牧场智能挤奶与综合信息管理系统设计论文

计算计算机执行器执行器图：智能化检测控制系统基本组成(4)、A\D和D\A转换电路能应付一些不确定因素带来的干扰(例如通电时容易使盐水电解，不但影响食盐质量还对测量造成干扰)。这些问题在研究系统解决方案的过程中必须对这些问2课题概述2.1课题研究背景正是对实现一个智能化生产管理系统中所遇到的各种问题进行深入地研究和讨系统中必不可少的一部分。分别应用它来对等)或产品的属性(如产品数量、质量等)进行检测，然后通过计算机对检测结2.2系统设计的要求3课题说明3.1液晶屏显示器 能力；而作为背光模组另一重要组件的棱镜片(垂直和水平相间隔)则负责把光2、液晶面板(Panel)调制以得到最终画面。跟背光模组一样，液晶面板同样很薄(厚度从数毫米到零点几毫米不等),但其结构并不简单。作用。在液晶盒(通过特定浇铸并扭曲了的液晶分子槽)之下的是主动驱动矩阵上下两层相互垂直的偏振膜和被扭转的液晶分子相配合使光线得以被显示信号调制成不同强度的输出信号，液晶上的RGB滤色片(ColorFilter,CF)把液晶显示器(LCD)是现在非常普遍的显示器。它射低、易于携带等优点。液晶显示器(LCD)是基于液晶电光效应的显示器件。“扭曲向列型液晶显示器”(TwistedNematicLiquidcrystaldisplay),“扭曲向列型液晶显示器”简称“TN型液晶显示器”。这种显示器的液晶组件构造如图11所示。薄膜以作电极之用。这种薄膜通常是一种铟(Indium)和锡(Tin)的氧化物(Oxide),简称ITO。然后再在有ITO的玻璃上镀表面配向剂，以使液晶顺着一个特定且平行于玻璃表面之方向排列。(图11a)中左边玻璃使液晶排成上下与电场方向平行。因为液态晶的折射率随液晶的方向而改变，其结果是光图12所示)。偏振片偏振光若外加足够大的电压V使得液晶方向转成与电场方向平行，光的偏振性就不会改变。因此光可顺利通过第二个偏光器控制光的明暗。这样会形成透光时为白、不透光时为黑3.2.1电导仪的测量原理引起离子在被测溶液中运动的电场是由与溶液直接接触的二个电极产生的。此对测量电极必须由抗化学腐蚀的材料制成。实际中经常用到的材料有钛等。由二个电极组成的测量电极被称为尔劳施(Kohlrausch)电极。几何关系，电导可以通过电流、电压的测量得到。这一测量原理在当今直接显示测量仪表中得到应用。而K=L—A(A——测量电极的有效极板，L——两常数可以通过几何尺寸算出。当两个面积为1cm组成电极时，此电极的常数K=1cm-1。如果用此对电极测得电导值G=1000μ则被测溶液的电导率K=1000μS/cm。一般情况下，电极常形成部分非均匀电场。此时，电极常数必须用标准溶液进行确定。标准溶液一般都使用KCI溶液这是因为KCI的电导率的不同的温度和浓度情况下非常稳定，准确。0.1mol/l的KCI溶液在25℃时电导率为3.2.2电导率测量系统的组成6、安装结构(螺纹、法兰、三夹头连接等)接接触),在电导值高于100mS时，要考虑电缆长度和电缆横截面面积的影4方案验证LLA直流分压法就是把被测的对象当作一个分压电阻Rx,并把一个固定的直流电压Vcc加在分压电阻Rx和一个已知阻值的电阻r上，使这两部分电阻上分别获得一定的压降，然后测量A点的电压值UA,并对这个电压值信号进行A\D转换，将转换之后的信号输入单片机电路进行分析和计算。通过公式可4.1.2试验过程及现象把两个金属电极插在容器适当的位置，电极间的距离不宜过近，在容器中注入盐水。用一台稳压电源作为提供直流电压的装置。另外还需要一台电压表(测量精度要求在毫伏极)、一支100Ω的可变电阻。按照电路图把电源提供直流电压加在测量电极和已知电阻的串联电路上。把电压源的电压幅度调整至不同的值，测量A点的电压UA,再把这几次测得的电压值带入公式计算出盐水的电导值(实验数据见附录)。实验过程中会发现，随着电压加在测量电极上的时间越长，测量的结果越不稳定，在将盐水倒出之后，仔细的观察还会发现，在测量电极上还有少量附着物，需要用水清洗才能清除。