牧場(chǎng)智能擠奶與綜合信息管理系統(tǒng)資料全

1、 1 引言在當(dāng)今社會(huì)，隨著人們的生產(chǎn)水平不斷的提高，大量先進(jìn)的技術(shù)手段不斷地應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。在我們國(guó)家，在自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)迅速發(fā)展的帶領(lǐng)下，國(guó)民生產(chǎn)總值得以穩(wěn)步提升。在“十一五”期間，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平被列位一個(gè)新的發(fā)展重點(diǎn)，這為相關(guān)領(lǐng)域的從業(yè)人員和技術(shù)工作者提出了許多新的課題。為提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)水平，保障農(nóng)業(yè)資源高效利用和環(huán)境保護(hù)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整增加農(nóng)民收入，農(nóng)業(yè)部和技術(shù)部聯(lián)合提出，把“多功能農(nóng)業(yè)裝備與設(shè)施研制”工作作為“十一五”國(guó)家科技基礎(chǔ)計(jì)劃發(fā)展的重大項(xiàng)目，并希望通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出一批可以用在工業(yè)化養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)等方面的實(shí)用性設(shè)備，通過(guò)使用這些設(shè)備保障農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增效

2、、促進(jìn)資源高效利用和可持續(xù)發(fā)展，為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)提供技術(shù)裝備基礎(chǔ)。這些都為液晶屏顯示的電導(dǎo)儀的設(shè)計(jì)與制作這一課題的研究提供了指導(dǎo)思想和研究方向。液晶屏顯示的電導(dǎo)儀的設(shè)計(jì)與制作是實(shí)現(xiàn)食鹽加工廠自動(dòng)化生產(chǎn)的一個(gè)具體體現(xiàn)，是作為研究智能化生產(chǎn)管理系統(tǒng)的一個(gè)典型事例來(lái)進(jìn)行研究的。整個(gè)系統(tǒng)由：鹽水過(guò)濾系統(tǒng)、食鹽水電導(dǎo)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，稱重分群系統(tǒng)等部分組成。整個(gè)系統(tǒng)要現(xiàn)一個(gè)與自動(dòng)化管理、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)、產(chǎn)品品質(zhì)保障于一體，并可以用于實(shí)際生產(chǎn)的智能化生產(chǎn)管理系統(tǒng)。其中，鹽水電導(dǎo)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)這一部分是為最終生產(chǎn)合格的食鹽的提供監(jiān)測(cè)和控制功能的。檢測(cè)顧名思義就是檢驗(yàn)和測(cè)量，智能化檢測(cè)就是利用計(jì)算機(jī)的

3、計(jì)算處理能力對(duì)產(chǎn)品的各種屬性進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)分析、判斷得出一個(gè)結(jié)果。從而輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。智能化檢測(cè)系統(tǒng)在各個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)過(guò)程中都起到了至關(guān)重要的作用。它所涉與的主要學(xué)科包括，傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，而近年來(lái)，信號(hào)分析處理、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、抗干擾技術(shù)等先進(jìn)的技術(shù)也被應(yīng)用到其中，以提高智能檢測(cè)控制系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性。一個(gè)典型的智能化檢測(cè)、控制系統(tǒng)的基本組成如圖所示：被測(cè)對(duì)象檢測(cè)傳感器 執(zhí) 行 器AD計(jì)算機(jī)DA 圖：智能化檢測(cè)控制系統(tǒng)基本組成(1)、檢測(cè)傳感器檢測(cè)傳感器是用來(lái)把被測(cè)對(duì)象的各種被測(cè)參量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。我們可以把它形象地比喻成整個(gè)系統(tǒng)的感覺(jué)器官。傳感器可以檢測(cè)的信號(hào)有

4、模擬量、數(shù)字量和開(kāi)關(guān)量三種形式，這些信號(hào)由傳感器轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)之后，還必須經(jīng)過(guò)放大、濾波、調(diào)制等相應(yīng)的信號(hào)處理電路才能夠與后面的電路相適配。(2)、計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)部分完成的主要任務(wù)是對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行讀取、計(jì)算和分析，并通過(guò)計(jì)算結(jié)果輸出相應(yīng)的控制信號(hào)，各端口的啟動(dòng)以與計(jì)算的過(guò)程都是在程序的控制下自動(dòng)進(jìn)行的。我們可以把它比作系統(tǒng)的大腦?，F(xiàn)在，單片機(jī)已經(jīng)作為最常用的計(jì)算機(jī)電路，被廣泛地應(yīng)用在各種集成化的系統(tǒng)中。另外，計(jì)算機(jī)電路還可以連接顯示器、鍵盤、繪圖機(jī)、等外圍設(shè)備，使整個(gè)系統(tǒng)更加人性化。(3)、執(zhí)行器用于按照計(jì)算機(jī)輸出控制信號(hào)完成相應(yīng)的執(zhí)行動(dòng)作。(4)、AD和DA轉(zhuǎn)換電路AD轉(zhuǎn)換是為了把非數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)

5、換成能被計(jì)算機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。DA轉(zhuǎn)換是為了把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字控制信號(hào)與執(zhí)行器相適配的信號(hào)。智能檢測(cè)與控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用確實(shí)為各領(lǐng)域的生產(chǎn)帶來(lái)了跨越式的發(fā)展，它不僅合理地利用了現(xiàn)有資源，節(jié)省了大量勞動(dòng)力，還提高了生產(chǎn)效率并提供了極高的可靠性保障。在農(nóng)業(yè)，養(yǎng)殖業(yè)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)小型制造業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，這一技術(shù)的使用還較少。由于缺少經(jīng)驗(yàn)，要把該技術(shù)合理地運(yùn)用到農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和制造業(yè)的生產(chǎn)中，將面臨著許多的困難。課題中所討論的鹽水電導(dǎo)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)就存在著一些問(wèn)題，系統(tǒng)要求能夠適應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境，適應(yīng)采集合格鹽度的整個(gè)生產(chǎn)流程，能應(yīng)付一些不確定因素帶來(lái)的干擾（例如通電時(shí)容易使鹽水電解，不但影響食鹽質(zhì)量還對(duì)測(cè)量造成干擾）

6、。這些問(wèn)題在研究系統(tǒng)解決方案的過(guò)程中必須對(duì)這些問(wèn)題加以考慮。論文的容中引用了很多參考文獻(xiàn)中給出的原理作為論述的依據(jù)。為對(duì)此課題的研究提供了豐富而強(qiáng)大的理論基礎(chǔ)。另外，論文還把實(shí)際操作過(guò)程作為發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和驗(yàn)證各種理論的一平臺(tái)；把實(shí)驗(yàn)作為研究的輔助手段，按照實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)討論相應(yīng)的解決方法，并依靠創(chuàng)新的思維方法，合理的將各個(gè)有力的論據(jù)進(jìn)行整合，還提出了一些創(chuàng)新的觀點(diǎn)，從而得出了最終的研究結(jié)論。2 課題概述21課題研究背景現(xiàn)在越來(lái)越來(lái)的人們從工農(nóng)業(yè)，養(yǎng)殖業(yè)等各種繁重、復(fù)雜的生產(chǎn)勞動(dòng)中解放出來(lái)了。人們不用再拿著各種工具親自深入到各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，更多的是人們只需坐辦公室進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的操作，就能監(jiān)測(cè)和控制整個(gè)生產(chǎn)過(guò)

