自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)論文

精選文庫(kù)湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)系 電氣工程 專(zhuān) 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 一班 學(xué) 號(hào) 1254010103 姓 名 余波軍 指導(dǎo)教師 沈紅遠(yuǎn) 一. 環(huán)境監(jiān)測(cè)目的環(huán)境監(jiān)測(cè)的目的是準(zhǔn)確、及時(shí)、全面地反映環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，為環(huán)境管理、污染源控制、環(huán)境規(guī)劃等提供科學(xué)依據(jù)。具體可歸納為:（1）根據(jù)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量。（2）根據(jù)污染分布情況，追蹤尋找污染源，為實(shí)現(xiàn)監(jiān)督管理、控制污染提供依據(jù)。（3）收集本底數(shù)據(jù)，積累長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)資料，為研究環(huán)境容量、實(shí)施總量控制、目標(biāo)管理、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)環(huán)境質(zhì)量提供數(shù)據(jù)。（4）為保護(hù)人類(lèi)健康、保護(hù)環(huán)境、合理使用自然資源、制訂環(huán)境法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)劃等服務(wù)。（一）按監(jiān)測(cè)目的分類(lèi)1、監(jiān)視性監(jiān)測(cè)（又稱(chēng)為例行監(jiān)測(cè)或常規(guī)監(jiān)測(cè)）對(duì)指定的有關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行定期的、長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)，以確定環(huán)境質(zhì)量及污染源狀況、評(píng)價(jià)控制措施的效果，衡量環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施情況和環(huán)境保護(hù)工作的進(jìn)展。這是監(jiān)測(cè)工作中量最大面最廣的工作。監(jiān)視性監(jiān)測(cè)包括對(duì)污染源的監(jiān)督監(jiān)測(cè)（污染物濃度、排放總量、污染趨勢(shì)等）和環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)（所在地區(qū)的空氣、水質(zhì)、噪聲、固體廢物等監(jiān)督監(jiān)測(cè)）。2、特定目的監(jiān)測(cè)（又稱(chēng)為特例監(jiān)測(cè)或應(yīng)急監(jiān)測(cè)）根據(jù)特定的目的可分為以下四種：（1）污染事故監(jiān)測(cè)：在發(fā)生污染事故時(shí)進(jìn)行應(yīng)急監(jiān)測(cè)，以確定污染物擴(kuò)散方向、速度和危及范圍，為控制污染提供依據(jù)。這類(lèi)監(jiān)測(cè)常采用流動(dòng)監(jiān)測(cè)（車(chē)、船等）、簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)、低空航測(cè)、遙感等手段。（2）仲裁監(jiān)測(cè)：主要針對(duì)污染事故糾紛、環(huán)境法執(zhí)行過(guò)程中所產(chǎn)生的矛盾進(jìn)行監(jiān)測(cè)。仲裁監(jiān)測(cè)應(yīng)由國(guó)家指定的具有權(quán)威的部門(mén)進(jìn)行，以提供具有法律責(zé)任的數(shù)據(jù)（公證數(shù)據(jù)），供執(zhí)法部門(mén)、司法部門(mén)仲裁。（3）考核驗(yàn)證監(jiān)測(cè)：包括人員考核、方法驗(yàn)證和污染治理項(xiàng)目竣工時(shí)的驗(yàn)收監(jiān)測(cè)。（4）咨詢(xún)服務(wù)監(jiān)測(cè)：為政府部門(mén)、科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)單位所提供的服務(wù)性監(jiān)測(cè)。