引論：我們?yōu)槟砹?3篇傳感器設(shè)計(jì)論文范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時(shí)的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。

篇1

基于有限元的相關(guān)理論，首先對(duì)標(biāo)定裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)建立模型。黃色部分為標(biāo)定裝置，藍(lán)色部分為電場(chǎng)傳感器。然后，對(duì)幾何模型進(jìn)行單元剖分、加載，可求解出標(biāo)定裝置兩極板間的電場(chǎng)分布情況。根據(jù)求得的電場(chǎng)分布情況，可進(jìn)行標(biāo)定裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)。在計(jì)算求解過(guò)程中，改變加載在兩極板間的電壓，使兩極板間形成的電場(chǎng)強(qiáng)度的理論值始終為20kV/m。被標(biāo)定的場(chǎng)磨式電場(chǎng)傳感器外殼直徑8cm，感應(yīng)片直徑6cm，傳感器外殼與標(biāo)定裝置的下極板接觸。

2.1標(biāo)定裝置極板間距和極板直徑對(duì)電場(chǎng)的影響研究

在標(biāo)定裝置的設(shè)計(jì)上，受限于被檢電場(chǎng)傳感器的尺寸，以及要考慮標(biāo)定裝置的便攜性，把標(biāo)定裝置的極板直徑L固定為16cm。在L固定的條件下，分析兩極板間距H對(duì)極板間電場(chǎng)強(qiáng)度的影響，并以此確定極板間距H。依照?qǐng)D2所建立的模型，取H值分別為1cm,2cm,3cm,4cm和5cm,，。橫坐標(biāo)是電場(chǎng)傳感器感應(yīng)片距離標(biāo)定裝置中心的橫向距離，單位為m；縱坐標(biāo)是感應(yīng)片某一位置處的電場(chǎng)強(qiáng)度，單位是V/m。同時(shí)，在感應(yīng)片的敏感范圍（x<0.03m）內(nèi)，電場(chǎng)強(qiáng)度并非恒定值，而是隨著與標(biāo)定裝置中心距離的增加發(fā)生了畸變。圖6為極板間電場(chǎng)強(qiáng)度實(shí)際值的畸變情況。理想情況下，在感應(yīng)片的敏感范圍內(nèi)，電場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)保持不變，但由于標(biāo)定裝置中極板邊緣效應(yīng)的存在，使得感應(yīng)片敏感區(qū)域內(nèi)的電場(chǎng)不是一個(gè)恒定值，距離電場(chǎng)傳感器的外殼越近，畸變程度越大。定義在感應(yīng)片敏感范圍（x<0.03m）內(nèi)各個(gè)位置處電場(chǎng)強(qiáng)度的平均值與理論值之比為電場(chǎng)強(qiáng)度的畸變率，并用該值來(lái)衡量電場(chǎng)強(qiáng)度的變化程度。畸變率越小，說(shuō)明所產(chǎn)生的電場(chǎng)越接近均勻分布。綜上，在極板直徑固定為16cm時(shí)，極板間距為5cm時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度的實(shí)際值與理論值最為接近，且在電場(chǎng)傳感器感應(yīng)片感應(yīng)區(qū)域內(nèi)電場(chǎng)的畸變最小。同時(shí)，在保證H/L小于0.5的條件下，極板直徑L對(duì)實(shí)際電場(chǎng)的影響非常小。