7、程。而代替人“走到”第一線生產(chǎn)線的是一個(gè)個(gè)智能化的自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)不但可以減輕勞動(dòng)者的工作強(qiáng)度，還能提高生產(chǎn)效率、保證生產(chǎn)安全、提升產(chǎn)品質(zhì)量。正是這些自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，才使得社會(huì)的生產(chǎn)水平得到了進(jìn)步，繼而提高了社會(huì)的生活水平。與此同時(shí)，我們可以看到在當(dāng)今工業(yè)高度自動(dòng)化的時(shí)代，農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和手工業(yè)的自動(dòng)化水平還是相對(duì)落后的，而我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)的生產(chǎn)水平是關(guān)系我國(guó)綜合國(guó)力發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素。黨中央也提出要加強(qiáng)對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的建設(shè)力度，用有效的技術(shù)手段發(fā)展農(nóng)村，解決三農(nóng)問(wèn)題。提高我國(guó)農(nóng)民的生活水平。故可以預(yù)見(jiàn)，在未來(lái)幾年中，各種智能化的自動(dòng)生產(chǎn)管理系統(tǒng)將在鄉(xiāng)鎮(zhèn)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)

8、用。液晶屏顯示的電導(dǎo)儀的設(shè)計(jì)與制作這一課題正是對(duì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)智能化生產(chǎn)管理系統(tǒng)中所遇到的各種問(wèn)題進(jìn)行深入地研究和討論，并設(shè)計(jì)制作出一個(gè)可以應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中的完整的系統(tǒng)。智能檢測(cè)與控制技術(shù)已被廣泛應(yīng)用到各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，它已成為自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中必不可少的一部分。分別應(yīng)用它來(lái)對(duì)生產(chǎn)的條件（如工作電壓、現(xiàn)場(chǎng)溫度等）或產(chǎn)品的屬性（如產(chǎn)品數(shù)量、質(zhì)量等）進(jìn)行檢測(cè)，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的分析，就可以對(duì)生產(chǎn)過(guò)程作出相應(yīng)的控制。例如在液晶屏顯示的電導(dǎo)儀的設(shè)計(jì)與制作這一課題中的鹽水電導(dǎo)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)就應(yīng)用了智能檢測(cè)和控制的技術(shù)。生產(chǎn)合格的食鹽提高食鹽制造廠的生產(chǎn)目的，因此對(duì)鹽水電導(dǎo)進(jìn)行檢測(cè)是非常重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)。利用智

9、能檢測(cè)和控制技術(shù)對(duì)鹽水的檢測(cè)、采集過(guò)程進(jìn)行控制，既可以使產(chǎn)品質(zhì)量得到保障，又能有效地提高生產(chǎn)效率。所以在整個(gè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)中鹽水電導(dǎo)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是關(guān)系到生產(chǎn)效益的關(guān)鍵部分。22系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求本課題設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要求具有以下功能：(1) 能完成對(duì)鹽水電導(dǎo)的測(cè)量工作；(2) 對(duì)鹽水采集進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，即把符合電導(dǎo)率的鹽水和不符合電導(dǎo)率的分別出來(lái)；(3) 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鹽水采集工作，即在容器裝滿時(shí)對(duì)鹽水進(jìn)行相應(yīng)的處理；(4) 有較強(qiáng)的抗干擾能力，能適應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境的變化；3課題說(shuō)明在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中將應(yīng)用液晶屏顯示的電導(dǎo)儀來(lái)測(cè)量鹽水的電導(dǎo)。電導(dǎo)儀的種類很多，但液晶電導(dǎo)儀更適用于鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)食鹽制造廠的實(shí)際生產(chǎn)。3. 1液晶屏

10、顯示器3. 1.1液晶顯示器的顯著特點(diǎn)1、 低壓、微功耗液晶顯示器的工作電壓極低，只要2V-3V即可工作，而工作電流僅幾個(gè)微安，這是其他任何顯示器件無(wú)法比擬的。，只有低壓、微功耗的顯示器件才可能深入人間的每個(gè)角落，伴隨人們生活和工作。在工作電壓和功耗上液晶顯示正好與集成電路的發(fā)展相適應(yīng)，從而使電子手表、計(jì)算器、便攜儀表、以至手提電腦成為可能。2、被動(dòng)型顯示液晶顯示器件本身不能發(fā)光，它靠調(diào)制外界光達(dá)到顯示目的。它不像主動(dòng)型顯示器件那樣，靠發(fā)光刺激人眼實(shí)現(xiàn)顯示，而是單純依靠對(duì)外界光的不同反射形成的不同對(duì)比度來(lái)達(dá)到顯示目的。故稱其為被動(dòng)顯示。雖然被動(dòng)型的顯示本身是不發(fā)光的，在黑暗處不能看清，但在自然

11、界中，人類所感知的視覺(jué)信息中，90以上是靠外部物體的反射光，而并非靠物體本身的發(fā)光。所以，被動(dòng)顯示更適合于人的眼視覺(jué)，更不易引起疲勞。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)在大信息量、高密度、快速變換、長(zhǎng)時(shí)間觀察的顯示時(shí)尤為重要。此外，被動(dòng)顯示還不怕光沖刷。所謂光沖刷，是指當(dāng)環(huán)境光較亮?xí)r，被顯示的信息被沖淡，從而顯示不清晰。而被動(dòng)型顯示，由于它是靠反射外部光達(dá)到顯示目的的，所以，外部光越強(qiáng)，反射的光也超強(qiáng)，顯示的容也就越清晰。誠(chéng)然液晶顯示不僅可以用于室外進(jìn)行顯示，而且可以在等強(qiáng)烈照明環(huán)境下也可以顯示得很清晰。對(duì)于黑暗中不能觀看的缺點(diǎn)，只要配上背光源，就可以克服。3、無(wú)輻射，無(wú)污染液晶顯示器件在使用時(shí)不會(huì)像CRT使用中產(chǎn)生的

12、軟X射線與電磁波輻射。這種輻射不僅污染環(huán)境還會(huì)產(chǎn)生信息泄露，而液晶顯示不會(huì)產(chǎn)生這類問(wèn)題，它對(duì)于人身安全和信息都是十分理想的。3. 1.2液晶顯示器的基本原理。1、背光源（Backlight）液晶本身并不發(fā)光，液晶顯示器能夠顯示出高亮度高對(duì)比度的畫面的前提是需要強(qiáng)大的背光系統(tǒng)。由于液晶顯示器件本身具有純平面、顯示精細(xì)等特性，所以它需要一個(gè)亮度高且均勻的背光源。目前各個(gè)領(lǐng)域常用的背光源主要有：發(fā)光二極管（LED）、鹵鎢燈、電致發(fā)光器件（ELD）、冷陰極熒光燈、陰極發(fā)射燈（CLL）和金屬鹵化物燈等。其中作為面光源的EL顯示器件完全符合亮度高且均勻的條件，但目前由于其成本高且尺寸小而并不適合在液晶顯示

13、器上使用。因此相對(duì)來(lái)說(shuō)工藝成熟、亮度高、成本低、性能好的冷陰極熒光燈就成為目前彩色薄膜液晶顯示器（TFT-LCD）上使用最廣泛的背光源。冷陰極熒光燈（Cold Cathode Fluorescent Lamps，簡(jiǎn)稱CCFL），其實(shí)就是霓虹燈，不過(guò)這種管徑小于6mm的“霓虹燈”跟普通霓虹燈的工藝已經(jīng)完全不同。霓虹燈是一種線光源，導(dǎo)光板是呈鍥形的平板，負(fù)責(zé)把線光源霧化成均勻的面光源。可見(jiàn)，背光模組的作用無(wú)非就是把線光源發(fā)出的光通過(guò)漫反射使之成為面光源。背光模組里的反射板用于將沒(méi)有直接散射出去的雜亂光線再次引入導(dǎo)光板以提高光源的利用率；它上面的擴(kuò)散膜同樣具備把光線形成漫反射并均勻擴(kuò)散的能力；而作為