例如建設(shè)新企業(yè)應(yīng)進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)，需要按評(píng)價(jià)要求進(jìn)行監(jiān)測(cè)。3、研究性監(jiān)測(cè)（又稱(chēng)科研監(jiān)測(cè)） 研究性監(jiān)測(cè)是針對(duì)特定目的科學(xué)研究而進(jìn)行的高層次的監(jiān)測(cè)。例如環(huán)境本底的監(jiān)測(cè)及研究；有毒有害物質(zhì)對(duì)從業(yè)人員的影響研究；為監(jiān)測(cè)工作本身服務(wù)的科研工作的監(jiān)測(cè)，如統(tǒng)一方法、標(biāo)準(zhǔn)分析方法的研究、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制等。這類(lèi)研究往往要求多學(xué)科合作進(jìn)行。（二）按監(jiān)測(cè)介質(zhì)對(duì)象分類(lèi)可分為水質(zhì)監(jiān)測(cè)、空氣監(jiān)測(cè)、土壤監(jiān)測(cè)、固體廢物監(jiān)測(cè)、生物監(jiān)測(cè)、噪聲和振動(dòng)監(jiān)測(cè)、電磁輻射監(jiān)測(cè)、放射性監(jiān)測(cè)、熱監(jiān)測(cè)、光監(jiān)測(cè)、衛(wèi)生（病源體、病毒、寄生蟲(chóng)等）監(jiān)測(cè)等。文章由華晨?jī)x器整理。二. 系統(tǒng)工作原理本次設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)控制的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)屬于多功能系統(tǒng)，可以設(shè)定溫濕度和有害氣體濃度的報(bào)警上下限，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時(shí)，則報(bào)警提示；當(dāng)有害氣體濃度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，則報(bào)警提示。該設(shè)計(jì)控制器使用單片機(jī)。本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由溫濕度傳感器電路、單片機(jī)系統(tǒng)、溫濕度顯示電路、有害氣體濃度監(jiān)測(cè)的A/D轉(zhuǎn)換電路、鍵盤(pán)、報(bào)警電路構(gòu)成。其基本工作原理：溫濕度傳感器內(nèi)部的溫度敏感元件和濕度敏感元件分別將溫度和濕度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，該信號(hào)首先進(jìn)入內(nèi)部的微弱的信號(hào)放大器進(jìn)行放大，然后進(jìn)入一個(gè)14位的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器，最后經(jīng)過(guò)二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)系統(tǒng)，單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)顯示需要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，再送入液晶顯示系統(tǒng)，溫濕度值便在液晶屏上顯示出來(lái)了。同理，有害氣體濃度檢測(cè)電路接收到電信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)系統(tǒng)，由單片機(jī)系統(tǒng)判斷是否超過(guò)設(shè)定值，超過(guò)則報(bào)警。總體設(shè)計(jì)方案框圖如下圖所示： 系統(tǒng)工作原理圖2.1A/D轉(zhuǎn)換器的選擇在工業(yè)控制和智能化儀表中，常用單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理。單片機(jī)加工的信息都是數(shù)字量，而被控制或測(cè)量對(duì)象的有關(guān)參量往往是連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量等，通過(guò)傳感器將這些信號(hào)轉(zhuǎn)成模擬信號(hào)。單片機(jī)要處理這種信號(hào)，首先必須將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，這一轉(zhuǎn)換過(guò)程就是模/數(shù)轉(zhuǎn)換，現(xiàn)實(shí)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換的設(shè)備稱(chēng)為A/D轉(zhuǎn)換器或ADC。