原理和在高精度定位、工业称重、材料力学测试中的作用。 流量传感器： 涡轮流量计、电磁流量计、超声波流量计、质量流量计（科里奥利质量流量计）等，分析其工作原理、适用介质、测量精度，以及在石油化工、给排水、供热等领域的应用。 湿度传感器： 电容式、电阻式湿度传感器，介绍其测量原理、响应速度和在环境监测、精密仪器控湿、农业温室等方面的应用。 气体传感器： 半导体式、电化学式、催化燃烧式气体传感器，重点介绍对O2、CO、CO2、CH4、VOCs等气体的检测原理和在工业安全、环境监测、家用安全等领域的应用。 传感器信号调理与处理： 介绍传感器输出信号的放大、滤波、线性化、补偿等预处理过程。包括差动放大器、仪表放大器、有源滤波器（低通、高通、带通）、电荷放大器等电路的设计与应用。强调信号调理对于提高测量精度和信噪比的重要性。 第二部分：智能测控系统设计与集成 本部分将深入探讨如何构建高性能的智能测控系统，将传感器的原始数据转化为有意义的信息，并实现对被控对象的智能控制。 微控制器与嵌入式系统： 微控制器（MCU）基础： 介绍MCU的体系结构（CPU、存储器、I/O接口、定时器/计数器、中断控制器、ADC/DAC等），重点讲解ARM Cortex-M系列、AVR、PIC等主流MCU的特点和选型。 嵌入式系统设计： 深入讲解嵌入式系统的硬件平台选择、软件开发流程（裸机编程、RTOS）、驱动程序开发、通信协议栈（UART, SPI, I2C, CAN, Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth）的实现。 模数转换（ADC）与数模转换（DAC）： 详细介绍ADC的分类（逐次逼近型、Σ-Δ型、双积分型等）、分辨率、采样率、量化误差等参数，以及DAC的基本原理和应用。重点讲解如何根据传感器信号特性选择合适的ADC/DAC。 数据采集系统（DAS）设计： DAS的系统框图与功能模块： 介绍数据采集系统的典型结构，包括传感器接口、信号调理电路、多路复用器、ADC、数据存储、微处理器/DSP、通信接口等。 多通道数据采集： 讨论如何实现多通道同步/异步数据采集，包括多路复用器的选择和控制、采样时钟的同步策略。 数据采集的实时性与可靠性： 分析影响数据采集实时性的因素（采样率、处理速度、通信延迟），以及提高数据采集可靠性的方法（错误检测与纠错、数据冗余）。 智能控制理论与算法： 经典控制理论回顾： 简要回顾PID控制、状态空间法等基础控制理论，分析其在系统中的应用。 模糊控制： 介绍模糊逻辑、模糊化、模糊推理、解模糊等基本概念，阐述模糊控制器的设计方法，以及其在处理非线性、不确定性系统中的优势。 神经网络与深度学习在测控中的应用： 介绍神经网络的基本结构（感知器、多层前馈网络、卷积神经网络、循环神经网络），探讨其在模式识别、故障诊断、预测控制等方面的应用，并介绍相关的训练方法。 自适应控制与模型预测控制（MPC）： 介绍自适应控制器的基本思想（在线调整控制器参数），以及MPC的基本原理（基于模型的状态预测与优化），分析其在复杂动态系统中的应用。 通信技术与网络化测控： 串行通信协议： 详细介绍RS-232、RS-485、CAN总线等工业常用串行通信协议的原理、特点和应用，以及在分布式测控系统中的作用。 无线通信技术： 介绍Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee、LoRa等低功耗广域网（LPWAN）技术在物联网和无线测控系统中的应用，分析其传输距离、功耗、数据速率等特性。 工业以太网与现场总线： 探讨Ethernet/IP, Profinet, Modbus TCP等工业以太网协议，以及Profibus, DeviceNet等现场总线技术在工业自动化中的地位。 物联网（IoT）平台与云平台： 介绍如何将测控系统接入物联网平台，实现数据的远程采集、存储、分析和可视化，以及云平台在数据处理和智能决策中的作用。 系统集成与应用案例： 软硬件协同设计： 强调软件与硬件设计之间的紧密联系，介绍如何进行嵌入式软件的调试、测试和优化。 实际应用案例分析： 选取典型的智能测控系统应用案例进行深入剖析，例如： 智能家居系统： 包括环境监测（温湿度、光照、空气质量）、安防监控（门窗传感器、摄像头）、家电控制（智能插座、红外遥控）。 工业自动化生产线： 如流水线上的产品识别、位置检测、速度控制、机器人协同工作。 智慧农业系统： 包括土壤墒情监测、环境参数采集（光照、温度、湿度）、作物生长状态分析、自动灌溉与施肥。 智能交通系统： 如车辆检测、交通流量监测、车牌识别、信号灯智能配时。 医疗健康监测： 如可穿戴式生理参数监测（心率、血压、血氧）、远程医疗监护。 系统调试与优化： 讨论在实际系统中可能遇到的问题，如传感器漂移、噪声干扰、通信中断、控制策略不当等，以及相应的调试和优化方法。 本书特色 理论与实践紧密结合： 在深入阐述基本原理的同时，大量引用实际工程中的传感器类型、测控系统架构和应用实例，帮助读者理解理论知识的实际应用价值。 前沿技术引入： 关注物联网、大数据、人工智能等与传感技术和测控系统密切相关的最新发展，介绍相关技术在测控领域的融合应用。 结构化组织： 内容从基础的传感器原理逐步深入到复杂的智能测控系统设计，逻辑清晰，便于读者循序渐进地学习。 案例丰富： 提供了多个不同领域的典型应用案例，涵盖了从民用到工业、从单一传感器应用到复杂系统集成的不同层次。 面向工程应用： 旨在培养读者解决实际工程问题的能力，强调传感器选型、系统设计、性能评估和调试优化等工程实践环节。 本书适合高等院校自动化、电子信息工程、计算机科学与技术、电气工程及其自动化等相关专业的研究生和高年级本科生作为教材或参考书，也适用于从事传感器研发、测控系统设计、工业自动化、物联网开发等领域的工程技术人员。通过学习本书，读者将能够掌握现代传感技术的核心知识，理解智能测控系统的设计原理，并具备开发和应用各类智能测控系统的基本能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计朴实无华，散发着一种严谨的学术气息，让人一看就觉得是那种踏踏实实讲知识的书。我翻开目录，看到章节安排得井井有条，从最基础的传感器类型、工作原理，到数据采集系统的组成、设计，再到具体的信号处理和应用，脉络清晰。特别是关于各种传感器的介绍，图文并茂，无论是电阻式、电容式，还是光学、声学传感器，都有详细的原理阐述和典型应用案例，这对于我这样一个初学者来说，无疑是极大的帮助。书中对于数据采集过程中的各种关键环节，比如采样定理、量化误差、噪声抑制等，都做了深入浅出的讲解，让我对整个数据采集流程有了更全面的认识。而且，书中还穿插了一些实际工程中的经验和技巧，这使得理论知识不再是枯燥的公式堆砌，而是与实际应用紧密结合，学起来也更有成就感。总而言之，这本书的体系结构非常合理，内容也很扎实，相信能够帮助我打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我一直对物联网和智能制造领域的最新发展很感兴趣，而传感器和数据采集是这些领域不可或缺的基础。这本书虽然在内容上更侧重于基础原理，但我惊喜地发现，它并没有回避现代技术的发展。例如，在提到数字信号处理时，书中虽然没有展开到最新的机器学习算法，但对于傅里叶变换、滤波等经典方法都有详尽的推导和解释，这些仍然是很多高级算法的基石。而且，书中还提及了总线通信、接口技术等内容，这让我联想到在实际的嵌入式系统中，如何将传感器的数据有效地传输和处理。对于那些渴望了解这些底层技术，从而更好地理解高层应用的人来说，这本书绝对是一个极佳的起点。它就像一座桥梁，连接了我们对抽象概念的理解和对实际系统运作的渴望。虽然我还需要查阅更多关于具体应用和算法的书籍，但这本书提供的理论框架和基础知识，让我能够更有信心地去探索更广阔的技术领域。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格十分朴实，没有过多的华丽辞藻，而是用清晰、准确的语言来阐述复杂的概念。每一页都充满了干货，很少有可以跳过的部分。我喜欢书中对于每一个概念的引入和解释都循序渐进，从最基础的定义到深入的原理，层层递进，让读者能够逐步建立起对知识体系的认知。即使是对于一些比较抽象的物理原理，作者也尝试用类比和图示的方式来辅助理解，这对于非物理专业背景的读者来说，无疑是极大的便利。我尤其喜欢书中在介绍完某个基本原理后，会紧接着给出一些简单的算例，帮助读者将理论与实际计算联系起来，从而加深理解。虽然这本书的排版可能不像一些商业畅销书那样花哨，但这种纯粹的学术风格，恰恰是我所看重的。它让我觉得，这本书是在认真地传授知识，而不是试图用视觉效果来吸引人。

