牧場智能擠奶與綜合信息管理系統(tǒng)設(shè)計論文

計算計算機執(zhí)行器執(zhí)行器圖：智能化檢測控制系統(tǒng)基本組成(4)、A\D和D\A轉(zhuǎn)換電路能應(yīng)付一些不確定因素帶來的干擾(例如通電時容易使鹽水電解，不但影響食鹽質(zhì)量還對測量造成干擾)。這些問題在研究系統(tǒng)解決方案的過程中必須對這些問2課題概述2.1課題研究背景正是對實現(xiàn)一個智能化生產(chǎn)管理系統(tǒng)中所遇到的各種問題進行深入地研究和討系統(tǒng)中必不可少的一部分。分別應(yīng)用它來對等)或產(chǎn)品的屬性(如產(chǎn)品數(shù)量、質(zhì)量等)進行檢測，然后通過計算機對檢測結(jié)2.2系統(tǒng)設(shè)計的要求3課題說明3.1液晶屏顯示器 能力；而作為背光模組另一重要組件的棱鏡片(垂直和水平相間隔)則負責(zé)把光2、液晶面板(Panel)調(diào)制以得到最終畫面。跟背光模組一樣，液晶面板同樣很薄(厚度從數(shù)毫米到零點幾毫米不等),但其結(jié)構(gòu)并不簡單。作用。在液晶盒(通過特定澆鑄并扭曲了的液晶分子槽)之下的是主動驅(qū)動矩陣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調(diào)制成不同強度的輸出信號，液晶上的RGB濾色片(ColorFilter,CF)把液晶顯示器(LCD)是現(xiàn)在非常普遍的顯示器。它射低、易于攜帶等優(yōu)點。液晶顯示器(LCD)是基于液晶電光效應(yīng)的顯示器件?！芭で蛄行鸵壕э@示器”(TwistedNematicLiquidcrystaldisplay),“扭曲向列型液晶顯示器”簡稱“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。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，以使液晶順著一個特定且平行于玻璃表面之方向排列。(圖11a)中左邊玻璃使液晶排成上下與電場方向平行。因為液態(tài)晶的折射率隨液晶的方向而改變，其結(jié)果是光圖12所示)。偏振片偏振光若外加足夠大的電壓V使得液晶方向轉(zhuǎn)成與電場方向平行，光的偏振性就不會改變。因此光可順利通過第二個偏光器控制光的明暗。這樣會形成透光時為白、不透光時為黑3.2.1電導(dǎo)儀的測量原理引起離子在被測溶液中運動的電場是由與溶液直接接觸的二個電極產(chǎn)生的。此對測量電極必須由抗化學(xué)腐蝕的材料制成。實際中經(jīng)常用到的材料有鈦等。由二個電極組成的測量電極被稱為爾勞施(Kohlrausch)電極。幾何關(guān)系，電導(dǎo)可以通過電流、電壓的測量得到。這一測量原理在當(dāng)今直接顯示測量儀表中得到應(yīng)用。而K=L—A(A——測量電極的有效極板，L——兩常數(shù)可以通過幾何尺寸算出。當(dāng)兩個面積為1cm組成電極時，此電極的常數(shù)K=1cm-1。如果用此對電極測得電導(dǎo)值G=1000μ則被測溶液的電導(dǎo)率K=1000μS/cm。一般情況下，電極常形成部分非均勻電場。此時，電極常數(shù)必須用標(biāo)準(zhǔn)溶液進行確定。標(biāo)準(zhǔn)溶液一般都使用KCI溶液這是因為KCI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。0.1mol/l的KCI溶液在25℃時電導(dǎo)率為3.2.2電導(dǎo)率測量系統(tǒng)的組成6、安裝結(jié)構(gòu)(螺紋、法蘭、三夾頭連接等)接接觸),在電導(dǎo)值高于100mS時，要考慮電纜長度和電纜橫截面面積的影4方案驗證LLA直流分壓法就是把被測的對象當(dāng)作一個分壓電阻Rx,并把一個固定的直流電壓Vcc加在分壓電阻Rx和一個已知阻值的電阻r上，使這兩部分電阻上分別獲得一定的壓降，然后測量A點的電壓值UA,并對這個電壓值信號進行A\D轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換之后的信號輸入單片機電路進行分析和計算。通過公式可4.1.2試驗過程及現(xiàn)象把兩個金屬電極插在容器適當(dāng)?shù)奈恢茫姌O間的距離不宜過近，在容器中注入鹽水。用一臺穩(wěn)壓電源作為提供直流電壓的裝置。另外還需要一臺電壓表(測量精度要求在毫伏極)、一支100Ω的可變電阻。按照電路圖把電源提供直流電壓加在測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，測量A點的電壓UA,再把這幾次測得的電壓值帶入公式計算出鹽水的電導(dǎo)值(實驗數(shù)據(jù)見附錄)。實驗過程中會發(fā)現(xiàn)，隨著電壓加在測量電極上的時間越長，測量的結(jié)果越不穩(wěn)定，在將鹽水倒出之后，仔細的觀察還會發(fā)現(xiàn)，在測量電極上還有少量附著物，需要用水清洗才能清除。