自动检测与转换技术论文

1、湖南科技大学潇湘学院检测与转换技术课程设计任务书系 电气工程 专 业 电气工程及其自动化 班 级 一班 学 号 1254010103 姓 名 余波军 指导教师 沈红远 一. 环境监测目的环境监测的目的是准确、及时、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为环境管理、污染源控制、环境规划等提供科学依据。具体可归纳为:（1）根据环境质量标准，评价环境质量。（2）根据污染分布情况，追踪寻找污染源，为实现监督管理、控制污染提供依据。（3）收集本底数据，积累长期监测资料，为研究环境容量、实施总量控制、目标管理、预测预报环境质量提供数据。（4）为保护人类健康、保护环境、合理使用自然资源、制订环境法规、标准、规划

2、等服务。（一）按监测目的分类1、监视性监测（又称为例行监测或常规监测）对指定的有关项目进行定期的、长时间的监测，以确定环境质量及污染源状况、评价控制措施的效果，衡量环境标准实施情况和环境保护工作的进展。这是监测工作中量最大面最广的工作。监视性监测包括对污染源的监督监测（污染物浓度、排放总量、污染趋势等）和环境质量监测（所在地区的空气、水质、噪声、固体废物等监督监测）。2、特定目的监测（又称为特例监测或应急监测）根据特定的目的可分为以下四种：（1）污染事故监测：在发生污染事故时进行应急监测，以确定污染物扩散方向、速度和危及范围，为控制污染提供依据。这类监测常采用流动监测（车、船等）、简易监测、低

3、空航测、遥感等手段。（2）仲裁监测：主要针对污染事故纠纷、环境法执行过程中所产生的矛盾进行监测。仲裁监测应由国家指定的具有权威的部门进行，以提供具有法律责任的数据（公证数据），供执法部门、司法部门仲裁。（3）考核验证监测：包括人员考核、方法验证和污染治理项目竣工时的验收监测。（4）咨询服务监测：为政府部门、科研机构、生产单位所提供的服务性监测。例如建设新企业应进行环境影响评价，需要按评价要求进行监测。3、研究性监测（又称科研监测） 研究性监测是针对特定目的科学研究而进行的高层次的监测。例如环境本底的监测及研究；有毒有害物质对从业人员的影响研究；为监测工作本身服务的科研工作的监测，如统一方法、标

4、准分析方法的研究、标准物质的研制等。这类研究往往要求多学科合作进行。（二）按监测介质对象分类可分为水质监测、空气监测、土壤监测、固体废物监测、生物监测、噪声和振动监测、电磁辐射监测、放射性监测、热监测、光监测、卫生（病源体、病毒、寄生虫等）监测等。文章由华晨仪器整理。二. 系统工作原理本次设计的目的是设计一种基于单片机控制的环境监测系统。本系统属于多功能系统，可以设定温湿度和有害气体浓度的报警上下限，当温度不在设置范围内时，则报警提示；当有害气体浓度超过设定值时，则报警提示。该设计控制器使用单片机。本监测系统由温湿度传感器电路、单片机系统、温湿度显示电路、有害气体浓度监测的A/D转换电路、键盘

5、、报警电路构成。其基本工作原理：温湿度传感器内部的温度敏感元件和湿度敏感元件分别将温度和湿度转换成电信号，该信号首先进入内部的微弱的信号放大器进行放大，然后进入一个14位的内部A/D转换器，最后经过二线串行数字接口输出数字信号传给单片机系统，单片机系统根据显示需要对数字信号进行处理，再送入液晶显示系统，温湿度值便在液晶屏上显示出来了。同理，有害气体浓度检测电路接收到电信号，经过A/D转换器将其转换成数字信号传给单片机系统，由单片机系统判断是否超过设定值，超过则报警。总体设计方案框图如下图所示： 系统工作原理图2.1A/D转换器的选择在工业控制和智能化仪表中，常用单片机进行实时控制及实时数据处理