14、背光模組另一重要組件的棱鏡片（垂直和水平相間隔）則負(fù)責(zé)把光線聚攏，使其垂直進(jìn)入液晶模塊以提高輝度，所以又稱增亮膜。經(jīng)過(guò)處理，冷陰極熒光燈組成的線光源就可以形成亮度均勻并垂直射出的面光源。 2、液晶面板（Panel）在得到均勻的面光源之后，緊貼在背光模組上的液晶面板就負(fù)責(zé)對(duì)光線進(jìn)行調(diào)制以得到最終畫面。跟背光模組一樣，液晶面板同樣很?。ê穸葟臄?shù)毫米到零點(diǎn)幾毫米不等），但其結(jié)構(gòu)并不簡(jiǎn)單。因?yàn)橐壕姘灞容^脆弱，所以需要加入幾層玻璃基板來(lái)增加強(qiáng)度并起到保護(hù)作用。在液晶盒（通過(guò)特定澆鑄并扭曲了的液晶分子槽）之下的是主動(dòng)驅(qū)動(dòng)矩陣TFT電路，TFT電路具有響應(yīng)速度快并可記憶的功能，正是由于TFT驅(qū)動(dòng)的成熟，才

15、使液晶顯示器的幾個(gè)性能瓶頸得到重大突破。 上下兩層相互垂直的偏振膜和被扭轉(zhuǎn)的液晶分子相配合使光線得以被顯示信號(hào)調(diào)制成不同強(qiáng)度的輸出信號(hào)，液晶上的RGB濾色片（Color Filter，CF）把可見(jiàn)光濾成三原色，進(jìn)而組成各種顏色來(lái)還原畫面液晶顯示器(LCD)是現(xiàn)在非常普遍的顯示器。它具有體積小、重量輕、省電、輻射低、易于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。液晶顯示器（LCD）是基于液晶電光效應(yīng)的顯示器件。包括段顯示方式的字符段顯示器件；矩陣顯示方式的字符、圖形、圖像顯示器件；矩陣顯示方式的大屏幕液晶投影電視液晶屏等。液晶顯示器的工作原理是利用液晶的物理特性，在通電時(shí)導(dǎo)通，使液晶排列變得有秩序，使光線容易通過(guò)；不通電時(shí)，

16、排列則變得混亂，阻止光線通過(guò)。下面介紹一種“扭曲向列型液晶顯示器”的工作原理。 “扭曲向列型液晶顯示器”（Twisted Nematic Liquid crystal display）,“扭曲向列型液晶顯示器”簡(jiǎn)稱“TN型液晶顯示器”。這種顯示器的液晶組件構(gòu)造如圖11所示。向列型液晶夾在兩片玻璃中間。這種玻璃的表面上先鍍有一層透明而導(dǎo)電的薄膜以作電極之用。這種薄膜通常是一種銦（Indium）和錫（Tin）的氧化物（Oxide），簡(jiǎn)稱ITO。然后再在有ITO的玻璃上鍍表面配向劑，以使液晶順著一個(gè)特定且平行于玻璃表面之方向排列。（圖11 a）中左邊玻璃使液晶排成上下的方向，右邊玻璃則使液晶排成垂直

17、于圖面之方向。此組件中之液晶的自然狀態(tài)具有從左到右共的扭曲, 這也是為什么被稱為扭曲型液晶顯示器的原因。利用電場(chǎng)可使液晶旋轉(zhuǎn)的原理，在兩電極上加上電壓則會(huì)使得液晶偏振化方向轉(zhuǎn)向與電場(chǎng)方向平行。 因?yàn)橐簯B(tài)晶的折射率隨液晶的方向而改變，其結(jié)果是光經(jīng)過(guò)TN型液晶盒以后其偏振性會(huì)發(fā)生變化。我們可以選擇適當(dāng)?shù)暮穸仁构獾钠窕较騽偤酶淖?。那么，我們就可利用兩個(gè)平行偏振片使得光完全不能通過(guò)（如圖12所示）。若外加足夠大的電壓使得液晶方向轉(zhuǎn)成與電場(chǎng)方向平行，光的偏振性就不會(huì)改變。因此光可順利通過(guò)第二個(gè)偏光器。于是，我們可利用電的開(kāi)關(guān)達(dá)到控制光的明暗。這樣會(huì)形成透光時(shí)為白、不透光時(shí)為黑，字符就可以顯示在屏幕上

18、了。3. 2電導(dǎo)儀3.2.1電導(dǎo)儀的測(cè)量原理引起離子在被測(cè)溶液中運(yùn)動(dòng)的電場(chǎng)是由與溶液直接接觸的二個(gè)電極產(chǎn)生的。此對(duì)測(cè)量電極必須由抗化學(xué)腐蝕的材料制成。實(shí)際中經(jīng)常用到的材料有鈦等。由二個(gè)電極組成的測(cè)量電極被稱為爾勞施（Kohlrausch）電極。    電導(dǎo)率的測(cè)量需要弄清兩方面。一個(gè)是溶液的電導(dǎo)，另一個(gè)是溶液中1/A的幾何關(guān)系，電導(dǎo)可以通過(guò)電流、電壓的測(cè)量得到。這一測(cè)量原理在當(dāng)今直接顯示測(cè)量?jī)x表中得到應(yīng)用。 而 K= L A ( A測(cè)量電極的有效極板, L兩極板的距離),這一值則被稱為電極常數(shù)。在電極間存在均勻電場(chǎng)的情況下,電極常數(shù)可以通過(guò)幾何尺寸算出。

19、當(dāng)兩個(gè)面積為1cm2的方形極板，之間相隔1 cm組成電極時(shí)，此電極的常數(shù)K=1cm-1。如果用此對(duì)電極測(cè)得電導(dǎo)值G=1000S，則被測(cè)溶液的電導(dǎo)率K=1000S/ cm。    一般情況下，電極常形成部分非均勻電場(chǎng)。此時(shí)，電極常數(shù)必須用標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行確定。標(biāo)準(zhǔn)溶液一般都使用KCl溶液這是因?yàn)镵Cl的電導(dǎo)率的不同的溫度和濃度情況下非常穩(wěn)定，準(zhǔn)確。0.1 mol/l的KCl溶液在25時(shí)電導(dǎo)率為12.88mS/CM。     所謂非均勻電場(chǎng)（也稱作雜散場(chǎng)，漏泄場(chǎng)）沒(méi)有常數(shù)，而是與離子的種類和濃度有關(guān)。因此，一個(gè)純雜散場(chǎng)電極是最糟糕的電極，它通

20、過(guò)一次校準(zhǔn)不能滿足寬的測(cè)量圍的需要。3. 2. 2電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)的組成     一個(gè)完整的電導(dǎo)率測(cè)量系統(tǒng)包含一支電感式或電導(dǎo)式測(cè)量電極，電纜和測(cè)量?jī)x表。電導(dǎo)電極與pH電極不同，由于它是機(jī)械性能穩(wěn)定的材料制成的，所以不需要特殊結(jié)構(gòu)件進(jìn)行保護(hù)。選擇電導(dǎo)電極時(shí)需要注意如下事項(xiàng)： 、  電極的測(cè)量圍 、  測(cè)量的形式，電導(dǎo)式還是電感式。在使用電導(dǎo)式電極時(shí)，要選擇合適的電極常數(shù)“K”、   溫度、   與機(jī)械結(jié)構(gòu)有關(guān)的壓力、    耐化學(xué)腐蝕性、 