4.1.3直流分压法的方案研究通过对电路原理以及试验现象的分析，可以总结出该方案具有以下特点：此方案采用的是最常用的测量电阻的方法——直流分压测电阻法，其原理很容易理解，其电路电路结构也非常简单，这些都为制作电路和调试电路提供了方便。而且，越简单的电路工作起来越稳定，不易出现故障。成一个电场，而电场存在于盐水这种介质中，盐水中含有的金属离子(如Na+离子、K+离子等)都会在这一强大的电场势能作用下向负电极附近集中，另外一图3-1-2极化现象示意图4.2方案二：电容-电导转换法4.2.1原理盐水在盛有盐水的容器外加上两块电极板，将盐水块极板一同作为一个以盐水为介质被测电容，电容和一个已知阻值的电阻串联，并在此串联电路上加一交流电压，使被测电容两端产生一个波形信号，把这一信号经过滤波、放大、A\D转换等处理电路输入单片机电路进行计算，可以得出电容的值，再根据公式导出盐水介质的介电常数e,从而计算出盐水的电导值。4.2.2实验过程及现象正极板盐水制作一形状如图所示的容器，要求最好使用方形的容器，这样便于电极板的安装，电极板应与容器壁贴紧，以保证检测的准确度。用信号发生器产生一个正弦交流信号，将此信号加在带极板的容器和一支100Ω电阻组成的串联电路上，用一台示波器观察A、B两点之间的电压波形，为得到一个稳定的波形还要改变装在容器两侧的极板的大小，以及信号发生器的频率和幅度。当使用面积较大的电极板时，测得的信号波形很不稳定，很难获得一个准确的测量值。当使用面积较小的电极板时，会使测得信号波形变得很微弱。当将交流信号频率和幅度调高的时候，输出的信号相对容易测量。4.2.3电导-电容转换法的方案研究(1)、该方案避免了极化现象本方案采用交流信号作为检测信号，而且电极未与盐水直接接触，从而避免了方案一中由于在两极通直流而造成的极化现象。由于本方案是采用测量电容，再通过公式导出应测的电导值的方法，使得计算过程非常复杂，这就增加了对单片机编程的难度。(3)、很难确定极板的尺寸根据公式可知，极板面积S越大，电容C就越大，从而越容易测量；但根据对实验现象的分析可知，由于容器中的盐水难以保持静止状态，所以极板面积S较大时，存在于极板之间的盐水的截面面积越大，盐水的流动性所造成的影响就越明显，所以又应该使用面积很小的极板以保证测量的准确性。这就造成了矛盾。(4)、极板间距离d应尽量小根据公可知，极板之间的距离越小，电容C就越大，从而越便于测量，但这就需要容器的横截面积足够小，显然在生产中使用这种形状的容器是不符合生产要求的。(5)、高频会导致电路调试困难在调高信号发生器的频率和难度后会使测量变得简单一些，但是信号的频率越高，电路的制作和调试就越困难。(6)、不便于产生开关信号根据系统要求的功能，要在容器中的盐水快装满时产生一个开关信号，控制检测的开始，使用电极时可以采用多加一个电极的方法来产生此信号，但在本方案中不容易产生此开关量。脉冲测量法的电路示意图如下：A12将一支激励电极和两支检测电极接入盐水，从激励电极输入一个10kHz的4.3.2实验过程及现象(实验数据见附录)4.3.3脉冲测量法的方案研究4.4总结5电路分析低通滤波低通滤波放大电路A=10放大电路A=10线性光耦U5.1测量信号的产生电路中这一驱动电路包括了光耦隔离芯片TL2521-4组成的隔离电路和由集5.2测量信号的预处理从盐水中输出的测量信号是一个很微弱且不十分稳定的信号。需要经过一系列的预处理之后，才能进行A\D转换输入单片机。信号预处理的过程一般包括放大、滤波和隔离等步奏。这部分电路是为后面能正常、准确地采集到检测信号做的准备。5.2.1初级放大电路初级放大电路是用来对微弱的检测信号进行放大的电路，采用的是运算放大器芯片LM324组成的反向放大器，放大倍数Av=10,电路如图5-2-1所示。放大器采用单电源供电，由R1、R2组成1/2V+偏置，C1是消振电容。放大器电压放大倍数Av仅由外接电阻Ri、Rf决定：Av=-Rf/Ri。负号表示输出信号与输入信号相位相反。按图中所给数值，Av=-10。此电路输入电阻为Ri。一般情况下先取Ri与信号源内阻相等，然后根据要求的放大倍数再选定Rf。