6、。单片机加工的信息都是数字量，而被控制或测量对象的有关参量往往是连续变化的模拟量，如温度、压力、流量等，通过传感器将这些信号转成模拟信号。单片机要处理这种信号，首先必须将模拟量转换成数字量，这一转换过程就是模/数转换，现实的模/数转换的设备称为A/D转换器或ADC。A/D转换电路种类很多，目前在实用、教学方面使用较多的两种A/D转换器是ADC0809和TLC1543。在选择A/D转换器时，主要考虑以下的一些技术指标：转换时间和转换频率、量化误差与分辨率、转换精度、接口形式等。目前，较为流行的A/D转换器很多都采用了串行接口，这使得这类芯片与单片机的硬件连接非常简单。出于成本考虑，本次的设计采用

7、串行接口的TLC1543而非并行接口的ADC0809。下面将简单介绍一下TLC1543。下图是TLC1543的引脚示意图。 TLC1543芯片模型TLC1543是由TI公司开发的开关电容式A/D转换器，该芯片具有如下特点：10位精度、11通道、三种内建的自测模式、提供EOC（转换完成）信号等。该芯片与单片机的接口采用串行接口方式，引线很少，与单片机连接简单。其中AIN0AIN10是11路输入，REF+和REF-分别是参考电源的正负引脚，使用时一般将REF-接到系统的地，达到一点接地的要求，以减少干扰。其余引脚是TLC1543与CPU的接口，其中CS为片选端，如不需片选，可直接接地。CLK是芯片

8、的时钟端，ADDR是地址选择端，SDO是数据输出端，这三根引脚分别接到CPU的三个I/O端即可。EOC用于指示一次A/D转换已完成，CPU可以读取数据，该引脚是低电平有效，根据需要，该引脚可接入CPU的中断引脚，一旦数据转换完成，向CPU提出中断请求。此外，也可以将该引脚接入一个普通的I/O引脚，CPU通过查询该引脚的状态来了解当前的 状态，甚至该引脚也可以不接，在CPU向TLC1543发出转换命令后，过一段固定的时间去读取数据即可。2.2显示方式选择LED是发光二极管Light Emitting Diode的英文缩写。LED应用可分为两大类：一是LED单管应用，包括背光源LED，红外线LED

9、等；另外就是LED显示屏，目前，中国在LED基础材料制造方面与国际还存在着一定的差距，但就LED显示屏而言，我国的设计和生产技术水平基本与国际同步。LED显示屏是由发光二极管排列组成的一种显示器件。发光二极管是由半导体发光材料做成的PN结，只要在发光二极管两端通过正向电流5-20mA就能达到正常发光，发光颜色通常有红、绿、黄、白等颜色。单个发光二极管通常是通过亮、灭来指示系统运行状态和用快速闪烁来报警。它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远等特点。通常所说的LED数码管显示器由7个发光二极管组成，因此也称之为七段LED显示器，显示器中还有一个

10、圈点型发光二极管，用于显示小数点。通过七个发光二极管亮暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其它符号。LCD显示器的原文是Liquid Crystal Display，取每字的第一个字母组成。其工作原理就是利用液晶的物理特性：通电时排列变得有序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。LCD的优点主要包括零辐射、低功耗、散热小、体积小、图像还原精确、字符显示锐利等。通过比较，LED与LCD有着根本的区别，首先是发光光源的不同，其次是显示效果的区别，LCD可显示精致画面，LED却不能。由于本设计应用于家庭环境，所以最好不要有辐射，不改变周围温度并且还要直观的多显示信息等。因此选择LCD

11、。下图是LCD的引脚示意图。 LCD芯片模型2.3设计语言的选择软件设计的主要任务就是对单片机的控制程序，实现课题所要求的各项功能。汇编语言作为单片机课程学习时所强化的一门语言，由于时序上很严谨，便于计算运行时间等优点，曾经广泛使用。但是随着单片机开发技术的不断发展，目前越来越多的人从使用汇编语言转向使用高级语言进行开发工作，尤以C语言为主，目前市场上常见的几种单片机均有C语言开发环境。下面简单介绍一下汇编语言和C语言。汇编语言是一种以处理器指令系统为基础的低级程序设计语言，它采用助记符表达指令操作码，采用表示符号表示指令操作数。利用汇编语言编写程序的主要优点是可以直接、有效地控制计算机硬件，