2.2傳感器外殼與標(biāo)定裝置的相對(duì)位置研究

當(dāng)標(biāo)定裝置與被檢電場(chǎng)傳感器配合不好時(shí)，容易使被檢電場(chǎng)傳感器相對(duì)于標(biāo)定裝置發(fā)生傾斜。模型中，極板直徑為16cm，極板間距為1cm，傾斜角度為1.5°。標(biāo)定裝置的傾斜，會(huì)對(duì)被檢電場(chǎng)傳感器感應(yīng)片上方的電場(chǎng)分布造成較大影響。圖9是基于圖8的傾斜模型計(jì)算得到的感應(yīng)片上方的電場(chǎng)強(qiáng)度的橫向分布。由于相對(duì)傾斜后，模型不再對(duì)稱，因此分析了整個(gè)感應(yīng)片上方（-3cm~3cm）的電場(chǎng)強(qiáng)度的橫向分布，并將結(jié)果與沒(méi)有相對(duì)傾斜時(shí)的感應(yīng)片上方電場(chǎng)分布作了比較。被檢電場(chǎng)傳感器與標(biāo)定裝置在相對(duì)傾斜角為1.5°時(shí)的電場(chǎng)的畸變情況，比沒(méi)有相對(duì)傾斜時(shí)嚴(yán)重。有相對(duì)傾斜時(shí)，感應(yīng)片上方電場(chǎng)分布更加不均勻，因而被檢電場(chǎng)傳感器與標(biāo)定裝置間的相對(duì)傾斜會(huì)對(duì)標(biāo)定結(jié)果產(chǎn)生較大影響。在標(biāo)定裝置設(shè)計(jì)中，應(yīng)使標(biāo)定裝置與被檢電場(chǎng)傳感器的外殼的直徑盡可能接近（極限情況是外徑與孔徑的差值為零），以使得兩者緊密結(jié)觸，從而保證被檢電場(chǎng)傳感器與標(biāo)定裝置之間不會(huì)發(fā)生相對(duì)傾斜。

3便攜式標(biāo)定裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

當(dāng)輸出為-3kV至+3KV的可調(diào)直流電源加在兩極板上時(shí)，兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度理論值的范圍為-60kV/m~+60kV/m。使用在標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定裝置中標(biāo)定好的電場(chǎng)傳感器測(cè)量本文工作中所設(shè)計(jì)的便攜式標(biāo)定裝置中的實(shí)際電場(chǎng)。實(shí)測(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度與所加電源電壓之間有良好的線性關(guān)系，同時(shí)，實(shí)測(cè)電場(chǎng)小于理論電場(chǎng)，兩者的比值約為0.92，這與給出的仿真結(jié)果吻合。在野外的實(shí)際標(biāo)定過(guò)程中，保持被檢電場(chǎng)傳感器與標(biāo)定裝置的位置不變，使得電場(chǎng)強(qiáng)度理論值與實(shí)際值的比值保持不變，在此基礎(chǔ)上，可以通過(guò)加在兩極板間的電壓計(jì)算出電場(chǎng)強(qiáng)度的理論值，計(jì)算出電場(chǎng)強(qiáng)度的實(shí)際值。然后，通過(guò)電場(chǎng)強(qiáng)度實(shí)際值與被檢電場(chǎng)傳感器輸出值兩者間的關(guān)系，計(jì)算出被檢電場(chǎng)傳感器的靈敏度，實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢電場(chǎng)傳感器的標(biāo)定。經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)使用，所研發(fā)的便攜式標(biāo)定裝置能夠方便、快捷地對(duì)場(chǎng)磨式電場(chǎng)傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。目前，該校準(zhǔn)裝置已經(jīng)應(yīng)用于中國(guó)電力科學(xué)研究院特高壓直流實(shí)驗(yàn)基地高壓直流輸電線路地面合成電場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)中，并已取得了良好的效果。

篇2

基于IEEE1451.5和藍(lán)牙協(xié)議的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)化傳感器由STIM、藍(lán)牙模塊和NCAP三部分組成，其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。此方案的實(shí)現(xiàn)，相當(dāng)于在IEEE1451.2的結(jié)構(gòu)模型上取代了原有的TII接口。采用無(wú)線的藍(lán)牙協(xié)議實(shí)現(xiàn)連接，類似于實(shí)現(xiàn)了一個(gè)無(wú)線的STIM和無(wú)線NCAP接收終端的模式。通過(guò)在原有的STIM和NCAP中嵌入了藍(lán)牙模塊，構(gòu)成的無(wú)線NCAP和無(wú)線STIM，以點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)在藍(lán)牙匹克網(wǎng)以主從方式實(shí)現(xiàn)相互通信。

與典型的有線方式相比，上述無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模型增加了兩個(gè)藍(lán)牙模塊。對(duì)于藍(lán)牙模塊部分標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙對(duì)外接口電路一般使用RS232或USB接口，而TII是一個(gè)控制鏈接到它的STIM的串行接口。因此，必須設(shè)計(jì)一個(gè)類似于TII接口的藍(lán)牙電路，構(gòu)造一個(gè)專門的處理器來(lái)完成控制STIM和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)到藍(lán)牙主控制接口HCI（HostControlInterface）的功能。

