机电控制系统设计

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出版者:化学工业出版社
作者:尚涛
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2006-01-01
价格:36.0
装帧:简裝本
isbn号码:9787502583385
丛书系列:
图书标签:
  • 机电控制
  • 电气工程
  • 自动化
  • 系统设计
  • 控制系统
  • 电机控制
  • PLC
  • 传感器
  • 嵌入式系统
  • 工业控制
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具体描述

《智能传感器原理与应用》 内容简介: 本书深入探讨了现代智能传感器的基本原理、关键技术以及广泛的应用领域。智能传感器作为物联网、工业自动化、医疗健康、环境监测等诸多前沿技术的核心组成部分,其重要性日益凸显。本书旨在为读者提供一个全面、系统且实用的学习平台,帮助理解并掌握智能传感器的设计、开发与集成。 核心内容概述: 1. 传感器基础理论: 传感原理:详细介绍各类传感器的物理、化学、生物传感机制,包括压电效应、热敏电阻、霍尔效应、光电转换、化学反应敏感机理等。涵盖了温度、压力、湿度、位移、力、光、声、磁、化学成分等关键物理量的传感原理。 信号调理与放大:讲解传感器输出信号的特点,以及如何通过滤波器、放大器、阻抗匹配电路等对原始信号进行预处理,以提高信号质量和信噪比。 模数转换(ADC):阐述ADC的工作原理、类型(如逐次逼近型、Σ-Δ型、双积分型等)、分辨率、采样率等关键参数,以及在数字信号处理中的作用。 2. 智能传感器技术: 微处理器与嵌入式系统:介绍微控制器(MCU)和专用集成电路(ASIC)在智能传感器中的作用,包括数据采集、信号处理、算法实现、通信接口控制等。 片上集成技术:深入分析MEMS(微机电系统)技术在传感器小型化、集成化方面的突破,以及CMOS兼容性传感器制造工艺。 数字信号处理(DSP):讲解傅里叶变换、滤波算法(如卡尔曼滤波)、数据压缩、特征提取等DSP技术在传感器数据后处理中的应用,以提升测量精度和智能化水平。 通信接口与协议:详述传感器与外部系统连接的各种通信方式,如I2C、SPI、UART、CAN、Ethernet、USB等,以及MQTT、CoAP等物联网通信协议在传感器网络中的应用。 自校准与自诊断:探讨传感器实现高精度和高可靠性的关键技术,包括基于模型的校准方法、环境适应性补偿、故障检测与报告机制。 3. 典型智能传感器详解: 惯性测量单元(IMU):详细介绍加速度计、陀螺仪、磁力计的工作原理,以及它们在姿态估计、导航、运动追踪中的协同应用。 光学传感器:包括图像传感器(CMOS、CCD)、激光雷达(LiDAR)、红外传感器等,探讨其成像原理、数据获取与处理技术,以及在机器视觉、环境感知中的应用。 环境传感器:如气体传感器(CO、CO2、VOCs)、PM2.5传感器、水质传感器等,分析其检测原理、灵敏度、选择性,以及在智能家居、工业安全、环境监测中的作用。 生物传感器:介绍电化学、光学、声学等生物传感器,以及它们在血糖监测、疾病诊断、食品安全等领域的最新进展。 射频识别(RFID)与近场通信(NFC):阐述RFID的工作原理、标签与读写器通信机制,以及NFC在非接触式支付、身份识别、设备互联中的应用。 4. 智能传感器的设计与开发流程: 需求分析与指标确定:如何根据应用场景明确传感器的测量参数、精度要求、响应时间、功耗、成本等设计目标。 硬件选型与电路设计:传感器元件的选择、信号调理电路的设计、微控制器接口设计、电源管理等。 软件开发与算法实现:嵌入式软件开发、数据采集与处理算法、通信协议栈的实现。 系统集成与测试:传感器模块与主系统的连接、整体性能测试、可靠性验证。 5. 智能传感器的应用领域: 物联网(IoT):智能家居、智慧城市、智慧农业、智能交通等传感器网络的设计与应用。 工业自动化与智能制造:生产过程监控、设备状态监测、预测性维护、机器人感知。 汽车电子:ADAS(高级驾驶辅助系统)、自动驾驶、车身控制、动力系统监测。 医疗健康:可穿戴健康监测设备、诊断设备、康复设备。 航空航航天与国防:高精度导航、目标识别、环境监测。 消费电子:智能手机、平板电脑、智能穿戴设备中的传感器应用。 本书特色: 理论与实践结合:在深入阐述理论知识的同时,辅以丰富的实例和应用场景分析,帮助读者将所学知识应用于实际问题。 前沿技术追踪:紧跟智能传感器领域最新的技术发展动态,介绍前沿的研究成果和发展趋势。 系统化学习路径:从基础原理到高级应用,提供一条清晰的学习脉络,适合不同层次的读者。 易于理解的语言:采用清晰、准确的语言,避免过度专业化的术语,力求让广大读者易于理解和掌握。 通过阅读本书,读者将能够深刻理解智能传感器的核心价值,掌握其设计、开发和应用的关键技术,为在相关领域的研究、设计和工程实践奠定坚实的基础。