Co和Ci为耦合电容。电路如图5-2-1所示5.2.2线性光耦电路线性光耦电路是用来进行隔离的电路，其作用是使前后电路独立，从而减少相互之间的影响带来的干扰。为达到线性耦合的目的，系统中使用的是由线性光耦芯片HCNR201构成的耦合电路。电路如图5-2-2所示。5.2.3滤波电路A\D转换。系统中的这部分电路是利用运算放大器构成的低通放大器，5-2-3所示。5.3检测信号的采集G8234(1)8位分辨率；5.3.2单片机电路系统中使用的单片机的型号为W78E58B,芯片引脚如图5-3-2所示。内容。)512字节片内RAM;4个8位双向、可位寻址的I/O口；一个附加的4中断源和2级中断能力的中断系统支持。为了方便用户进行编程和验证，代码进行保护。INTP3.1236789mP21A9图5-3-2W78E58B引脚图TH0,定时器1下的TL1、TH1,定时器2下的TL2、TH2。采集数据的工作流程图如图5-3-3所示：采集检测电极1的容器是否装采集检测电极2NoNo采集数据的程序用C51编写。(程序见附录二)6统优化--提高系统的抗干扰能力自动检测系统在工作的过程中，有时可能会出现某些不正常的现象，这表6.1.2干扰的引入途径研究干扰的引入途径是因为噪声要通过一定的途径侵入传感器装置才会对(1)漏电流耦合形成的干扰：它是由于绝缘不良，由流经绝缘电阻的漏电流(2)传导耦合形成的干扰：噪声是经导线耦合到电路中去的，是最明显(3)共阻抗耦合形成的干扰：共阻抗耦合是由于两个电路共有阻抗，当一个(1)静电耦合形成的干扰：电场耦合实质上是电容性耦合，它是由于在两个(2)电磁耦合形成的干扰：电磁耦合又称互感耦合，它是由于在两个电(3)辐射电磁场耦合形成的干扰：辐射电磁场通常来源于大功率高频电气设100mV/m、长度为10cm的垂直导体可以产生5mV的感应电动势。对有用信号影响的大小，设有用功率为Ps,有用信号电压为Us,噪声功率为PN,噪声电压为UN,则用dB(分贝)为单位表示信噪比为由上式可知，信噪比越大，表示噪声对测量结果的影响越小，即干扰越不明显，在测量过程中应尽可能提高信噪比。抑制干扰的基本措施中消除干扰源是最有效最彻底的方法，但实际上不少干扰源是不可消除的，人们在长期的生产中总结出了许多行之有效的抗干扰技术，常用的方法有接地、隔离、滤波、屏蔽等。(1)接地技术这里的“地”是指输入信号与输出信号的公共零电位，它本身可能与大地相隔。接地已不仅是为保护人身和设备安全，也是为抑制噪声干扰，保证系统稳定的关键技术，在设计和安装的过程中，如果能正确的处理各处的接地，是可以抑制大部分的干扰的，因此接地是系统设计中必须充分考虑的问题。下面是在处理接地时经常遇到的一些问题，以及处理这些问题的原则。交流地与信号地在一段电源地线的两点间会有数毫伏，甚至几伏的电压，对低点平的信号电路来说，这是一个非常严重的干扰，必须加以隔离和防治，因此，交流地和信号地不能公用。模拟地与数字地模拟地是模拟信号的公共零点位，数字地是数字信号的公共零点位。由于数字信号处于脉冲工作状态，它在接地阻抗上产生的压降往往成为微弱模拟信号的干扰源，为避免数字信号对模拟信号的干扰，两者的地线应分别设置为宜。一点接地和多点接地一般来说，系统内印制电路板的基本原则是高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。(2)隔离与耦合在抗干扰措施中，还采用各种隔离和耦合的方式来提高系统的抗干扰能力，使用这种方法的原理就是，让两个电路相互独立，不形成一个环路，从而减少两个电路之间的相互影响。实际操作中经常使用光电耦合器件、变压器、电压跟随器作为隔离电路。现在最常用到的隔离方法是光电耦合隔离，它具有以下的优点：(1)光电耦合器件响应速度较其他隔离方法快得多；(2)因为光的传输是单向的，所以输出的信号不会反馈影响输入端；(3)输入输出回路完全是隔离的，能很好地解决不同电位、不同逻辑之间的(3)滤波技术LC型机双T型等。①对干扰频率的信号衰减100倍以上；(4)屏蔽技术6.3抗干扰技术在系统中的应用了这些干