自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)論文

1、湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書系 電氣工程 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 一班 學(xué) 號 1254010103 姓 名 余波軍 指導(dǎo)教師 沈紅遠 一. 環(huán)境監(jiān)測目的環(huán)境監(jiān)測的目的是準(zhǔn)確、及時、全面地反映環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，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)，評價環(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)，積累長期監(jiān)測資料，為研究環(huán)境容量、實施總量控制、目標(biāo)管理、預(yù)測預(yù)報環(huán)境質(zhì)量提供數(shù)據(jù)。（4）為保護人類健康、保護環(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

2、等服務(wù)。（一）按監(jiān)測目的分類1、監(jiān)視性監(jiān)測（又稱為例行監(jiān)測或常規(guī)監(jiān)測）對指定的有關(guān)項目進行定期的、長時間的監(jiān)測，以確定環(huán)境質(zhì)量及污染源狀況、評價控制措施的效果，衡量環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)實施情況和環(huán)境保護工作的進展。這是監(jiān)測工作中量最大面最廣的工作。監(jiān)視性監(jiān)測包括對污染源的監(jiān)督監(jiān)測（污染物濃度、排放總量、污染趨勢等）和環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測（所在地區(qū)的空氣、水質(zhì)、噪聲、固體廢物等監(jiān)督監(jiān)測）。2、特定目的監(jiān)測（又稱為特例監(jiān)測或應(yīng)急監(jiān)測）根據(jù)特定的目的可分為以下四種：（1）污染事故監(jiān)測：在發(fā)生污染事故時進行應(yīng)急監(jiān)測，以確定污染物擴散方向、速度和危及范圍，為控制污染提供依據(jù)。這類監(jiān)測常采用流動監(jiān)測（車、船等）、簡易監(jiān)測、低

3、空航測、遙感等手段。（2）仲裁監(jiān)測：主要針對污染事故糾紛、環(huán)境法執(zhí)行過程中所產(chǎn)生的矛盾進行監(jiān)測。仲裁監(jiān)測應(yīng)由國家指定的具有權(quán)威的部門進行，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、司法部門仲裁。（3）考核驗證監(jiān)測：包括人員考核、方法驗證和污染治理項目竣工時的驗收監(jiān)測。（4）咨詢服務(wù)監(jiān)測：為政府部門、科研機構(gòu)、生產(chǎn)單位所提供的服務(wù)性監(jiān)測。例如建設(shè)新企業(yè)應(yīng)進行環(huán)境影響評價，需要按評價要求進行監(jiān)測。3、研究性監(jiān)測（又稱科研監(jiān)測） 研究性監(jiān)測是針對特定目的科學(xué)研究而進行的高層次的監(jiān)測。例如環(huán)境本底的監(jiān)測及研究；有毒有害物質(zhì)對從業(yè)人員的影響研究；為監(jiān)測工作本身服務(wù)的科研工作的監(jiān)測，如統(tǒng)一方法、標(biāo)

4、準(zhǔn)分析方法的研究、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制等。這類研究往往要求多學(xué)科合作進行。（二）按監(jiān)測介質(zhì)對象分類可分為水質(zhì)監(jiān)測、空氣監(jiān)測、土壤監(jiān)測、固體廢物監(jiān)測、生物監(jiān)測、噪聲和振動監(jiān)測、電磁輻射監(jiān)測、放射性監(jiān)測、熱監(jiān)測、光監(jiān)測、衛(wèi)生（病源體、病毒、寄生蟲等）監(jiān)測等。文章由華晨儀器整理。二. 系統(tǒng)工作原理本次設(shè)計的目的是設(shè)計一種基于單片機控制的環(huán)境監(jiān)測系統(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警上下限，當(dāng)溫度不在設(shè)置范圍內(nèi)時，則報警提示；當(dāng)有害氣體濃度超過設(shè)定值時，則報警提示。該設(shè)計控制器使用單片機。本監(jiān)測系統(tǒng)由溫濕度傳感器電路、單片機系統(tǒng)、溫濕度顯示電路、有害氣體濃度監(jiān)測的A/D轉(zhuǎn)換電路、鍵盤

5、、報警電路構(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，該信號首先進入內(nèi)部的微弱的信號放大器進行放大，然后進入一個14位的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器，最后經(jīng)過二線串行數(shù)字接口輸出數(shù)字信號傳給單片機系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)根據(jù)顯示需要對數(shù)字信號進行處理，再送入液晶顯示系統(tǒng)，溫濕度值便在液晶屏上顯示出來了。同理，有害氣體濃度檢測電路接收到電信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳給單片機系統(tǒng)，由單片機系統(tǒng)判斷是否超過設(shè)定值，超過則報警?？傮w設(shè)計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，常用單片機進行實時控制及實時數(shù)據(jù)處理