4.1.3直流分壓法的方案研究通過對電路原理以及試驗現(xiàn)象的分析，可以總結(jié)出該方案具有以下特點：此方案采用的是最常用的測量電阻的方法——直流分壓測電阻法，其原理很容易理解，其電路電路結(jié)構(gòu)也非常簡單，這些都為制作電路和調(diào)試電路提供了方便。而且，越簡單的電路工作起來越穩(wěn)定，不易出現(xiàn)故障。成一個電場，而電場存在于鹽水這種介質(zhì)中，鹽水中含有的金屬離子(如Na+離子、K+離子等)都會在這一強大的電場勢能作用下向負電極附近集中，另外一圖3-1-2極化現(xiàn)象示意圖4.2方案二：電容-電導(dǎo)轉(zhuǎn)換法4.2.1原理鹽水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以鹽水為介質(zhì)被測電容，電容和一個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，使被測電容兩端產(chǎn)生一個波形信號，把這一信號經(jīng)過濾波、放大、A\D轉(zhuǎn)換等處理電路輸入單片機電路進行計算，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)e,從而計算出鹽水的電導(dǎo)值。4.2.2實驗過程及現(xiàn)象正極板鹽水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，以保證檢測的準(zhǔn)確度。用信號發(fā)生器產(chǎn)生一個正弦交流信號，將此信號加在帶極板的容器和一支100Ω電阻組成的串聯(lián)電路上，用一臺示波器觀察A、B兩點之間的電壓波形，為得到一個穩(wěn)定的波形還要改變裝在容器兩側(cè)的極板的大小，以及信號發(fā)生器的頻率和幅度。當(dāng)使用面積較大的電極板時，測得的信號波形很不穩(wěn)定，很難獲得一個準(zhǔn)確的測量值。當(dāng)使用面積較小的電極板時，會使測得信號波形變得很微弱。當(dāng)將交流信號頻率和幅度調(diào)高的時候，輸出的信號相對容易測量。4.2.3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作為檢測信號，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。由于本方案是采用測量電容，再通過公式導(dǎo)出應(yīng)測的電導(dǎo)值的方法，使得計算過程非常復(fù)雜，這就增加了對單片機編程的難度。(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，從而越容易測量；但根據(jù)對實驗現(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，存在于極板之間的鹽水的截面面積越大，鹽水的流動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)公可知，極板之間的距離越小，電容C就越大，從而越便于測量，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)、高頻會導(dǎo)致電路調(diào)試?yán)щy在調(diào)高信號發(fā)生器的頻率和難度后會使測量變得簡單一些，但是信號的頻率越高，電路的制作和調(diào)試就越困難。(6)、不便于產(chǎn)生開關(guān)信號根據(jù)系統(tǒng)要求的功能，要在容器中的鹽水快裝滿時產(chǎn)生一個開關(guān)信號，控制檢測的開始，使用電極時可以采用多加一個電極的方法來產(chǎn)生此信號，但在本方案中不容易產(chǎn)生此開關(guān)量。脈沖測量法的電路示意圖如下：A12將一支激勵電極和兩支檢測電極接入鹽水，從激勵電極輸入一個10kHz的4.3.2實驗過程及現(xiàn)象(實驗數(shù)據(jù)見附錄)4.3.3脈沖測量法的方案研究4.4總結(jié)5電路分析低通濾波低通濾波放大電路A=10放大電路A=10線性光耦U5.1測量信號的產(chǎn)生電路中這一驅(qū)動電路包括了光耦隔離芯片TL2521-4組成的隔離電路和由集5.2測量信號的預(yù)處理從鹽水中輸出的測量信號是一個很微弱且不十分穩(wěn)定的信號。需要經(jīng)過一系列的預(yù)處理之后，才能進行A\D轉(zhuǎn)換輸入單片機。信號預(yù)處理的過程一般包括放大、濾波和隔離等步奏。這部分電路是為后面能正常、準(zhǔn)確地采集到檢測信號做的準(zhǔn)備。5.2.1初級放大電路初級放大電路是用來對微弱的檢測信號進行放大的電路，采用的是運算放大器芯片LM324組成的反向放大器，放大倍數(shù)Av=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。負號表示輸出信號與輸入信號相位相反。