3藍(lán)虎無(wú)線抄表傳感器的設(shè)計(jì)

基于上述無(wú)線傳感器結(jié)構(gòu)模型給出的無(wú)線抄表傳感器的結(jié)構(gòu)原理，如圖2所示。整個(gè)傳感器核心部件是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的前端STIM部分和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口的NCAP部分。STIM完成數(shù)據(jù)的采集和處理（濾波、校準(zhǔn)等），NCAP完成傳感器的網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)PSTN電話互網(wǎng)連。STIM和NCAP之間用藍(lán)牙無(wú)線接口連接。STIM選用8位處理器實(shí)現(xiàn)，而NCAP的網(wǎng)絡(luò)接口通過(guò)8位的處理器和內(nèi)嵌Modem的形式實(shí)現(xiàn)。

（1）NCAP部分硬件設(shè)計(jì)

抄表傳感器NCAP硬件部分選用的處理器、藍(lán)牙模塊和內(nèi)置Modem分別是Winbond公司的W78E58處理器、Erricsson公司ROM101008系列藍(lán)牙模塊以及OKI公司的調(diào)制解調(diào)芯片MSM7512B。

圖3

由于系統(tǒng)中藍(lán)牙模塊接口采用的是RS232串口，同時(shí)處理器和內(nèi)置Modem的通信接口也要用到RS232串口，因此我們選用W78E58處理器。該處理器具有雙串口。ROK101008系列藍(lán)牙模塊遵從藍(lán)牙1.1規(guī)范，是一個(gè)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信模塊。該模塊可以同時(shí)和在其范圍內(nèi)被連接的7個(gè)藍(lán)牙從設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。MSM7512B為OKI公司推出的FSK模式調(diào)制解調(diào)器芯片，通過(guò)設(shè)置引腳MOD2和MOD1選擇四種工作模式的一種。MT8888C作為DTMF接收器時(shí)，DTMF信號(hào)從IN+和IN-輸入，一旦信息被寫入到接收寄存器中，MT8888C將置位狀態(tài)豁口中接收寄存器滿標(biāo)志位和IRQ/CP端電平來(lái)通知控制器準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)；MT8888C作為DTMF發(fā)送器時(shí)，數(shù)據(jù)被寫入發(fā)送寄存器，經(jīng)內(nèi)部轉(zhuǎn)換合成DTMF信號(hào)從TONE端輸出。本處采用中斷方式檢測(cè)DTMF振鈴信號(hào)。圖3為藍(lán)牙抄表傳感器NCAP部分的硬件電路原理。

（2）抄表傳感器NCAP部分軟件設(shè)計(jì)

抄表傳感器NCAP部分的軟件設(shè)計(jì)，主要是在單片機(jī)上完成兩部分功能的程序編制：一是初始化藍(lán)牙模塊，使抄表傳感器NCAP部分上主設(shè)備模塊和所有范圍內(nèi)的從設(shè)備模塊建立連接；二是驅(qū)動(dòng)MSM7512B和MT8888C工作，實(shí)現(xiàn)與PSTN的連接。

①藍(lán)牙模塊初始化。參照008藍(lán)牙模塊的工作方式，即通過(guò)單片機(jī)向藍(lán)牙模塊發(fā)送HCI（HostContr

olerInterface）分組。HCI指令包括指令分組、數(shù)據(jù)分組和事件分組。具體格式為：操作碼+參數(shù)總長(zhǎng)+參數(shù)0+……+參數(shù)N。

如下給出主、從設(shè)備間實(shí)現(xiàn)ACL數(shù)據(jù)連接的HCI指令（字符對(duì)應(yīng)相應(yīng)指令的操作碼，由前10位和后6位兩部分組成，括弧內(nèi)為該指令的參數(shù)）：從設(shè)備上電后實(shí)現(xiàn)查詢使能進(jìn)行復(fù)位Write_scan_enable(0x3)。主設(shè)備發(fā)送查詢HCI指令I(lǐng)nquiry(0x9c8b33,8,0)，假定從設(shè)備的地址為0x000000000000,則建立ACI連接的HCI指令為Creat_Connection(0x000000000000,0xcc18,0,0,0,0)。從設(shè)備接收連接請(qǐng)求指令為Accept_connection_request(0x111111111111,0)，假定主設(shè)備的地址為0x111111111111。這樣主從設(shè)備之間即建立了ACL數(shù)據(jù)連接。其中Inquiry對(duì)應(yīng)的操作碼為：0x0001,0x01。具體指令參見(jiàn)藍(lán)牙規(guī)范。②初始化MSM7512B和MT8888C。首先使能MSM7512B，選擇模式1。值得注意的是，復(fù)位MT8888C時(shí)，必須將上電后延時(shí)100ms。具體復(fù)位方式參見(jiàn)MT8888C數(shù)據(jù)手冊(cè)。