A/D轉(zhuǎn)換電路種類(lèi)很多，目前在實(shí)用、教學(xué)方面使用較多的兩種A/D轉(zhuǎn)換器是ADC0809和TLC1543。在選擇A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，主要考慮以下的一些技術(shù)指標(biāo)：轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換頻率、量化誤差與分辨率、轉(zhuǎn)換精度、接口形式等。目前，較為流行的A/D轉(zhuǎn)換器很多都采用了串行接口，這使得這類(lèi)芯片與單片機(jī)的硬件連接非常簡(jiǎn)單。出于成本考慮，本次的設(shè)計(jì)采用串行接口的TLC1543而非并行接口的ADC0809。下面將簡(jiǎn)單介紹一下TLC1543。下圖是TLC1543的引腳示意圖。 TLC1543芯片模型TLC1543是由TI公司開(kāi)發(fā)的開(kāi)關(guān)電容式A/D轉(zhuǎn)換器，該芯片具有如下特點(diǎn)：10位精度、11通道、三種內(nèi)建的自測(cè)模式、提供EOC（轉(zhuǎn)換完成）信號(hào)等。該芯片與單片機(jī)的接口采用串行接口方式，引線很少，與單片機(jī)連接簡(jiǎn)單。其中AIN0AIN10是11路輸入，REF+和REF-分別是參考電源的正負(fù)引腳，使用時(shí)一般將REF-接到系統(tǒng)的地，達(dá)到一點(diǎn)接地的要求，以減少干擾。其余引腳是TLC1543與CPU的接口，其中CS為片選端，如不需片選，可直接接地。CLK是芯片的時(shí)鐘端，ADDR是地址選擇端，SDO是數(shù)據(jù)輸出端，這三根引腳分別接到CPU的三個(gè)I/O端即可。EOC用于指示一次A/D轉(zhuǎn)換已完成，CPU可以讀取數(shù)據(jù)，該引腳是低電平有效，根據(jù)需要，該引腳可接入CPU的中斷引腳，一旦數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成，向CPU提出中斷請(qǐng)求。此外，也可以將該引腳接入一個(gè)普通的I/O引腳，CPU通過(guò)查詢(xún)?cè)撘_的狀態(tài)來(lái)了解當(dāng)前的 狀態(tài)，甚至該引腳也可以不接，在CPU向TLC1543發(fā)出轉(zhuǎn)換命令后，過(guò)一段固定的時(shí)間去讀取數(shù)據(jù)即可。2.2顯示方式選擇LED是發(fā)光二極管Light Emitting Diode的英文縮寫(xiě)。LED應(yīng)用可分為兩大類(lèi)：一是LED單管應(yīng)用，包括背光源LED，紅外線LED等；另外就是LED顯示屏，目前，中國(guó)在LED基礎(chǔ)材料制造方面與國(guó)際還存在著一定的差距，但就LED顯示屏而言，我國(guó)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)水平基本與國(guó)際同步。LED顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一種顯示器件。發(fā)光二極管是由半導(dǎo)體發(fā)光材料做成的PN結(jié)，只要在發(fā)光二極管兩端通過(guò)正向電流5-20mA就能達(dá)到正常發(fā)光，發(fā)光顏色通常有紅、綠、黃、白等顏色。單個(gè)發(fā)光二極管通常是通過(guò)亮、滅來(lái)指示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和用快速閃爍來(lái)報(bào)警。它采用低電壓掃描驅(qū)動(dòng)，具有：耗電少、使用壽命長(zhǎng)、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。通常所說(shuō)的LED數(shù)碼管顯示器由7個(gè)發(fā)光二極管組成，因此也稱(chēng)之為七段LED顯示器，顯示器中還有一個(gè)圈點(diǎn)型發(fā)光二極管，用于顯示小數(shù)點(diǎn)。通過(guò)七個(gè)發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號(hào)。LCD顯示器的原文是Liquid Crystal Display，取每字的第一個(gè)字母組成。其工作原理就是利用液晶的物理特性：通電時(shí)排列變得有序，使光線容易通過(guò)；不通電時(shí)排列混亂，阻止光線通過(guò)。LCD的優(yōu)點(diǎn)主要包括零輻射、低功耗、散熱小、體積小、圖像還原精確、字符顯示銳利等。通過(guò)比較，LED與LCD有著根本的區(qū)別，首先是發(fā)光光源的不同，其次是顯示效果的區(qū)別，LCD可顯示精致畫(huà)面，LED卻不能。