21、0;  安裝結(jié)構(gòu)（螺紋、法蘭、三夾頭連接等）    所有測(cè)量電纜都必須屏蔽。特別對(duì)于電導(dǎo)式電極（此種電極與被測(cè)溶液有直接接觸），在電導(dǎo)值高于100 mS時(shí)，要考慮電纜長(zhǎng)度和電纜橫截面面積的影響，這是因?yàn)殡娎|的電阻也處在測(cè)量回路中）。4 方案驗(yàn)證在明確了設(shè)計(jì)的目的和要求之后，選擇一個(gè)好的設(shè)計(jì)方案，就成了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要的關(guān)鍵。一個(gè)好的設(shè)計(jì)方案要求有很高的可行性，并盡量便于操作。在任何系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中都應(yīng)該有多個(gè)備選方案，選擇方案的過(guò)程中要對(duì)這些備選方案進(jìn)行逐個(gè)分析，對(duì)每個(gè)方案的各方面因素（包括電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、電路調(diào)試的難度、性價(jià)比、功耗等因素）進(jìn)行比

22、較，還要盡量利用現(xiàn)有的儀器儀表按照方案中的方法進(jìn)行試驗(yàn)，觀察試驗(yàn)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的規(guī)律，在進(jìn)行綜合考慮之后，得出一個(gè)可行的方案。41方案一：直流分壓法411原理 直流分壓法的電路示意圖如下： 圖4-1-1 直流分壓法示意圖直流分壓法就是把被測(cè)的對(duì)象當(dāng)作一個(gè)分壓電阻，并把一個(gè)固定的直流電壓加在分壓電阻和一個(gè)已知阻值的電阻上，使這兩部分電阻上分別獲得一定的壓降，然后測(cè)量A點(diǎn)的電壓值，并對(duì)這個(gè)電壓值信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換之后的信號(hào)輸入單片機(jī)電路進(jìn)行分析和計(jì)算。通過(guò)公式 可得出 。412試驗(yàn)過(guò)程與現(xiàn)象 把兩個(gè)金屬電極插在容器適當(dāng)?shù)奈恢?，電極間的距離不宜過(guò)近，在容器中注入鹽水。用一臺(tái)穩(wěn)壓電源

23、作為提供直流電壓的裝置。另外還需要一臺(tái)電壓表（測(cè)量精度要求在毫伏極）、一支100的可變電阻。按照電路圖把電源提供直流電壓加在測(cè)量電極和已知電阻的串聯(lián)電路上。把電壓源的電壓幅度調(diào)整至不同的值，測(cè)量A點(diǎn)的電壓，再把這幾次測(cè)得的電壓值帶入公式計(jì)算出鹽水的電導(dǎo)值（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)附錄）。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)，隨著電壓加在測(cè)量電極上的時(shí)間越長(zhǎng)，測(cè)量的結(jié)果越不穩(wěn)定，在將鹽水倒出之后，仔細(xì)的觀察還會(huì)發(fā)現(xiàn)，在測(cè)量電極上還有少量附著物，需要用水清洗才能清除。413直流分壓法的方案研究通過(guò)對(duì)電路原理以與試驗(yàn)現(xiàn)象的分析，可以總結(jié)出該方案具有以下特點(diǎn)：(1)、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。此方案采用的是最常用的測(cè)量電阻的方法直流分壓測(cè)電阻法，

24、其原理很容易理解，其電路電路結(jié)構(gòu)也非常簡(jiǎn)單，這些都為制作電路和調(diào)試電路提供了方便。而且，越簡(jiǎn)單的電路工作起來(lái)越穩(wěn)定，不易出現(xiàn)故障。(2)、容易發(fā)生極化現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)中可以觀察到這樣的現(xiàn)象，在對(duì)測(cè)量電極通電一段時(shí)間后，電極上產(chǎn)生一定量的附著物，測(cè)量的準(zhǔn)確度也隨之大幅降低。通過(guò)認(rèn)真地分析可知，這種現(xiàn)象是由于長(zhǎng)時(shí)間在測(cè)量電極上加直流電壓，這就會(huì)使正負(fù)兩個(gè)測(cè)量電極之間形成一個(gè)電場(chǎng)，而電場(chǎng)存在于鹽水這種介質(zhì)中，鹽水中含有的金屬離子（如離子、離子等）都會(huì)在這一強(qiáng)大的電場(chǎng)勢(shì)能作用下向負(fù)電極附近集中，另外一些負(fù)離子也會(huì)在電場(chǎng)勢(shì)能的作用下向正點(diǎn)附近極集中，最終會(huì)有一定量的離子附著在測(cè)量電極上，就形成了我們所看到的附

25、著物。 正極+電場(chǎng) 負(fù)極-孫正圖3-1-2 極化現(xiàn)象示意圖這種在直流電壓作用下，正負(fù)離子分別向兩極集中的現(xiàn)象稱作被極化。產(chǎn)生極化現(xiàn)象直接導(dǎo)致的不良后果有三點(diǎn)：鹽水被離解之后導(dǎo)致鹽水的結(jié)構(gòu)被破壞，從而影響了食鹽的品質(zhì)；鹽水發(fā)生離解現(xiàn)象時(shí)引起的兩電極周圍電場(chǎng)的不確定變化，以與電極上的附著物都會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確性；電極上的附著物如不與時(shí)清洗，就會(huì)對(duì)測(cè)量電極造成破壞，使整個(gè)測(cè)量裝置無(wú)常工作，必須更換電極才能解決，造成不必要的損失。(3)、高電壓容易造成食鹽水炭化在此方案中，會(huì)用到1.5V的直流電壓，這樣高的電壓會(huì)時(shí)食鹽水產(chǎn)生炭化現(xiàn)象，對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量造成影響。42方案二：電容-電導(dǎo)轉(zhuǎn)換法421原理電容-電導(dǎo)轉(zhuǎn)

26、換法的電路示意圖如下： 圖4-2 電導(dǎo)-電容轉(zhuǎn)換電路示意圖在盛有鹽水的容器外加上兩塊電極板，將鹽水塊極板一同作為一個(gè)以鹽水為介質(zhì)被測(cè)電容，電容和一個(gè)已知阻值的電阻串聯(lián)，并在此串聯(lián)電路上加一交流電壓，使被測(cè)電容兩端產(chǎn)生一個(gè)波形信號(hào)，把這一信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波、放大、AD轉(zhuǎn)換等處理電路輸入單片機(jī)電路進(jìn)行計(jì)算，可以得出電容的值，再根據(jù)公式，導(dǎo)出鹽水介質(zhì)的介電常數(shù)，從而計(jì)算出鹽水的電導(dǎo)值。422實(shí)驗(yàn)過(guò)程與現(xiàn)象鹽水正極板負(fù)極板制作一形狀如圖所示的容器，要求最好使用方形的容器，這樣便于電極板的安裝，電極板應(yīng)與容器壁貼緊，以保證檢測(cè)的準(zhǔn)確度。用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)正弦交流信號(hào)，將此信號(hào)加在帶極板的容器和一支100電阻

27、組成的串聯(lián)電路上，用一臺(tái)示波器觀察A、B兩點(diǎn)之間的電壓波形，為得到一個(gè)穩(wěn)定的波形還要改變裝在容器兩側(cè)的極板的大小，以與信號(hào)發(fā)生器的頻率和幅度。當(dāng)使用面積較大的電極板時(shí)，測(cè)得的信號(hào)波形很不穩(wěn)定，很難獲得一個(gè)準(zhǔn)確的測(cè)量值。當(dāng)使用面積較小的電極板時(shí)，會(huì)使測(cè)得信號(hào)波形變得很微弱。當(dāng)將交流信號(hào)頻率和幅度調(diào)高的時(shí)候，輸出的信號(hào)相對(duì)容易測(cè)量。423電導(dǎo)-電容轉(zhuǎn)換法的方案研究(1)、該方案避免了極化現(xiàn)象本方案采用交流信號(hào)作為檢測(cè)信號(hào)，而且電極未與鹽水直接接觸，從而避免了方案一中由于在兩極通直流而造成的極化現(xiàn)象。(2)、計(jì)算復(fù)雜 由于本方案是采用測(cè)量電容，再通過(guò)公式導(dǎo)出應(yīng)測(cè)的電導(dǎo)值的方法，使得計(jì)算過(guò)程非常復(fù)雜，