评分☆☆☆☆☆

老实说，这本书的理论深度着实不浅，有些章节的数学推导让我看得有些吃力。比如，在讲解传感器的工作模型时，涉及了一些物理学的基本定律和数学方程，虽然作者尽力将其解释得通俗易懂，但我仍然需要反复阅读和思考，甚至需要翻阅一些基础的物理和数学教材来辅助理解。不过，正是这种严谨性，让我对书中的内容更加信服。它并没有为了迎合读者而牺牲科学的准确性，而是踏踏实实地从原理上进行剖析。我尤其欣赏书中对于误差分析部分的讲解，它详细阐述了各种误差的来源、分类以及抑制方法，这对于我们在实际应用中如何保证数据采集的准确性和可靠性至关重要。虽然学习过程充满挑战，但每一次攻克一个难点，都会带来巨大的满足感。我相信，如果能够深入理解并掌握这本书的内容，未来在传感器和数据采集相关的研究和开发工作中，将会受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

从一个非常实用的角度来看，这本书对于解决实际工程问题提供了非常有价值的参考。虽然名字听起来比较偏理论，但书中大量的例子和图表，让我能够直观地理解各种传感器的特性和适用场景。我特别关注了书中关于不同测量对象选择传感器的章节，这对于我在选择合适的传感器来解决某个具体问题时，提供了很好的指导。例如，对于温度测量，书中详细介绍了热电偶、热敏电阻、红外测温等多种方法，并分析了各自的优缺点和适用范围，这让我避免了在实际项目中盲目选择的困境。此外，书中关于数据采集硬件的选择和接口设计的内容，也很有启发性。它让我了解了常见的A/D转换器、多路复用器等关键器件，以及如何将它们集成到系统中。虽然书中并没有提供完整的电路设计图，但其原理性的讲解，足以让我具备进行初步设计和评估的能力。