12、因而容易创建代码序列短小、运行快速的可执行程序。汇编语言有以下特点：直接和简捷，可有效地访问、控制计算机的各种硬件设备，如磁盘、存储器、CPU、I/O端口等，目标代码简短，占用内存少，执行速度快，是高效的程序设计语言。C语言是高级语言。它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元。C是结构式语言。结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰，便于使用、维护以及调试。C语言是以函数形式提供给用户的，这些函数可方便的调用，并具有多

13、种循环、条件语句控制程序流向，从而使程序完全结构化。C语言适用范围大。适合于多种操作系统，也适用于多种机型。C语言对编写需要硬件进行操作的场合也明显优于其它语言。综合考虑，C语言对我们以后的学习和工作有很大的帮助，所以，最终决定用C语言完成本次设计的软件工作。三. 传感器的选型及理由3.1烟感探测器HL-94IIL 烟雾探测器技术指标：工作电压：DC 12 V 静态电流：8mA报警电流：35mA工作温度：10to +50环境湿度：95%RH报警输出：继电器常开常闭探测灵敏度：、级监测面积：20平方米3.2数字温湿度传感器RZ-TH6LL 数字温湿度传感器技术指标：量程：-20-85，0100%

14、RH 传感器：进口温湿度一体化探头精度：±0.5 (0-50)，±3%RH (at 23，2590%R) 长期稳定性：0.1/5年，1%RH /5年响应时间：小于1S 输出：RS485 供电：12VDC 储存环境：-40-90，0-95%RH(不结露) 精度高、低漂移、响应速度快。3.3环境监控软件融智9000S系统机房功能实现系统四. 软件设计4.1系统软件总流程图如下：4.2温湿度测量模块设计温湿度测量子程序主要是SHT11的采集温湿度与转换温湿度并且传给单片机。SHT11内有2个敏感元件，它们将温度和湿度转成电信号，通过信号放大器将信号放大后，经原件内的14位A/D转

15、换器将电信号转换成数字信号，最后经过二线串口输出。温湿度测量子程序流程图如下：4.3A/D转换模块设计通过A/D转换，将电压信号转换成模拟信号送给单片机，然后由系统判断是否超过设定的值，超过则表示有害气体浓度超标，启动报警。A/D转换流程图如下：4.4判断及报警模块设计 当设置好上下限后，系统会进行判断，如果当前显示的温湿度不在设置的范围之内，则发出报警信号。若温湿度在设置的范围之内，则正常显示当前温湿度。本流程图主要是判断上下限是否设置有误，例如下限大于上限，然后判断实测值是否在上下限范围内。判断及报警流程图如下：4.5调试中遇到的及解决方案软件调试就是对编好的程序经行编译看是否出错，有错就

16、进行改进。幸运的是，编好的程序没有比较严重的逻辑错误，仅仅是一两个简单的语法错误，修改之后编译下载到单片机里运行时发现当温湿度显示超过3位数时，百位和十位不能正常显示，而是用“，”和“；”来代替。因此在主函数里加了一段关于显示百位和十位的数字的语句之后，就能在LCD上正常显示数字了。五. 总结通过本次监测系统的设计,我大有收获，在制作过程中，一定要注意的每个工骤的检查，确保制作成功。比如在合理选择模块，检查装配无误的情况下，如果还出现电路无输出的情况，那么可以肯定是原理图错误，这时就要回到原理图进行检查。从整体来说这是一个复杂的过程，要细心谨慎，沉着冷静，反复检查，直到找到原因为止。从得到题目到查找资料，从对题目的研究设定到程序的调试，从电路的调试到失败后再一次全部重新开始，在这一个充满挑战伴随挫折，充满热情伴随打击的过程中，我感触颇深，它已不仅是一个对我学习知识情况和我的思维能力的检验，而且还是对我的钻研精神，面对困难的心态，做事的毅力和耐心的考验。我在这个过程中深刻的感受到了做这样设计的意义所在，和我一样真正投入了身心去做的人也一定会有同样的感触。此次设计的环境监测系统应用范围比较广泛，在我们的日常生活中也比较常见，如温室大棚、天气情况的监控，消费电子领域对暖通空调的监控，内部都涉及到温、湿度监测，但是由于