28、這就增加了對(duì)單片機(jī)編程的難度。(3)、很難確定極板的尺寸 根據(jù)公式可知，極板面積S越大，電容C就越大，從而越容易測(cè)量；但根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析可知，由于容器中的鹽水難以保持靜止?fàn)顟B(tài)，所以極板面積S較大時(shí)，存在于極板之間的鹽水的截面面積越大，鹽水的流動(dòng)性所造成的影響就越明顯，所以又應(yīng)該使用面積很小的極板以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。這就造成了矛盾。(4)、極板間距離d應(yīng)盡量小根據(jù)公式可知，極板之間的距離越小，電容C就越大，從而越便于測(cè)量，但這就需要容器的橫截面積足夠小，顯然在生產(chǎn)中使用這種形狀的容器是不符合生產(chǎn)要求的。(5)、高頻會(huì)導(dǎo)致電路調(diào)試?yán)щy 在調(diào)高信號(hào)發(fā)生器的頻率和難度后會(huì)使測(cè)量變得簡(jiǎn)單一些，但是信

29、號(hào)的頻率越高，電路的制作和調(diào)試就越困難。(6)、不便于產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào)根據(jù)系統(tǒng)要求的功能，要在容器中的鹽水快裝滿時(shí)產(chǎn)生一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)，控制檢測(cè)的開(kāi)始，使用電極時(shí)可以采用多加一個(gè)電極的方法來(lái)產(chǎn)生此信號(hào)，但在本方案中不容易產(chǎn)生此開(kāi)關(guān)量。43方案三：脈沖測(cè)量法431原理脈沖測(cè)量法的電路示意圖如下：vv圖4-3-1 脈沖測(cè)量法電路示意圖將一支激勵(lì)電極和兩支檢測(cè)電極接入鹽水，從激勵(lì)電極輸入一個(gè)10kHz的脈沖信號(hào)，在兩個(gè)檢測(cè)電極上就會(huì)分別產(chǎn)生一個(gè)檢測(cè)信號(hào)，其中一個(gè)還要用作控制檢測(cè)啟動(dòng)的開(kāi)關(guān)量。將檢測(cè)信號(hào)通過(guò)放大、濾波、AD轉(zhuǎn)換等處理，輸入單片機(jī)電路進(jìn)行計(jì)算，即可得到鹽水的電導(dǎo)值。432實(shí)驗(yàn)過(guò)程與現(xiàn)象將鹽水注入

30、帶有電極的容器，用一臺(tái)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，并將此信號(hào)通過(guò)激勵(lì)電極輸入待測(cè)的鹽水示波器觀察檢測(cè)電路輸出的信號(hào)波形。將脈沖信號(hào)的幅度逐漸調(diào)高，觀察在不同幅值區(qū)間，輸出的檢測(cè)信號(hào)波形。（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)附錄）為模擬實(shí)際生產(chǎn)中采集鹽水的過(guò)程，還要使鹽水在容器中振動(dòng)，可以發(fā)現(xiàn)，在鹽水震動(dòng)時(shí)，輸出檢測(cè)信號(hào)會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的波動(dòng)。433脈沖測(cè)量法的方案研究(1)、容易獲得較穩(wěn)定的檢測(cè)信號(hào) 用脈沖信號(hào)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，只要選擇適當(dāng)?shù)念l率和幅度就能使從鹽水中輸出的檢測(cè)信號(hào)比較穩(wěn)定，在經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理就會(huì)得到一個(gè)可以用于分析鹽水電導(dǎo)率的檢測(cè)信號(hào)。(2)、有效地避免極化現(xiàn)象 由于此方案采用的是交流的檢測(cè)信號(hào)，所以就避免了在電極

31、周圍形成固定電場(chǎng)，從而有效地避免了產(chǎn)生極化現(xiàn)象。(3)、可產(chǎn)生控制檢測(cè)開(kāi)始的開(kāi)關(guān)量在實(shí)際生產(chǎn)中鹽水注入容器時(shí)，會(huì)使電極周圍的鹽水不停地振動(dòng)，這會(huì)造成對(duì)測(cè)量的干擾，在容器上部加一個(gè)檢測(cè)電極，使其在與鹽水接觸時(shí)產(chǎn)生一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)，控制檢測(cè)的啟動(dòng)，就能提高系統(tǒng)的可靠性。44總結(jié) 在對(duì)這三個(gè)方案進(jìn)行了比較之后，綜合它們的設(shè)計(jì)難度、系統(tǒng)性能、和實(shí)際生產(chǎn)對(duì)該系統(tǒng)的要求等因素進(jìn)行考慮，確定方案三為最終的設(shè)計(jì)方案。雖然此方案的實(shí)現(xiàn)依然存在難點(diǎn)，但此方案的可行性和可靠性較高，為今后用于實(shí)際生產(chǎn)打下了基礎(chǔ)，也為實(shí)際測(cè)量的準(zhǔn)確性提供了保證。5 電路分析 整個(gè)電路由三部分組成，這三個(gè)部分分別負(fù)責(zé)產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)、檢測(cè)信號(hào)的

32、預(yù)處理和檢測(cè)信號(hào)的采集。系統(tǒng)的組成示意圖如下： 檢測(cè)電極激勵(lì)電極 檢測(cè)電極 檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生產(chǎn)生1kHz脈沖孫正孫正孫正放大電路A=10放大電路A=10線性光耦線性光耦低通濾波低通濾波ADAD C P U 檢測(cè) 信號(hào) 采集 檢 測(cè) 信 號(hào) 預(yù)處理驅(qū)動(dòng) 圖5-0-1 系統(tǒng)模塊示意圖51測(cè)量信號(hào)的產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)是指將一脈沖信號(hào)輸入接在鹽水中的激勵(lì)電極后，在檢測(cè)電極上產(chǎn)生的信號(hào)。系統(tǒng)中有兩路檢測(cè)信號(hào)，接在容器上方的電極產(chǎn)生的信號(hào)還要用于控制檢測(cè)信號(hào)采集的開(kāi)始。輸入鹽水的脈沖信號(hào)是由單片機(jī)經(jīng)編程實(shí)現(xiàn)的，脈沖頻率為10kHz，幅度為50mV。它主要使用了單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)的資源，通過(guò)程序控制其輸出每0.1ms跳

33、變一次，即周期等于0.1ms，從而得到所需的頻率為10kHz的脈沖信號(hào)。在輸入鹽水之前，由單片機(jī)輸出的脈沖信號(hào)要經(jīng)過(guò)一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)其進(jìn)行阻抗匹配和光電隔離，經(jīng)過(guò)這一驅(qū)動(dòng)電路的信號(hào)才能作為激勵(lì)信號(hào)輸入鹽水，以保證輸出的檢測(cè)信號(hào)可以是穩(wěn)定的信號(hào)，同時(shí)也易于采集。電路中這一驅(qū)動(dòng)電路包括了光耦隔離芯片TL2521-4組成的隔離電路和由集成運(yùn)放芯片LM324組成的電壓跟隨器。 圖5-1-1驅(qū)動(dòng)電路52測(cè)量信號(hào)的預(yù)處理從鹽水中輸出的測(cè)量信號(hào)是一個(gè)很微弱且不十分穩(wěn)定的信號(hào)。需要經(jīng)過(guò)一系列的預(yù)處理之后，才能進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)。信號(hào)預(yù)處理的過(guò)程一般包括放大、濾波和隔離等步奏。這部分電路是為后面能正常、準(zhǔn)確地

