溫度監(jiān)控報警裝置.doc

測量技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計溫度監(jiān)控報警裝置引言溫室是一種可以為植物生長創(chuàng)造最佳條件、避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙膱鏊?是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一個重要組成部分。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進步以及人們對節(jié)能減排的重視,傳統(tǒng)的溫室生產(chǎn)技術(shù)已不能滿足當(dāng)代的需要，溫室環(huán)境控制技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)研究的重要內(nèi)容，通過對溫室內(nèi)外監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合作物生長發(fā)育的規(guī)律，控制有關(guān)設(shè)備，實現(xiàn)對溫室環(huán)境要素的調(diào)控，達到作物優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。針對目前國內(nèi)的一些溫室控制系統(tǒng)自動化程度較低的現(xiàn)狀,通過深入分析溫室控制系統(tǒng)對溫室溫度的影響,很多科研人員致力于溫室控制系統(tǒng)的設(shè)計與研制。一、研究目的在農(nóng)業(yè)以及種植業(yè)，溫室大棚的作用真是功不可沒，它使我們在四季里吃上新鮮的蔬菜和水果，溫室大棚里適宜的溫度起到了至關(guān)重要的作用，在作物生長的溫室大棚內(nèi)，通過溫度監(jiān)控儀來測量和控制溫室大棚里的溫度，使農(nóng)作物和植被在適合的溫度下進行生長以提高其產(chǎn)量。針對上述背景，我們小組進行研討，利用課本所學(xué)知識進行拓展，理論聯(lián)系實際，就溫室大棚溫度的監(jiān)控和超溫報警等方面進行設(shè)計和制作。二、研究內(nèi)容2.1設(shè)計步驟1. 收集資料，進行調(diào)研；2. 確定設(shè)計方案，對設(shè)計方案進行小組討論；3. 分模塊設(shè)計硬件電路，并在面包板上調(diào)試；4. 學(xué)習(xí)LABVIEW數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件；5. 將硬件電路焊接到電路板，進行調(diào)試，實現(xiàn)其功能；6. 對軟、硬件進行連接，同時調(diào)試，并且優(yōu)化處理，實現(xiàn)預(yù)計功能。2.2設(shè)計要求：1. 能夠?qū)κ覂?nèi)溫度進行測量；2. 將測量到的溫度以攝氏度的形式LCD液晶顯示；3. 設(shè)定上限溫度，實現(xiàn)超溫報警；4. 利用LABVIEW采集數(shù)據(jù)實現(xiàn)硬件功能；5. 利用MATLAB軟件進行波形以及大小值和頻譜分析。三、研究方案3.1硬件部分方案的確定3.1.1元器件的選擇1、溫度傳感器我們選擇的溫度傳感器是AD590 ，AD590是AD公司利用PN結(jié)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。AD590是電流型溫度傳感器，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值。它采用金屬殼3腳封裝，其中1腳為電源正端V；2腳為電流輸出端I0；3腳為管殼，一般不用。集成溫度傳感器的電路符號如圖所示。 AD590的主特性參數(shù)如下： 工作電壓：430V；工作溫度：55150；保存溫度：65175；正向電壓：44V；反向電壓：20V；焊接溫度（10秒）：300；靈敏度：1AK。2、ICL7106的AD轉(zhuǎn)換及LCD液晶顯示ICL7106是高性能、低功耗的三位半A/D轉(zhuǎn)換器。它包含有七段譯碼器、顯示驅(qū)動器、參考源和時鐘系統(tǒng)，ICL7106含有一背光電極驅(qū)動線，適用于液晶顯示。3、LM324LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，lm324原理圖如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立4、555集成定時器555集成定時器是模擬功能和數(shù)字邏輯功能相結(jié)合的一種雙極型中規(guī)模集成器件。外加電阻、電容可以組成性能穩(wěn)定而精確的多諧振蕩器、單穩(wěn)電路、施密特觸發(fā)器等，應(yīng)用十分廣泛。3.1.2設(shè)計原理1、測溫電路的設(shè)計在設(shè)計測溫電路時，首先應(yīng)將電流轉(zhuǎn)換成電壓。由于AD590為電流輸出元件，它的溫度每升高1K，電流就增加1A。當(dāng)AD590的電流通過一個10k的電阻時，這個電阻上的壓降為10mV，即轉(zhuǎn)換成10mVK，為了使此電阻精確（01），可用一個96k的電阻與一個1k電位器串聯(lián)，然后通過調(diào)節(jié)電位器來獲得精確的10k。圖5所示是一個電流電壓和絕對攝氏溫標(biāo)的轉(zhuǎn)換電路，其中運算放大器A1被接成電壓跟隨器形式，以增加信號的輸入阻抗。而運放A2的作用是把絕對溫標(biāo)轉(zhuǎn)換成攝氏溫標(biāo)，給A2的同相輸入端輸入一個恒定的電壓（如1235V），然后將此電壓放大到273V。這樣，A1與A2輸出端之間的電壓即為轉(zhuǎn)換成的攝氏溫標(biāo)。2、報警裝置的設(shè)計電路由超低頻振蕩和音頻振蕩兩部分組成，將此電路與主電路的輸出電壓連接，通過LM324接成電壓比較器，進行上限電壓設(shè)置，實現(xiàn)報警功能。