如下給出單片機(jī)的初始化程序及外部中斷0的服務(wù)程序。

/*初始化程序*/

TCON=0x40H;//Timer1使能

TMOD=0x20H;//Timer1為定時(shí)器，8位自動(dòng)重裝TH1到TL1

CKCON=0x30H;//Timer1和Timer2時(shí)鐘為1/12CLOCK

SCON=0x50H//串口0模式1，波特率由Timer2決定

IE=0xD1H;//使能中斷（串口1和串口2以及INT0）

SCON1=0x50H;//串口1模式1，波特率由Timer1決定

T2CON=0x34H;//Timer2自動(dòng)重裝RCAP2L到TL2，RCAP2H到T2H

WDCON=0x02H//Watchdog復(fù)位使能

TL1=0xFDH;TH1=0xFDH;TL2=0xFDH;TH2=0x00H;

RCAP2L=0xFAH;RCAP2H=0x00H;

/*初始值設(shè)置，設(shè)置串口1和串口2的波特率為9600bps*/

Init_008();//初始化藍(lán)牙模塊

Reset_mt8888c();//復(fù)位MT8888C

P1^0=1;P0=0x00H;//使能MSM7512，選擇模式1

/*外部中斷0的服務(wù)程序*/

voidservice_int0()interrupt0

{SendRecord();//傳送監(jiān)測(cè)記錄……}

（3）STIM的設(shè)計(jì)

大多數(shù)傳大吃一驚器的STIM部分設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，因?yàn)殡姳頂?shù)據(jù)采集的功能比較單一。圖4為STIM數(shù)據(jù)采集部分的原理框圖。

硬件設(shè)計(jì)時(shí)，電表數(shù)據(jù)采集部分和傳統(tǒng)的有線方式一樣，只是硬件上增加了藍(lán)牙模塊作為和上層藍(lán)牙傳感器NCAP的無(wú)線接口。數(shù)據(jù)采集部分經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后的數(shù)字脈沖接到單片機(jī)的計(jì)數(shù)器口，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)，然后將必要的電表數(shù)據(jù)量送至藍(lán)牙模塊。單片機(jī)遷移家長(zhǎng)普通的8031即可，模塊選用的是ROK101008系列。軟件上除了要注單片機(jī)上完成數(shù)據(jù)采集的部分程序外，上電時(shí)還應(yīng)該初媽嘩藍(lán)牙模塊，使模塊能夠在其有效范圍被搜索連接。數(shù)據(jù)采集部分程序主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，同時(shí)轉(zhuǎn)換成電表參量，然后徑藍(lán)牙模塊送到NCAP。

篇3

1．2基本結(jié)構(gòu)

實(shí)現(xiàn)定量檢測(cè)和自動(dòng)報(bào)警等功能，單片機(jī)是核心部件。本設(shè)計(jì)選用STC89C52單片機(jī)，它是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，可滿足系統(tǒng)工作的要求。該系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心，包括阻抗測(cè)試模塊、阻抗電壓轉(zhuǎn)換模塊、電壓放大電路模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊和顯示及報(bào)警模塊。此系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)不僅便于擴(kuò)充不同測(cè)量單元，而且可防止各模塊間相互干擾，利于儀器穩(wěn)定。

2硬件選型及電路設(shè)計(jì)

2．1集成放大器選擇

A/D轉(zhuǎn)換電路所需的電壓幅值一般為2V，而叉指微電極輸出的電壓信號(hào)比較小，所以需要對(duì)叉指微電極輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行放大。主放大電路采用放大器ICL7650，其電路具有電源電壓范圍寬、靜態(tài)功耗小、可單電源使用及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在各種電路中。

2．2A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)