34、采集到檢測(cè)信號(hào)做的準(zhǔn)備。521初級(jí)放大電路初級(jí)放大電路是用來(lái)對(duì)微弱的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大的電路，采用的是運(yùn)算放大器芯片LM324組成的反向放大器，放大倍數(shù)=10，電路如圖5-2-1所示。放大器采用單電源供電, 由R1、R2組成1/2V+偏置,C1是消振電容。放大器電壓放大倍數(shù)Av僅由外接電阻Ri、Rf決定：Av=-Rf/Ri。負(fù)號(hào)表示輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相反。按圖中所給數(shù)值, Av=-10。此電路輸入電阻為Ri。一般情況下先取Ri與信號(hào)源阻相等,然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)再選定Rf。Co和Ci為耦合電容。電路如圖5-2-1所示 圖5-2-1反相放大電路522線性光耦電路線性光耦電路是用來(lái)進(jìn)行隔離的電

35、路，其作用是使前后電路獨(dú)立，從而減少相互之間的影響帶來(lái)的干擾。為達(dá)到線性耦合的目的，系統(tǒng)中使用的是由線性光耦芯片HCNR201構(gòu)成的耦合電路。電路如圖5-2-2所示。 圖5-2-2線性光耦電路HCNR201線性光耦芯片的光耦原理與普通光耦沒(méi)有差別,只是將普通光耦的單發(fā)單收模式稍加改變,增加一個(gè)用于反饋的光接受電路進(jìn)行反饋。這樣,雖然兩個(gè)光接受電路都是非線性的,但兩個(gè)光接受電路的非線性特性都是一樣的,這樣,就可以通過(guò)反饋通路的非線性來(lái)抵消直通通路的非線性,從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)線性隔離的目的。芯片的1、2引作為隔離信號(hào)的輸入,3、4引腳用于反饋,5、6引腳用于輸出。523濾波電路濾波電路則可以把檢測(cè)信號(hào)中

36、的高頻部分濾去，使信號(hào)變得平滑，便于進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)中的這部分電路是利用運(yùn)算放大器構(gòu)成的低通放大器，電路如圖5-2-3所示。圖4-2-3 濾波電路53檢測(cè)信號(hào)的采集檢測(cè)信號(hào)的采集工作是由AD轉(zhuǎn)換芯片、單片機(jī)組成的電路完成的，并對(duì)單片機(jī)編寫的程序控制采集的過(guò)程。531 AD轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)中用到的AD轉(zhuǎn)換芯片是TLC0831，它的典型的應(yīng)用電路如下圖4-3-1所示。圖4-3-1 TLC0831AD轉(zhuǎn)換芯片的應(yīng)用電路TLC0831是8位逐次逼近電壓型A/D轉(zhuǎn)換器，支持單信道輸入串口輸出，極性設(shè)置固定，不需尋址。其部有一采樣數(shù)據(jù)比較器將輸入的摸擬信號(hào)微分比較后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。摸擬電壓的差分輸入方式有利

37、于抑制共摸信號(hào)和減少或消除轉(zhuǎn)換的偏移誤差。而且，電壓基準(zhǔn)輸入可調(diào)，使得小圍摸擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化時(shí)的分辨率更高。由標(biāo)準(zhǔn)移位寄存器或微處理器將時(shí)間變化的數(shù)字信號(hào)分配到串口輸出，當(dāng)IN-接地時(shí)為單端工作，此時(shí)IN+為輸入，也可將信號(hào)差分后輸入到N+與N-之間，此時(shí)器件處于雙端工作狀態(tài)。其主要特點(diǎn)如下：(1)8位分辨率；(2) 單信道差分輸入；(3) 5V的電源提供0-5V可調(diào)基準(zhǔn)電壓；(4)輸入輸出可與TTL和MOS兼容；(5) 總失調(diào)誤差為1SB532單片機(jī)電路系統(tǒng)中使用的單片機(jī)的型號(hào)為W78E58B，芯片引腳如圖5-3-2所示。W78E58B是具有帶 ISP功能的Flash EPROM的低功耗8位微

38、控制器；ISP功能的 Flash EPROM可用于固件升級(jí)。它的指令集同標(biāo)準(zhǔn)8052指令集完全兼容。W78E58B包含32K字節(jié)的主ROM、4K字節(jié)的輔助 ROM。（位于 4K 字節(jié)輔助ROM中的裝載（loader）程序，可以讓用戶更新位于32K主ROM中的程序容。）512字節(jié)片 RAM；4個(gè)8位雙向、可位尋址的 I/O 口；一個(gè)附加的4 位 I/O 口 P4；3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器與一個(gè)串行口。這些外圍設(shè)備都由有8個(gè)中斷源和2級(jí)中斷能力的中斷系統(tǒng)支持。為了方便用戶進(jìn)行編程和驗(yàn)證，W78E58B含的ROM允許電編程和電讀寫。一旦代碼確定后，用戶就可以對(duì)代碼進(jìn)行保護(hù)。圖5-3-2 W78E58B

39、引腳圖W78E58B有兩種節(jié)電模式，空閑模式和掉電模式，兩種模式均可由軟件來(lái)控制選擇?？臻e模式下，處理器時(shí)鐘被關(guān)閉，但外設(shè)仍繼續(xù)工作。在掉電模式下晶體振蕩器停止工作，以將功耗降至最低。外部時(shí)鐘可以在任何時(shí)間與狀態(tài)下被關(guān)閉，而不影響處理器運(yùn)行。W78E58B的體系結(jié)構(gòu)包括一個(gè)外圍有多個(gè)寄存器的核心控制器，4個(gè)通用 I/O口，一個(gè)4位可編程特殊功能 I/O口，512字節(jié)的 RAM，3個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和一個(gè)串行口。處理器支持 111 條不同的操作碼，并可訪問(wèn)64K的程序地址空間和64K的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。W78E58B有512字節(jié)的片RAM，它被分成了2個(gè)區(qū)，一個(gè)256字節(jié)的暫存RAM區(qū)，和一個(gè)256字

40、節(jié)的輔助RAM區(qū)。這些RAM通過(guò)不同的方式尋址。地址為0H-7FH的RAM。這些RAM可以用與8051一樣的直接或間接尋址方式來(lái)尋址。在選定的RAM區(qū)，尋址指針是R0和R1。地址為80H-FFH的RAM 只能以與8051一樣的間接尋址方式來(lái)尋址，在選定的RAM區(qū)，尋址指針是R0和R1。定時(shí)器0、1、2 分別包含2個(gè)8位數(shù)據(jù)寄存器。它們是定時(shí)器0下的TL0、TH0，定時(shí)器1 下的 TL1、TH1，定時(shí)器2下的 TL2、TH2。采集數(shù)據(jù)的工作流程圖如圖5-3-3所示：注入鹽水采集檢測(cè)電極1的數(shù)據(jù)容器是否裝滿？采集檢測(cè)電極2的數(shù)據(jù)電導(dǎo)率是否符合標(biāo)準(zhǔn)？NoYes輸出OUTPUT信號(hào)另作處理NoYes圖

41、5-3-3采集數(shù)據(jù)的工作流程圖采集數(shù)據(jù)的程序用C51編寫。（程序見(jiàn)附錄二）系統(tǒng)的電路圖如圖：6統(tǒng)優(yōu)化-提高系統(tǒng)的抗干擾能力自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)在工作的過(guò)程中， 有時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)某些不正常的現(xiàn)象，這表明存在著來(lái)自部或外部的影響其正常工作的各種因素，尤其是被測(cè)信號(hào)很微弱時(shí)，問(wèn)題就更加突出了。這樣一些因素總稱為干擾。干擾不僅能使系統(tǒng)測(cè)量和控制失靈，以致降低產(chǎn)品的質(zhì)量，甚至造成全系統(tǒng)無(wú)常工作，對(duì)生產(chǎn)造成損失和事故。而隨著電子裝置的小型化、集成化、數(shù)字化和智能化的迅速發(fā)展，干擾的抑制和排除工作就變得更為重要了。提高系統(tǒng)抗干擾的能力，首先應(yīng)分析干擾產(chǎn)生的原因、干擾的引入方式與途徑，才能有針對(duì)地的解決系統(tǒng)抗干擾的問(wèn)題