由于本設(shè)計(jì)應(yīng)用于家庭環(huán)境，所以最好不要有輻射，不改變周?chē)鷾囟炔⑶疫€要直觀的多顯示信息等。因此選擇LCD。下圖是LCD的引腳示意圖。 LCD芯片模型2.3設(shè)計(jì)語(yǔ)言的選擇軟件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是對(duì)單片機(jī)的控制程序，實(shí)現(xiàn)課題所要求的各項(xiàng)功能。匯編語(yǔ)言作為單片機(jī)課程學(xué)習(xí)時(shí)所強(qiáng)化的一門(mén)語(yǔ)言，由于時(shí)序上很?chē)?yán)謹(jǐn)，便于計(jì)算運(yùn)行時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，曾經(jīng)廣泛使用。但是隨著單片機(jī)開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前越來(lái)越多的人從使用匯編語(yǔ)言轉(zhuǎn)向使用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)工作，尤以C語(yǔ)言為主，目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的幾種單片機(jī)均有C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境。下面簡(jiǎn)單介紹一下匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言是一種以處理器指令系統(tǒng)為基礎(chǔ)的低級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它采用助記符表達(dá)指令操作碼，采用表示符號(hào)表示指令操作數(shù)。利用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序的主要優(yōu)點(diǎn)是可以直接、有效地控制計(jì)算機(jī)硬件，因而容易創(chuàng)建代碼序列短小、運(yùn)行快速的可執(zhí)行程序。匯編語(yǔ)言有以下特點(diǎn)：直接和簡(jiǎn)捷，可有效地訪問(wèn)、控制計(jì)算機(jī)的各種硬件設(shè)備，如磁盤(pán)、存儲(chǔ)器、CPU、I/O端口等，目標(biāo)代碼簡(jiǎn)短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。C語(yǔ)言是高級(jí)語(yǔ)言。它把高級(jí)語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句與低級(jí)語(yǔ)言的實(shí)用性結(jié)合起來(lái)。C 語(yǔ)言可以像匯編語(yǔ)言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元。C是結(jié)構(gòu)式語(yǔ)言。結(jié)構(gòu)式語(yǔ)言的顯著特點(diǎn)是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦?，便于使用、維護(hù)以及調(diào)試。C語(yǔ)言是以函數(shù)形式提供給用戶(hù)的，這些函數(shù)可方便的調(diào)用，并具有多種循環(huán)、條件語(yǔ)句控制程序流向，從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。C語(yǔ)言適用范圍大。適合于多種操作系統(tǒng)，也適用于多種機(jī)型。C語(yǔ)言對(duì)編寫(xiě)需要硬件進(jìn)行操作的場(chǎng)合也明顯優(yōu)于其它語(yǔ)言。綜合考慮，C語(yǔ)言對(duì)我們以后的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助，所以，最終決定用C語(yǔ)言完成本次設(shè)計(jì)的軟件工作。三. 傳感器的選型及理由3.1煙感探測(cè)器HL-94IIL 煙霧探測(cè)器技術(shù)指標(biāo)：工作電壓：DC 12 V 靜態(tài)電流：8mA報(bào)警電流：35mA工作溫度：10to +50環(huán)境濕度：95%RH報(bào)警輸出：繼電器常開(kāi)常閉探測(cè)靈敏度：、級(jí)監(jiān)測(cè)面積：20平方米3.2數(shù)字溫濕度傳感器RZ-TH6LL 數(shù)字溫濕度傳感器技術(shù)指標(biāo)：量程：-20-85，0100%RH 傳感器：進(jìn)口溫濕度一體化探頭精度：0.5 (0-50)，3%RH (at 23，2590%R) 長(zhǎng)期穩(wěn)定性：0.1/5年，1%RH /5年響應(yīng)時(shí)間：小于1S 輸出：RS485 供電：12VDC 儲(chǔ)存環(huán)境：-40-90，0-95%RH(不結(jié)露) 精度高、低漂移、響應(yīng)速度快。