經(jīng)放大電路輸出的電壓值是模擬信號(hào)，不能直接送入單片機(jī)進(jìn)行處理，還必須進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)進(jìn)行處理。本設(shè)計(jì)選擇ADC0809芯片作為AD轉(zhuǎn)換裝置，此芯片功能簡(jiǎn)單，能穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的要求。

2．3顯示及報(bào)警模塊設(shè)計(jì)

2．3．1顯示電路設(shè)計(jì)

傳感器需要輸出液晶顯示結(jié)果，主要包括檢測(cè)物名及物質(zhì)濃度等。本系統(tǒng)選用LCD1602液晶顯示屏，它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊，能夠同時(shí)顯示16×2(16列2行，即32個(gè))字符，可滿足顯示檢測(cè)物名稱和濃度的要求。

2．3．2報(bào)警電路設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)超限自動(dòng)報(bào)警的功能，需要蜂鳴器接受單片機(jī)發(fā)出的超限報(bào)警信號(hào)發(fā)出警報(bào)，警示微生物的數(shù)量已經(jīng)超標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警的功能，可采用實(shí)現(xiàn)單頻音報(bào)警。其接口電路較簡(jiǎn)單，發(fā)音元件為壓電蜂鳴器，當(dāng)在蜂鳴器兩引腳上加3～15V直流工作電壓時(shí)，可產(chǎn)生3kHz左右的蜂鳴振蕩音響。壓電式蜂鳴器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耗電少，更適于在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅(qū)動(dòng)電流，可在單片機(jī)一端口接一只三極管和電阻組成的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)。濃度超標(biāo)時(shí)，單片機(jī)P3．6輸出高電平，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，提醒檢測(cè)者被測(cè)物超標(biāo)，并做相應(yīng)處理。

3軟件設(shè)計(jì)

為了便于程序修改和升級(jí)，軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，主要程序包括:主程序、鍵盤處理子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、液晶顯示子程序及報(bào)警子程序。系統(tǒng)工作流程為:檢測(cè)人員通過(guò)鍵盤輸入被測(cè)物種類，MCU通過(guò)判斷處理之后，阻抗測(cè)試儀測(cè)量獲得多個(gè)阻抗值，經(jīng)阻抗電壓轉(zhuǎn)換電路和放大電路，A/D轉(zhuǎn)換器處理，將得到的數(shù)字信號(hào)送入MCU;MCU對(duì)數(shù)字進(jìn)行計(jì)算、比較等處理，得到被測(cè)物濃度，判斷出濃度是否超限;接著，MCU將濃度送入LCD進(jìn)行顯示，判斷比較結(jié)果是否需要進(jìn)行報(bào)警，需要時(shí)則控制報(bào)警器報(bào)警。

篇4

2．1主控制器端口分配及人機(jī)交互模塊

主控制器選擇TI公司的MSP430F169，利用其豐富的中斷作為按鍵輸入，內(nèi)部自帶的UART模塊實(shí)現(xiàn)串口通信，采用IO口模擬SPI總線與DAC通信，低功耗的128×64LCD用于顯示輸出信號(hào)大小及對(duì)應(yīng)的氣象量。主控制器的最小系統(tǒng)及端口分配如圖2所示。主控制器的P1．0～P1．3接按鍵，采用中斷方式。4個(gè)按鍵的功能包括：調(diào)節(jié)電信號(hào)和氣象量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系鍵SET、增大和減小輸出信號(hào)鍵UP和DOWN、確認(rèn)保存參數(shù)鍵ENTER；P3．0～P3．3端口的RS、RW等為L(zhǎng)CD的控制總線；P5．0～P5．7為L(zhǎng)CD的數(shù)據(jù)總線；P3．6～P3．7為單片機(jī)部自帶的UART模塊的收發(fā)端口，用于串口通信；P4．0～P4．2作為DAC的SPI總線；P4．3～P4．6用于存儲(chǔ)器的總線。TDO／TDI～TCK為單片機(jī)的下載口。P6．0端口MeaV為單片機(jī)內(nèi)部自帶的ADC模擬輸入通道，用來(lái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電源。晶振X2和電容C1、C2構(gòu)成時(shí)鐘電路，電阻R8和電容C3構(gòu)成上電復(fù)位電路。