42、。61關(guān)于干擾6.1.1 干擾的分類研究干擾的分類是為了讓我們更好地了解各種干擾產(chǎn)生的原因，從而學(xué)會(huì)分析系統(tǒng)中出現(xiàn)的或可能出現(xiàn)干擾的成因，在改進(jìn)方案時(shí)做到追根溯源，對(duì)癥下藥。外部干擾：由于系統(tǒng)工作的外部環(huán)境所造成的干擾。主要有溫度、光、濕度和化學(xué)變化等產(chǎn)生的干擾。這些干擾對(duì)于要求高測(cè)量精度的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是必須設(shè)法控制的。部干擾：由系統(tǒng)部的各種元器件、信道、負(fù)載和電源等引起的各種干擾。常見(jiàn)的有信號(hào)通道干擾，電源干擾和數(shù)字電路干擾。6.1.2干擾的引入途徑 研究干擾的引入途徑是因?yàn)樵肼曇ㄟ^(guò)一定的途徑侵入傳感器裝置才會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響，因此我們只有了解了干擾的這些引入途徑和作用方式，才能有效地切斷這

43、些途徑，以達(dá)到消除、抑制干擾的目的。干擾的引入途徑主要有從“路”引入和從“場(chǎng)”引入兩種形式。從“路”引入的干擾(1) 漏電流耦合形成的干擾：它是由于絕緣不良，由流經(jīng)絕緣電阻的漏電流所引起的。漏電流耦合干擾經(jīng)常發(fā)生的情況如下：當(dāng)用傳感器測(cè)量較高的直流電壓時(shí)；在傳感器附近有較高的直流電壓時(shí)；在高輸入阻抗的直流放大電路中；(2) 傳導(dǎo)耦合形成的干擾：噪聲是經(jīng)導(dǎo)線耦合到電路中去的，是最明顯的干擾現(xiàn)象。當(dāng)導(dǎo)線經(jīng)過(guò)具有噪聲的環(huán)境時(shí)，即拾取噪聲，并經(jīng)導(dǎo)線送到電路而造成干擾。傳導(dǎo)耦合的主要現(xiàn)象是噪聲經(jīng)電源線傳到電路中來(lái)，通常交流供電線路在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的分布，實(shí)際上構(gòu)成了一個(gè)吸收各種噪聲的網(wǎng)絡(luò)，噪聲可十分方便地以電

44、路傳導(dǎo)的形式傳到各處，并經(jīng)過(guò)電源引入線進(jìn)入各種電子裝置，造成干擾。實(shí)踐證明，經(jīng)電源線引入電子裝置的干擾無(wú)論從廣泛性和嚴(yán)重性來(lái)說(shuō)都十分明顯，但常常被人們忽視。(3) 共阻抗耦合形成的干擾：共阻抗耦合是由于兩個(gè)電路共有阻抗，當(dāng)一個(gè)電路中有電流流過(guò)時(shí)，通過(guò)共有阻抗便在另一個(gè)電路上產(chǎn)生的電壓。例如，幾個(gè)電路由同一個(gè)電源供電時(shí)，會(huì)通過(guò)電源阻相互干擾，在放大極通過(guò)接地線電阻相互干擾。從“場(chǎng)”引入的干擾(1) 靜電耦合形成的干擾：電場(chǎng)耦合實(shí)質(zhì)上是電容性耦合，它是由于在兩個(gè)電路之間存在寄生電容，可使一個(gè)電路的電荷變化影響另一個(gè)電路。當(dāng)有幾個(gè)噪聲源同時(shí)經(jīng)靜電耦合干擾同意接受電路時(shí)，只要是現(xiàn)行電路，就可以使用疊加

45、遠(yuǎn)離分別對(duì)格在生源干擾進(jìn)行分析。(2) 電磁耦合形成的干擾：電磁耦合又稱互感耦合，它是由于在兩個(gè)電路之間存在互感，一個(gè)電路的電流變化，通過(guò)磁鉸鏈會(huì)影響到另一個(gè)電路，例如在傳感器部線圈或變壓器的漏磁是對(duì)鄰近電路的一種很嚴(yán)重的干擾，在電子裝置外部線圈在較長(zhǎng)一段區(qū)間平行架設(shè)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生電磁耦合干擾。(3) 輻射電磁場(chǎng)耦合形成的干擾：輻射電磁場(chǎng)通常來(lái)源于大功率高頻電氣設(shè)備，管波發(fā)射臺(tái)，電視發(fā)射臺(tái)等，如果再輻射電磁場(chǎng)中方只一個(gè)導(dǎo)體，則在導(dǎo)體上產(chǎn)生正比強(qiáng)電磁場(chǎng)強(qiáng)度的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，輸配電線路，特別是架空輸配電線路都將在輻射電磁場(chǎng)中感應(yīng)出干擾電動(dòng)勢(shì)，并且通過(guò)供電線路侵入傳感器，造成干擾，在大功率廣播發(fā)射機(jī)附近的

46、強(qiáng)電磁場(chǎng)中，傳感器外殼或傳感器壁尺寸較小的導(dǎo)體也能感應(yīng)出較大的干擾電動(dòng)勢(shì)，例如，當(dāng)中波廣播發(fā)射的垂直極化波的強(qiáng)度為100mV/m、長(zhǎng)度為10cm的垂直導(dǎo)體可以產(chǎn)生5mV的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。6.1.3干擾的量度與計(jì)算各種干擾在傳感器系統(tǒng)的輸出端往往反映為一些與檢測(cè)量無(wú)關(guān)的電信號(hào)，這些無(wú)用的電信號(hào)稱為噪聲，當(dāng)噪聲達(dá)到檢測(cè)電路無(wú)常工作時(shí)，該噪聲電壓稱為干擾電壓。信噪比在測(cè)量過(guò)程中，人們不希望有噪聲，但是人們無(wú)法完全排除噪聲，實(shí)際上只能要求噪聲盡可能小些，究竟允許多大的噪聲存在，則必須與有用信號(hào)聯(lián)系在一起考慮，顯然又用信號(hào)很強(qiáng)時(shí)，則可以允許有較大的噪聲；有用信號(hào)很弱時(shí)，則允許的噪聲必須很小，于是，很自然就產(chǎn)

47、生了“信噪比”這一概念?！靶旁氡取敝傅氖窃谛盘?hào)通道中有用信號(hào)成分與噪聲成分之比，他表示噪聲對(duì)有用信號(hào)影響的大小，設(shè)有用功率為，有用信號(hào)電壓為，噪聲功率為，噪聲電壓為，則用dB（分貝）為單位表示信噪比為由上式可知，信噪比越大，表示噪聲對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響越小，即干擾越不明顯，在測(cè)量過(guò)程中應(yīng)盡可能提高信噪比。6.2干擾的抑制方法 抑制干擾的基本措施中消除干擾源是最有效最徹底的方法，但實(shí)際上不少干擾源是不可消除的，人們?cè)陂L(zhǎng)期的生產(chǎn)中總結(jié)出了許多行之有效的抗干擾技術(shù)，常用的方法有接地、隔離、濾波、屏蔽等。(1) 接地技術(shù) 這里的“地”是指輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的公共零電位，它本身可能與相隔。接地已不僅是為保護(hù)