3.3環(huán)境監(jiān)控軟件融智9000S系統(tǒng)機(jī)房功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)四. 軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件總流程圖如下：4.2溫濕度測(cè)量模塊設(shè)計(jì)溫濕度測(cè)量子程序主要是SHT11的采集溫濕度與轉(zhuǎn)換溫濕度并且傳給單片機(jī)。SHT11內(nèi)有2個(gè)敏感元件，它們將溫度和濕度轉(zhuǎn)成電信號(hào)，通過(guò)信號(hào)放大器將信號(hào)放大后，經(jīng)原件內(nèi)的14位A/D轉(zhuǎn)換器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最后經(jīng)過(guò)二線串口輸出。溫濕度測(cè)量子程序流程圖如下：4.3A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)送給單片機(jī)，然后由系統(tǒng)判斷是否超過(guò)設(shè)定的值，超過(guò)則表示有害氣體濃度超標(biāo)，啟動(dòng)報(bào)警。A/D轉(zhuǎn)換流程圖如下：4.4判斷及報(bào)警模塊設(shè)計(jì) 當(dāng)設(shè)置好上下限后，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行判斷，如果當(dāng)前顯示的溫濕度不在設(shè)置的范圍之內(nèi)，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。若溫濕度在設(shè)置的范圍之內(nèi)，則正常顯示當(dāng)前溫濕度。本流程圖主要是判斷上下限是否設(shè)置有誤，例如下限大于上限，然后判斷實(shí)測(cè)值是否在上下限范圍內(nèi)。判斷及報(bào)警流程圖如下：4.5調(diào)試中遇到的及解決方案軟件調(diào)試就是對(duì)編好的程序經(jīng)行編譯看是否出錯(cuò)，有錯(cuò)就進(jìn)行改進(jìn)。幸運(yùn)的是，編好的程序沒(méi)有比較嚴(yán)重的邏輯錯(cuò)誤，僅僅是一兩個(gè)簡(jiǎn)單的語(yǔ)法錯(cuò)誤，修改之后編譯下載到單片機(jī)里運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫濕度顯示超過(guò)3位數(shù)時(shí)，百位和十位不能正常顯示，而是用“，”和“；”來(lái)代替。因此在主函數(shù)里加了一段關(guān)于顯示百位和十位的數(shù)字的語(yǔ)句之后，就能在LCD上正常顯示數(shù)字了。五. 總結(jié)通過(guò)本次監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),我大有收獲，在制作過(guò)程中，一定要注意的每個(gè)工驟的檢查，確保制作成功。比如在合理選擇模塊，檢查裝配無(wú)誤的情況下，如果還出現(xiàn)電路無(wú)輸出的情況，那么可以肯定是原理圖錯(cuò)誤，這時(shí)就要回到原理圖進(jìn)行檢查。從整體來(lái)說(shuō)這是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，要細(xì)心謹(jǐn)慎，沉著冷靜，反復(fù)檢查，直到找到原因?yàn)橹?。從得到題目到查找資料，從對(duì)題目的研究設(shè)定到程序的調(diào)試，從電路的調(diào)試到失敗后再一次全部重新開(kāi)始，在這一個(gè)充滿(mǎn)挑戰(zhàn)伴隨挫折，充滿(mǎn)熱情伴隨打擊的過(guò)程中，我感觸頗深，它已不僅是一個(gè)對(duì)我學(xué)習(xí)知識(shí)情況和我的思維能力的檢驗(yàn)，而且還是對(duì)我的鉆研精神，面對(duì)困難的心態(tài)，做事的毅力和耐心的考驗(yàn)。我在這個(gè)過(guò)程中深刻的感受到了做這樣設(shè)計(jì)的意義所在，和我一樣真正投入了身心去做的人也一定會(huì)有同樣的感觸。此次設(shè)計(jì)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用范圍比較廣泛，在我們的日常生活中也比較常見(jiàn)，如溫室大棚、天氣情況的監(jiān)控，消費(fèi)電子領(lǐng)域?qū)ε照{(diào)的監(jiān)控，內(nèi)部都涉及到溫、濕度監(jiān)測(cè)，但是由于時(shí)間倉(cāng)