2．2模擬信號(hào)產(chǎn)生DAC模塊

為產(chǎn)生程控的高精度電壓信號(hào)，采用高精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，輔以總線隔離、電源隔離等措施提高精度。工藝上采用四層印制板電路。產(chǎn)生的信號(hào)為微伏級(jí)，選用16位的低功耗、單通道電壓輸出型DAC芯片AD5660，滿量程輸出電壓范圍可達(dá)2．5V。軟件編程模擬SPI總線與主控制器通信。AD5660內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由數(shù)字量輸入寄存器、電阻串型DAC、基準(zhǔn)源、輸出緩沖放大電路組成。由圖3可知，AD5660內(nèi)部含有一個(gè)增益為2的放大器。設(shè)D為載入DAC寄存器的二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制等效值，則輸出電壓VOUT的大小為16位的AD5660－1內(nèi)置1．25V的基準(zhǔn)電壓，輸入數(shù)字量D的范圍為0～65535。根據(jù)式（1），輸出電壓VOUT的范圍為：0～2．5V。采用總線隔離和電源隔離措施，以提高輸出電壓的精度。iCoupler技術(shù)的四通道數(shù)字隔離器ADUM1401具有優(yōu)于光耦合器的出色性能［4］，系統(tǒng)利用ADUM1401作為DAC模塊的SPI總線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，使AD5660的總線與主控制器完全隔離。同時(shí)，采用DC－DC芯片MEB01Z－05S05D為信號(hào)產(chǎn)生部分提供獨(dú)立電源。MEB01Z－05S05D的輸出功率可達(dá)到1W，且其具有極低的紋波，Vp－p≤10mV。其電路如圖4所示。

2．3信號(hào)調(diào)理電路

濕度傳感器輸出信號(hào)為0～1V，氣壓傳感器設(shè)置于模擬模式時(shí)，輸出電壓為0～5V，而總輻射傳感器的輸出信號(hào)十分微弱，小于30mV。DAC輸出信號(hào)需要經(jīng)過(guò)調(diào)理電路，產(chǎn)生與傳感器輸出范圍和分辨率一致的信號(hào)。這里以產(chǎn)生0～30mV的微弱電壓信號(hào)為例，設(shè)計(jì)其信號(hào)調(diào)理電路如圖5所示。

2．4參數(shù)存儲(chǔ)及串口構(gòu)成軟件補(bǔ)償電路

除采用總線隔離、電源隔離、低溫度系數(shù)電阻、低失調(diào)電壓運(yùn)放等提高系統(tǒng)輸出信號(hào)的精度外。設(shè)計(jì)參數(shù)存儲(chǔ)和串口通信電路，利用軟件來(lái)對(duì)信號(hào)輸出進(jìn)行校準(zhǔn)，進(jìn)一步提高輸出信號(hào)的精度。軟件補(bǔ)償?shù)乃悸肥遣捎昧銤M刻度校準(zhǔn)法，用高精度的61／2位數(shù)字萬(wàn)用電表測(cè)量系統(tǒng)在零點(diǎn)和滿量程時(shí)的實(shí)際輸出，并記錄與理想值的偏差。上位機(jī)通過(guò)串口將偏差值寫入到存儲(chǔ)器中。系統(tǒng)每次進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換之間先讀取存儲(chǔ)器中的偏差值，并調(diào)整單片機(jī)送給DAC的數(shù)字量，使輸出信號(hào)接近理想值。偏差值存儲(chǔ)于EEPROM中，如圖6所示。同時(shí)，氣象量和電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換函數(shù)關(guān)系也存儲(chǔ)于EEPROM中。MSP430F169內(nèi)部自帶了UART模塊，只需在輔以常用的MAX232構(gòu)成電平轉(zhuǎn)換電路即可與上位機(jī)通信。

3系統(tǒng)軟件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)任務(wù)主要包括時(shí)鐘初始化、LCD的初始化、信息顯示、系統(tǒng)電源電量顯示、軟件校準(zhǔn)、按鍵切換輸出檔位等。根據(jù)各功能模塊，確定系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程和中斷服務(wù)程序功能。主程序主要完成初始化工作；電量檢測(cè)需定期進(jìn)行，故在定時(shí)中斷服務(wù)程序中完成；檔位切換和信息顯示等在外部中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)；校準(zhǔn)參數(shù)和轉(zhuǎn)換函數(shù)通過(guò)串口的中斷服務(wù)程序由上位機(jī)寫入EEPROM中。系統(tǒng)主程序流程如圖7所示。輸出信號(hào)大小的調(diào)整由按鍵中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)，圖8為UP鍵按下時(shí)的服務(wù)程序流程。