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这本书的叙事风格非常独特,它成功地打破了技术书籍惯有的冰冷刻板印象。作者的文字中流淌着一种对技术本身的热情和一种近乎哲学的思考。在解释一些高级概念,如最优控制的意义时,作者并没有单纯罗列哈密顿-雅可比方程,而是用了一种探讨“如何在约束条件下追求最佳性能”的哲学辩论方式来引入,使得原本晦涩的数学优化问题变得富有生命力和探索欲。这种文笔上的张力,让阅读体验变得像是在与一位经验丰富的导师进行深入的学术探讨,而不是单向的信息灌输。尤其是在回顾控制理论发展历程的章节,作者的笔触充满了对先驱者智慧的赞叹,这种情感的注入,极大地激发了读者对这一领域更深层次的探索欲望。不得不说,这种将严谨的科学性与人文关怀完美结合的写作手法,是这本书最难能可贵的一点,它让技术学习不再是枯燥的符号游戏。

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这本书在案例分析和工程应用方面的设计堪称匠心独白。它没有采用那种脱离实际的理想化案例,而是选取了几个在工业界极具代表性的复杂系统,比如高精度伺服系统和大型过程控制回路。更绝妙的是,作者似乎预设了读者在实际项目中会遇到的所有“坑点”,并在相应的章节中提前设置了“陷阱预警”和“调试指南”。比如,在讨论数字控制器的实现时,它详尽地分析了采样周期的选择对稳定裕度的影响,并给出了一套基于时域和频域联合分析的实用判定流程。这些内容,放眼市面上大多数教材,都是需要读者通过多年的实战经验才能总结出的宝贵心得。作者似乎将自己多年积累的“独门秘籍”毫无保留地倾囊相授,这极大地缩短了理论到实践之间的鸿沟。对于我这样的实践者而言,能够提前预知潜在的问题,并掌握一套行之有效的解决方案,这本书的价值已经远远超出了其标价。

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从资源整合和前瞻性的角度来看,这本书的深度和广度都展现出极高的水准。它不仅详尽地覆盖了经典控制和现代控制的核心内容,还巧妙地融入了当前工业界热议的几个新兴方向,比如基于模型的系统工程(MBSE)在控制设计中的初步应用,以及对当前主流实时操作系统(RTOS)在控制算法部署上的性能考量。更值得称道的是,书的末尾附带的参考书目和在线资源链接,经过了作者的精心筛选,每一个推荐都指向了该领域的经典或最新进展。这表明作者的知识体系非常新颖且与时俱进,他提供的不仅仅是“知识点”,更是一套“如何持续学习”的路线图。在当前技术快速迭代的背景下,一本能够提供如此全面而有前瞻性的知识框架的书籍,无疑是极具战略价值的工具书。它不仅解决了当前项目的问题,更像是为未来五到十年的技术积累打下了坚实的基础。

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我被这本书中对基础理论的阐述深度深深地震撼了。它并没有满足于停留在教科书式的表面介绍,而是真正深入到了数学模型的构建和物理原理的底层逻辑之中。例如,在讲解某个经典控制算法的收敛性时,作者不仅给出了标准的公式推导,还结合了实际工程中的非线性因素,引入了更贴近现实的扰动模型进行分析。这种层层递进、由浅入深的讲解方式,对于我们这些希望从“会用”升级到“精通”的工程师来说,无疑是宝贵的财富。我记得清晰地对比过其他几本同类书籍,它们往往在复杂系统的分析部分就草草收场,但这本书却花了大量篇幅去探讨多变量系统解耦、鲁棒性设计以及状态观测器的优化,每一个章节都像是在引导读者进行一次严谨的思维体操训练。阅读过程中,我常常需要停下来,对照着书中的例题反复演算,才能真正消化其中蕴含的深刻思想。这绝对不是一本可以“速读”的书,它要求读者带着敬畏之心,投入足够的时间和精力去沉浸式学习,收获的必将是扎实的理论根基。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮,那种沉稳又不失现代感的封面,尤其是封面上那些精妙的几何线条和巧妙的留白处理,立刻就让人觉得这本书的作者在审美上有着不俗的品味。内页的纸张质感也相当考究,摸上去滑而不腻,即便是长时间阅读,眼睛也不会感到过于疲劳。我尤其欣赏排版布局的用心,字体选择的清晰度、行间距的合理把握,都体现出一种对读者体验的尊重。在翻阅过程中,偶尔会发现一些作者精心设计的插图或图表,它们不仅美观,而且在视觉上能迅速抓住核心概念,让人在阅读枯燥的理论时,也能得到片刻的放松和启发。这种对细节的极致追求,让我相信作者在内容编排上必然也是一丝不苟的。很多技术类书籍往往只注重内容的堆砌,却忽略了阅读的愉悦感,而这本书显然在这方面做到了很好的平衡,让人愿意捧起它,享受每一次深入学习的过程。可以说,光是这本书的“外衣”和“骨架”,就已经为接下来的知识探索搭建了一个非常舒适且专业的平台。

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