6、。單片機加工的信息都是數(shù)字量，而被控制或測量對象的有關(guān)參量往往是連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量等，通過傳感器將這些信號轉(zhuǎn)成模擬信號。單片機要處理這種信號，首先必須將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，這一轉(zhuǎn)換過程就是模/數(shù)轉(zhuǎn)換，現(xiàn)實的模/數(shù)轉(zhuǎn)換的設(shè)備稱為A/D轉(zhuǎn)換器或ADC。A/D轉(zhuǎn)換電路種類很多，目前在實用、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，主要考慮以下的一些技術(shù)指標(biāo)：轉(zhuǎn)換時間和轉(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，這使得這類芯片與單片機的硬件連接非常簡單。出于成本考慮，本次的設(shè)計采用

7、串行接口的TLC1543而非并行接口的ADC0809。下面將簡單介紹一下TLC1543。下圖是TLC1543的引腳示意圖。 TLC1543芯片模型TLC1543是由TI公司開發(fā)的開關(guān)電容式A/D轉(zhuǎn)換器，該芯片具有如下特點：10位精度、11通道、三種內(nèi)建的自測模式、提供EOC（轉(zhuǎn)換完成）信號等。該芯片與單片機的接口采用串行接口方式，引線很少，與單片機連接簡單。其中AIN0AIN10是11路輸入，REF+和REF-分別是參考電源的正負引腳，使用時一般將REF-接到系統(tǒng)的地，達到一點接地的要求，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

8、的時鐘端，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提出中斷請求。此外，也可以將該引腳接入一個普通的I/O引腳，CPU通過查詢該引腳的狀態(tài)來了解當(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，過一段固定的時間去讀取數(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。LED應(yīng)用可分為兩大類：一是LED單管應(yīng)用，包括背光源LED，紅外線LED

9、等；另外就是LED顯示屏，目前，中國在LED基礎(chǔ)材料制造方面與國際還存在著一定的差距，但就LED顯示屏而言，我國的設(shè)計和生產(chǎn)技術(shù)水平基本與國際同步。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)光二極管兩端通過正向電流5-20mA就能達到正常發(fā)光，發(fā)光顏色通常有紅、綠、黃、白等顏色。單個發(fā)光二極管通常是通過亮、滅來指示系統(tǒng)運行狀態(tài)和用快速閃爍來報警。它采用低電壓掃描驅(qū)動，具有：耗電少、使用壽命長、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠等特點。通常所說的LED數(shù)碼管顯示器由7個發(fā)光二極管組成，因此也稱之為七段LED顯示器，顯示器中還有一個

10、圈點型發(fā)光二極管，用于顯示小數(shù)點。通過七個發(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。LCD顯示器的原文是Liquid Crystal Display，取每字的第一個字母組成。其工作原理就是利用液晶的物理特性：通電時排列變得有序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過。LCD的優(yōu)點主要包括零輻射、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可顯示精致畫面，LED卻不能。由于本設(shè)計應(yīng)用于家庭環(huán)境，所以最好不要有輻射，不改變周圍溫度并且還要直觀的多顯示信息等。因此選擇LCD

11、。下圖是LCD的引腳示意圖。 LCD芯片模型2.3設(shè)計語言的選擇軟件設(shè)計的主要任務(wù)就是對單片機的控制程序，實現(xiàn)課題所要求的各項功能。匯編語言作為單片機課程學(xué)習(xí)時所強化的一門語言，由于時序上很嚴謹，便于計算運行時間等優(yōu)點，曾經(jīng)廣泛使用。但是隨著單片機開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前越來越多的人從使用匯編語言轉(zhuǎn)向使用高級語言進行開發(fā)工作，尤以C語言為主，目前市場上常見的幾種單片機均有C語言開發(fā)環(huán)境。下面簡單介紹一下匯編語言和C語言。匯編語言是一種以處理器指令系統(tǒng)為基礎(chǔ)的低級程序設(shè)計語言，它采用助記符表達指令操作碼，采用表示符號表示指令操作數(shù)。利用匯編語言編寫程序的主要優(yōu)點是可以直接、有效地控制計算機硬件，