4系統(tǒng)測(cè)試

為提高系統(tǒng)精度，PCB采用4層印制板。中間2層為GND和隔離后的電源。利用高精度的61／2位數(shù)字萬(wàn)用電表對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行零滿刻度校準(zhǔn)。校準(zhǔn)步驟如下：（1）設(shè)定輸出值為0mV，利用萬(wàn)用電表測(cè)量此時(shí)的實(shí)際輸出電壓值V1；（2）將V1通過(guò)串口調(diào)試助手寫入下位機(jī)，單片機(jī)根據(jù)V1計(jì)算零點(diǎn)偏差，并保存于EEPROM中；（3）設(shè)定輸出值為30mV，利用萬(wàn)用電表測(cè)量此時(shí)的實(shí)際輸出電壓值為V2；（4）將V2通過(guò)串口調(diào)試助手寫入下位機(jī)，單片機(jī)根據(jù)V1，V2，計(jì)算線性校準(zhǔn)函數(shù)的斜率和截距，并保存于EEPROM中。系統(tǒng)校準(zhǔn)后，再通過(guò)按鍵切換輸出檔位，并用萬(wàn)用電表測(cè)量實(shí)際輸出值，測(cè)試結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)軟件校準(zhǔn)后，輸出微弱電壓信號(hào)的誤差小于10μV。但通過(guò)高速的數(shù)據(jù)采集卡測(cè)量，系統(tǒng)瞬時(shí)值存在80μV的抖動(dòng)。分析其原因是由于萬(wàn)用電表測(cè)量時(shí)進(jìn)行了滑動(dòng)平均處理，測(cè)量值為短暫時(shí)間的平均值，抖動(dòng)被抵消。經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)試和分析得知，雖然采用4層PCB在硬件上減小了干擾，但空氣中的電磁場(chǎng)仍然在PCB板上形成了干擾。整個(gè)PCB需要采用一定的屏蔽措施或在有良好的電磁環(huán)境下測(cè)試。

篇5

現(xiàn)代社會(huì)是信息化的社會(huì)，人們的主要交流和溝通都是通過(guò)對(duì)信息的傳遞、處理而進(jìn)行的。傳感器就是人們從自然界獲取各種相應(yīng)外界信息的方式，能夠?qū)⑾鄳?yīng)的需要采集的信息轉(zhuǎn)換成為控制芯片能夠識(shí)別的電流或者電壓等信號(hào)，在現(xiàn)代的控制測(cè)量系統(tǒng)中具有不可缺少的作用。

本論文主要介紹的是電渦流式位移傳感器。電渦流式位移傳感器屬于電感式位移傳感器的一種，是基于電渦流效應(yīng)而工作的傳感器，具有很多優(yōu)點(diǎn)：高分辨率、高可靠性、較寬的頻率響應(yīng)以及較高的靈敏度等等。

該傳感器還具有很強(qiáng)的抗干擾能力，相比而言，傳統(tǒng)的傳感器具有非線性誤差，要求工作環(huán)境恒定或者價(jià)格較高[1]。

2.電渦流式微位移傳感器

2.1 傳感器發(fā)展歷程

國(guó)外在工業(yè)化的過(guò)程中，逐漸將傳感器廣泛應(yīng)用在各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域，在航天和軍事領(lǐng)域也有十分領(lǐng)先的傳感器應(yīng)用。之后伴隨各個(gè)國(guó)家的機(jī)械、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等信息產(chǎn)業(yè)如日中天，歐美國(guó)家以及亞洲的日本都對(duì)世界的傳感器具有相當(dāng)重要的影響。

我國(guó)主要是在1960年開(kāi)始對(duì)傳感器進(jìn)行開(kāi)發(fā)工作。國(guó)家組織大批科研人員對(duì)其進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)，并實(shí)施了“八五”、“九五”等國(guó)家計(jì)劃，使得其取得了十分矚目的應(yīng)用成就。然而我們也應(yīng)該清醒地意識(shí)到，我國(guó)在傳感器的基礎(chǔ)制造工藝等方面還不能和發(fā)達(dá)國(guó)家相提并論，許多核心技術(shù)以及芯片都要進(jìn)口。與此同時(shí)，我們的傳感器在國(guó)際上沒(méi)有太大競(jìng)爭(zhēng)力，產(chǎn)品研發(fā)和更新速度很低，缺少實(shí)用創(chuàng)新性[2]。