48、人身和設(shè)備安全，也是為抑制噪聲干擾，保證系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)鍵技術(shù)，在設(shè)計(jì)和安裝的過(guò)程中，如果能正確的處理各處的接地，是可以抑制大部分的干擾的，因此接地是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須充分考慮的問(wèn)題。下面是在處理接地時(shí)經(jīng)常遇到的一些問(wèn)題，以與處理這些問(wèn)題的原則。交流地與信號(hào)地在一段電源地線的兩點(diǎn)間會(huì)有數(shù)毫伏，甚至幾伏的電壓，對(duì)低點(diǎn)平的信號(hào)電路來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)非常嚴(yán)重的干擾，必須加以隔離和防治，因此，交流地和信號(hào)地不能公用。模擬地與數(shù)字地模擬地是模擬信號(hào)的公共零點(diǎn)位，數(shù)字地是數(shù)字信號(hào)的公共零點(diǎn)位。由于數(shù)字信號(hào)處于脈沖工作狀態(tài)，它在接地阻抗上產(chǎn)生的壓降往往成為微弱模擬信號(hào)的干擾源，為避免數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)的干擾，兩者的地線

49、應(yīng)分別設(shè)置為宜。一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)印制電路板的基本原則是高頻電路應(yīng)就近多點(diǎn)接地，低頻電路應(yīng)一點(diǎn)接地。(2) 隔離與耦合在抗干擾措施中，還采用各種隔離和耦合的方式來(lái)提高系統(tǒng)的抗干擾能力，使用這種方法的原理就是，讓兩個(gè)電路相互獨(dú)立，不形成一個(gè)環(huán)路，從而減少兩個(gè)電路之間的相互影響。實(shí)際操作中經(jīng)常使用光電耦合器件、變壓器、電壓跟隨器作為隔離電路?，F(xiàn)在最常用到的隔離方法是光電耦合隔離，它具有以下的優(yōu)點(diǎn)：(1)光電耦合器件響應(yīng)速度較其他隔離方法快得多；(2)因?yàn)楣獾膫鬏斒菃蜗虻?，所以輸出的信?hào)不會(huì)反饋影響輸入端；(3)輸入輸出回路完全是隔離的，能很好地解決不同電位、不同邏輯之間的隔離和傳輸?shù)?/p>

50、矛盾。線性光電耦合器件常用在模擬電路中的信號(hào)線性變換場(chǎng)合。(3) 濾波技術(shù)濾波器是一支噪聲干擾的重要的手段之一，所謂濾波器技術(shù)就是用電容和電感線圈或電容和電阻組成的濾波器。常接在電源輸出端，測(cè)量線路輸入端，放大器輸入端等處，使干擾信號(hào)衰減，以阻止干擾信號(hào)進(jìn)入放大器。常用的又RC型、LC型機(jī)雙T型等。選用濾波器時(shí)應(yīng)考慮：對(duì)干擾頻率的信號(hào)衰減100倍以上；合理的選擇濾波器件的參數(shù)，減少濾波電路對(duì)負(fù)載的影響；濾波器的時(shí)間常數(shù)對(duì)自動(dòng)檢測(cè)測(cè)系統(tǒng)性能的影響。(4) 屏蔽技術(shù)利用金屬材料制成容器，將需要防護(hù)的電路寶在其中，可以防止電場(chǎng)或磁場(chǎng)的耦合干擾，此種方法稱為屏蔽。屏蔽分為靜電屏蔽、電磁屏蔽和低頻磁屏蔽

51、等幾種。63抗干擾技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用為提高本系統(tǒng)的性能，在對(duì)系統(tǒng)中可能存在的干擾進(jìn)行了分析之后，找到了這些干擾村產(chǎn)生的原因和引入的途徑，在系統(tǒng)中采用了相應(yīng)的抑制干擾的方法來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性。(1)接地技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用為了保證系統(tǒng)中檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生電路和檢測(cè)信號(hào)采集電路的獨(dú)立，盡量避免他們通過(guò)地線相互干擾,在設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)@兩部分電路的接地線進(jìn)行了分別的處理。(2)光耦技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用系統(tǒng)中采用了光耦芯片TL2521-4和線性光耦芯片HCNR201構(gòu)成的耦合電路，對(duì)信號(hào)的傳輸起到了非常有效的隔離作用。而線性光耦的應(yīng)用不僅有效的抑制了系統(tǒng)中的干擾，還使耦合電路前后的信號(hào)具有良好的線性關(guān)系。保證了測(cè)量

52、的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)用的抑制干擾手段的示意圖如圖6-3-1所示。檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)采集GND1GND2光 耦VCC1VCC2圖6-3-1系統(tǒng)接地、光耦處理示意圖7 結(jié)論隨著我國(guó)加快三農(nóng)建設(shè)步伐，農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成為了關(guān)注的熱點(diǎn)。雖然我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，但我國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域中很多課題的研究還處于落后狀態(tài)，而經(jīng)驗(yàn)的匱乏又限制了研究人員在這一領(lǐng)域的發(fā)揮。在經(jīng)過(guò)對(duì)牛奶電導(dǎo)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)這個(gè)課題的研究之后，我也逐漸體會(huì)到了面對(duì)這樣一個(gè)課題時(shí)所需要克服的困難是很多的，但在一次又一次的嘗試之后，最終還是完成了課題的研究，并得到了解決相關(guān)問(wèn)題的很多經(jīng)驗(yàn)。在研究的開(kāi)始階段，進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證各種方案的的必要步奏

53、，在實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)許多理論中涉與不到的現(xiàn)象，這對(duì)確定方案是有所幫助的。在本課題的研究過(guò)程中，就是經(jīng)過(guò)了對(duì)三種的方案的試驗(yàn)之后，通過(guò)綜合的考慮，最終確定利用脈沖信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)證明，這一方案實(shí)現(xiàn)起來(lái)有較高的可靠性，能夠保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，也能滿足實(shí)際生產(chǎn)的各種要求。在確定方案之后的電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，我查閱了大量的相關(guān)資料，對(duì)每部分電路進(jìn)行分析，目的是為了找到既能有針對(duì)性地完成該系統(tǒng)所要求的任務(wù)，又簡(jiǎn)單易行的電路，最終挑選到的是一些經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的典型電路來(lái)完成相應(yīng)的功能。這也可以降低調(diào)試的難度。對(duì)芯片的選擇則是本著“物美價(jià)廉”的原則，盡量在保證系統(tǒng)可靠性的前提下，降低系統(tǒng)成本。為了便于在生產(chǎn)中使用，

54、此系統(tǒng)已經(jīng)與奶牛自動(dòng)飼養(yǎng)管理系統(tǒng)的其他功能模塊集成在了一起，并被制成了PCB板。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)調(diào)試成功，并達(dá)到了預(yù)期效果。實(shí)際使用效果表明，該系統(tǒng)工作情況穩(wěn)定，能自動(dòng)完成牛奶電導(dǎo)檢測(cè)，并將電導(dǎo)率合格的牛奶導(dǎo)入輸送管道，將電導(dǎo)率不合格的牛奶進(jìn)行相應(yīng)處理的整個(gè)牛奶采集生產(chǎn)過(guò)程。雖然該系統(tǒng)已經(jīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，但對(duì)這一課題的研究仍然沒(méi)有停止，還可以在系統(tǒng)中使用很多更先進(jìn)的技術(shù)來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)的性能。在研究過(guò)程中，我通過(guò)資料了解到，許多國(guó)外的牛奶生產(chǎn)廠從鮮奶采集到制成品的運(yùn)輸已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用于鮮奶的采集、成分檢測(cè)、分類、脂肪分離等各個(gè)環(huán)節(jié)。先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)不僅保證了乳制品的質(zhì)量，也有效地節(jié)約了能源，減少了污染。這些技術(shù)都是我們今后研究的方向，也是養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的方向。由于畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間有限，我對(duì)本課題的研究只能告一段落。我相信今后我國(guó)對(duì)這一領(lǐng)域的研究必將趕