3、AD轉(zhuǎn)換和顯示電路的設(shè)計其中，ICL7106是3位半顯示的AD轉(zhuǎn)換電路，它內(nèi)含液晶顯示驅(qū)動電路，可用來進行AD轉(zhuǎn)換和LCD顯示驅(qū)動。由ICL7106組成的三位半數(shù)字顯示原理圖如圖所示。量程為200.0mV。若將量程改為2.000V，基準(zhǔn)電壓改為1.000V。這時可把R3改為470 k，RP1改為10k多圈電位器，同時將C3改換為0.047F。3.1.3數(shù)字溫度測量系統(tǒng)組成框圖溫度傳感器AD590運算放大器LM324AD轉(zhuǎn)換器7106液晶顯示器LCD電壓比較器LM324報警器“555”揚聲器8歐0.25瓦3.2軟件部分方案的確定3.2.1應(yīng)用軟件簡介在當(dāng)代測試系統(tǒng)中，任何一個完整系統(tǒng)都由硬件和軟件共同組成，硬件側(cè)重于被測量的獲取，而軟件側(cè)對被測量進行理論分析。在測控領(lǐng)域，美國NI公司的labview軟件和MathWorks公司的matlab軟件占有絕對的統(tǒng)治地位，其中，labview軟件的模塊化程度更高，操作也更加方便，但它的在數(shù)學(xué)運算方面的功能要遠遜色于matlab，而matlab的數(shù)學(xué)運算分析能力極強，但它的專業(yè)程度不高，它涉及到各個領(lǐng)域，但在具體的建模應(yīng)用中并不是非常容易實現(xiàn)。3.2.2設(shè)計方案結(jié)合abview軟件和matlab軟件各自的優(yōu)缺點，我們最終選擇利用labview軟件和matlab軟件綜合開發(fā)該系統(tǒng)來共同實現(xiàn)我們的軟件功能，其中l(wèi)abviwe用于數(shù)據(jù)采集和實時分析；而matlab用于對大批記錄數(shù)據(jù)的綜合分析處理1、Labview部分：圖1 前面板 圖2 程序框圖2、Matlab部分：X=importdata(test.lvm); %創(chuàng)建列向量n1=在本次試驗中，共采集到了 num2str(length(X) 個溫度樣點.; disp(n1); %統(tǒng)計顯示采樣點個數(shù)mx=在本次試驗中，采集到的溫度最大值為 num2str(max(X) 攝氏度.;disp(mx); %統(tǒng)計顯示采用點最大值mi=在本次試驗中，采集到的溫度最小值為 num2str(min(X) 攝氏度.;disp(mi); %統(tǒng)計顯示采樣點最小值ma=在本次試驗中，平均溫度為 num2str(mean(X) 攝氏度.;disp(ma); %統(tǒng)計顯示所有采樣點的平均值a=length(find(X32); %統(tǒng)計大于32度的采樣點個數(shù)b=100*a/length(X);c= num2str(b) %;d=在本次采用中，危險點占總采樣點的 num2str(c) .; %統(tǒng)計顯示本次采樣中危險點的個數(shù)disp(d);if (a/length(X)0.3 msgbox(系統(tǒng)狀態(tài)危險，請及時采取降溫措施,階段狀態(tài)統(tǒng)計,warn)end %若危險點個數(shù)超過設(shè)定的閾值比例，則彈出對話框提示用戶“狀態(tài)危險”subplot(2,2,1);plot(X,k-diamond); %作采樣溫度點曲線圖title(采樣溫度點曲線圖);xlabel(采樣點);ylabel(溫度值);box on;grid on;hold off;Fs=100;%設(shè)定采樣頻率 a,b=xcorr(X,unbiased);subplot(2,2,3);plot(b*1/Fs,a); %作自相關(guān)分析圖title(自相關(guān)函數(shù)分析圖);xlabel(時間延遲(s);ylabel(自相關(guān)函數(shù)Rx);box on;grid on;hold off;n=0:1/Fs:1; xn=cos(2*pi*40*n)+3*cos(2*pi*100*n)+randn(size(n);%產(chǎn)生含有噪聲的序列window=boxcar(length(xn); %矩形窗 nfft=1024; Pxx,f=periodogram(xn,window,nfft,Fs); %直接法subplot(2,2,4);plot(f,10*log10(Pxx); %作自功率譜密度分析圖title(自功率譜密度分析圖);xlabel(頻率（Hz);ylabel(自功率譜密度函數(shù)10*log10(Pxx)grid on;box on;disp(輸入quit或exit離開統(tǒng)計界面); %提示用戶退出界面3.2.3主要功能（1）采集傳入波形，并對之進行低通處理顯示出來；（2）進行狀態(tài)設(shè)定，閾值溫度下顯示“狀態(tài)正?！薄⑻摂M綠燈亮；當(dāng)溫度超過設(shè)定閾值后顯示“危險狀態(tài)”，虛擬紅燈亮；(3)對采集到溫度信號進行文件長期備份，以便分析和日后查閱；(4)對采集到的信號進行統(tǒng)計分析、相關(guān)分析和功率譜分析。四、小結(jié)通過這次課程實踐，不僅鍛煉我們的動手能力和獨立思考的能力，而且使我們對理論知識掌握的更加的牢固，對于知識點的理解也更加的深入。從小組討論確定題目，到圖書館和網(wǎng)上查閱資料，不斷的向?qū)W長和老師請教，最后確定了方案，從一次又一次的調(diào)試和一次又一次的失敗中鍛煉我們的意志，同時也讓我們感覺到做學(xué)問是艱辛的。過程的每一步我們都高度重視，嚴格要求，以嚴肅認真的態(tài)度積極主動地投身到實踐環(huán)節(jié)中去。小組里的每個人必須完成分配的工作，同時又要求小組通力協(xié)作，通過努力，高質(zhì)量地完成課程設(shè)計。每個人都學(xué)會了運用學(xué)習(xí)到的專業(yè)知識和理論，去分析和處理實踐中的各種問題。最終的成功包含了小組成員的共同努力，感謝老師一次又一次不厭其煩的講解和幫助，這次