12、因而容易創(chuàng)建代碼序列短小、運行快速的可執(zhí)行程序。匯編語言有以下特點：直接和簡捷，可有效地訪問、控制計算機的各種硬件設(shè)備，如磁盤、存儲器、CPU、I/O端口等，目標(biāo)代碼簡短，占用內(nèi)存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設(shè)計語言。C語言是高級語言。它把高級語言的基本結(jié)構(gòu)和語句與低級語言的實用性結(jié)合起來。C 語言可以像匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進行操作，而這三者是計算機最基本的工作單元。C是結(jié)構(gòu)式語言。結(jié)構(gòu)式語言的顯著特點是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此獨立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦?，便于使用、維護以及調(diào)試。C語言是以函數(shù)形式提供給用戶的，這些函數(shù)可方便的調(diào)用，并具有多

13、種循環(huán)、條件語句控制程序流向，從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。C語言適用范圍大。適合于多種操作系統(tǒng)，也適用于多種機型。C語言對編寫需要硬件進行操作的場合也明顯優(yōu)于其它語言。綜合考慮，C語言對我們以后的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助，所以，最終決定用C語言完成本次設(shè)計的軟件工作。三. 傳感器的選型及理由3.1煙感探測器HL-94IIL 煙霧探測器技術(shù)指標(biāo)：工作電壓：DC 12 V 靜態(tài)電流：8mA報警電流：35mA工作溫度：10to +50環(huán)境濕度：95%RH報警輸出：繼電器常開常閉探測靈敏度：、級監(jiān)測面積：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%

14、RH 傳感器：進口溫濕度一體化探頭精度：±0.5 (0-50)，±3%RH (at 23，2590%R) 長期穩(wěn)定性：0.1/5年，1%RH /5年響應(yīng)時間：小于1S 輸出：RS485 供電：12VDC 儲存環(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)機房功能實現(xiàn)系統(tǒng)四. 軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)軟件總流程圖如下：4.2溫濕度測量模塊設(shè)計溫濕度測量子程序主要是SHT11的采集溫濕度與轉(zhuǎn)換溫濕度并且傳給單片機。SHT11內(nèi)有2個敏感元件，它們將溫度和濕度轉(zhuǎn)成電信號，通過信號放大器將信號放大后，經(jīng)原件內(nèi)的14位A/D轉(zhuǎn)

15、換器將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后經(jīng)過二線串口輸出。溫濕度測量子程序流程圖如下：4.3A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計通過A/D轉(zhuǎn)換，將電壓信號轉(zhuǎn)換成模擬信號送給單片機，然后由系統(tǒng)判斷是否超過設(shè)定的值，超過則表示有害氣體濃度超標(biāo)，啟動報警。A/D轉(zhuǎn)換流程圖如下：4.4判斷及報警模塊設(shè)計 當(dāng)設(shè)置好上下限后，系統(tǒng)會進行判斷，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)出報警信號。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，然后判斷實測值是否在上下限范圍內(nèi)。判斷及報警流程圖如下：4.5調(diào)試中遇到的及解決方案軟件調(diào)試就是對編好的程序經(jīng)行編譯看是否出錯，有錯就

16、進行改進。幸運的是，編好的程序沒有比較嚴重的邏輯錯誤，僅僅是一兩個簡單的語法錯誤，修改之后編譯下載到單片機里運行時發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫濕度顯示超過3位數(shù)時，百位和十位不能正常顯示，而是用“，”和“；”來代替。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)字的語句之后，就能在LCD上正常顯示數(shù)字了。五. 總結(jié)通過本次監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計,我大有收獲，在制作過程中，一定要注意的每個工驟的檢查，確保制作成功。比如在合理選擇模塊，檢查裝配無誤的情況下，如果還出現(xiàn)電路無輸出的情況，那么可以肯定是原理圖錯誤，這時就要回到原理圖進行檢查。從整體來說這是一個復(fù)雜的過程，要細心謹慎，沉著冷靜，反復(fù)檢查，直到找到原因為止。從得到題目到查找資料，從對題目的研究設(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始，在這一個充滿挑戰(zhàn)伴隨挫折，充滿熱情伴隨打擊的過程中，我感觸頗深，它已不僅是一個對我學(xué)習(xí)知識情況和我的思維能力的檢驗，而且還是對我的鉆研精神，面對困難的心態(tài)，做事的毅力和耐心的考驗。我在這個過程中深刻的感受到了做這樣設(shè)計的意義所在，和我一樣真正投入了身心去做的人也一定會有同樣的感觸。此次設(shè)計的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用范圍比較廣泛，在我們的日常生活中也比較常見，如溫室大棚、天氣情況的監(jiān)控，消費電子領(lǐng)域?qū)ε照{(diào)的監(jiān)控，內(nèi)部都涉及到溫、濕度監(jiān)測，但是由于