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與信號源內(nèi)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5.2.2線性光耦電路線性光耦電路是用來進行隔離的電路，其作用是使前后電路獨立，從而減少相互之間的影響帶來的干擾。為達到線性耦合的目的，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。5.2.3濾波電路A\D轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)中的這部分電路是利用運算放大器構(gòu)成的低通放大器，5-2-3所示。5.3檢測信號的采集G8234(1)8位分辨率；5.3.2單片機電路系統(tǒng)中使用的單片機的型號為W78E58B,芯片引腳如圖5-3-2所示。內(nèi)容。)512字節(jié)片內(nèi)RAM;4個8位雙向、可位尋址的I/O口；一個附加的4中斷源和2級中斷能力的中斷系統(tǒng)支持。為了方便用戶進行編程和驗證，代碼進行保護。INTP3.1236789mP21A9圖5-3-2W78E58B引腳圖TH0,定時器1下的TL1、TH1,定時器2下的TL2、TH2。采集數(shù)據(jù)的工作流程圖如圖5-3-3所示：采集檢測電極1的容器是否裝采集檢測電極2NoNo采集數(shù)據(jù)的程序用C51編寫。(程序見附錄二)6統(tǒng)優(yōu)化--提高系統(tǒng)的抗干擾能力自動檢測系統(tǒng)在工作的過程中，有時可能會出現(xiàn)某些不正常的現(xiàn)象，這表6.1.2干擾的引入途徑研究干擾的引入途徑是因為噪聲要通過一定的途徑侵入傳感器裝置才會對(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(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(3)共阻抗耦合形成的干擾：共阻抗耦合是由于兩個電路共有阻抗，當(dāng)一個(1)靜電耦合形成的干擾：電場耦合實質(zhì)上是電容性耦合，它是由于在兩個(2)電磁耦合形成的干擾：電磁耦合又稱互感耦合，它是由于在兩個電(3)輻射電磁場耦合形成的干擾：輻射電磁場通常來源于大功率高頻電氣設(shè)100mV/m、長度為10cm的垂直導(dǎo)體可以產(chǎn)生5mV的感應(yīng)電動勢。對有用信號影響的大小，設(shè)有用功率為Ps,有用信號電壓為Us,噪聲功率為PN,噪聲電壓為UN,則用dB(分貝)為單位表示信噪比為由上式可知，信噪比越大，表示噪聲對測量結(jié)果的影響越小，即干擾越不明顯，在測量過程中應(yīng)盡可能提高信噪比。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，但實際上不少干擾源是不可消除的，人們在長期的生產(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”是指輸入信號與輸出信號的公共零電位，它本身可能與大地相隔。接地已不僅是為保護人身和設(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)計和安裝的過程中，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)計中必須充分考慮的問題。下面是在處理接地時經(jīng)常遇到的一些問題，以及處理這些問題的原則。交流地與信號地在一段電源地線的兩點間會有數(shù)毫伏，甚至幾伏的電壓，對低點平的信號電路來說，這是一個非常嚴(yán)重的干擾，必須加以隔離和防治，因此，交流地和信號地不能公用。模擬地與數(shù)字地模擬地是模擬信號的公共零點位，數(shù)字地是數(shù)字信號的公共零點位。由于數(shù)字信號處于脈沖工作狀態(tài)，它在接地阻抗上產(chǎn)生的壓降往往成為微弱模擬信號的干擾源，為避免數(shù)字信號對模擬信號的干擾，兩者的地線應(yīng)分別設(shè)置為宜。一點接地和多點接地一般來說，系統(tǒng)內(nèi)印制電路板的基本原則是高頻電路應(yīng)就近多點接地，低頻電路應(yīng)一點接地。(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，讓兩個電路相互獨立，不形成一個環(huán)路，從而減少兩個電路之間的相互影響。實際操作中經(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：(1)光電耦合器件響應(yīng)速度較其他隔離方法快得多；(2)因為光的傳輸是單向的，所以輸出的信號不會反饋影響輸入端；(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(3)濾波技術(shù)LC型機雙T型等。①對干擾頻率的信號衰減100倍以上；(4)屏蔽技術(shù)6.3抗干擾技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用了這些干