2.2 傳統(tǒng)傳感器缺點(diǎn)

以往的傳感器和電渦流位移傳感器比起來(lái)，具有以下幾個(gè)方面的嚴(yán)重不足：

（1）輸入一輸出特性存在非線性且隨時(shí)間而漂移；

（2）環(huán)境會(huì)干擾參數(shù)，使得測(cè)量結(jié)果發(fā)生漂移；

（3）因結(jié)構(gòu)尺寸大，而時(shí)間響應(yīng)特別差；

（4）易受噪聲干擾、信噪比低；

（5）靈敏度或者分辨率不夠理想。

2.3 電渦流式微位移傳感器

本論文所要介紹的電渦流位移傳感器，其工作原理是利用了渦流效應(yīng)。該類型的傳感器，通過(guò)渦流效應(yīng)使相應(yīng)的位移的變化，轉(zhuǎn)換成線圈的阻抗值變化；之后利用特定的電路將線圈阻抗值變化轉(zhuǎn)換成為電壓的變化，再進(jìn)行檢測(cè)和輸出，根據(jù)相應(yīng)的公式或者經(jīng)驗(yàn)，能夠還原成位移信息。這種傳感器具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如具有很高的靈敏度、簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)以及及時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。該傳感器廣泛應(yīng)用在測(cè)量振動(dòng)和位移等信息量上。大體上輸出的電壓信號(hào)與位移的變化量是線性的關(guān)系，公式是ΔS=K?ΔV。其中K是系統(tǒng)的比例常數(shù)，在不同的傳感器中根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同是不一樣的。

2.4 電渦流式位移傳感器測(cè)量原理

公式能夠精確描述該原理。我們根據(jù)公式可以得知，在其他條件不變的情況下，Z（線圈的阻抗）與S一一對(duì)應(yīng)。電渦流傳感器測(cè)量位移的原理就是基于此公式，在特定的信號(hào)激勵(lì)過(guò)程中，傳感器會(huì)依據(jù)位移變化而產(chǎn)生電壓的變化。

3.測(cè)量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1 主控芯片

本論文設(shè)計(jì)的電渦流微位移傳感器使用的主控芯片是AT89S52單片機(jī)。MSC-51單片機(jī)是八位的非常實(shí)用的單片機(jī)。本論文所使用的AT89S52單片機(jī)就是基于這款單片機(jī)的。MSC-51單片機(jī)的基本架構(gòu)被ATMEL公司購(gòu)買，繼而在其基本內(nèi)核的基礎(chǔ)上加入了許多新的功能，同時(shí)擴(kuò)展了芯片的容量以及加入flash閃存等等。51內(nèi)核的單片機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)，因此無(wú)論是在工業(yè)上還是在一些電子產(chǎn)品上應(yīng)用都很多。全球也有許多大公司對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，加入新的功能。即使是在今天，51單片機(jī)仍然在控制系統(tǒng)中占據(jù)很大市場(chǎng)[4]。

下面對(duì)本論文所使用的單片機(jī)作簡(jiǎn)要介紹。AT89S52單片機(jī)具有最大能夠支持的64K外部存儲(chǔ)擴(kuò)展，同時(shí)還具有8K字節(jié)的Flash空間。該單片機(jī)具有4組I/O口，分別是從P0到P3，同時(shí)每組端口具有8個(gè)引腳。每個(gè)引腳除了能夠作為普通的輸入和輸出端口外，還具有其它功能，也就是我們通常所說(shuō)的引腳復(fù)用。其還具有斷電保護(hù)、看門口、計(jì)時(shí)器和定時(shí)器。51單片機(jī)一般的工作電壓是5V。

3.2 顯示模塊

本論文設(shè)計(jì)的LCD1602電路，該液晶模塊能夠顯示2行*16列的字符，相對(duì)于數(shù)碼管而言，顯示更加靈活多變。該液晶模塊用來(lái)顯示其測(cè)量處理后的數(shù)據(jù)。

4.測(cè)量系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本論文的主程序循環(huán)采集電量的變化，并實(shí)時(shí)顯示在液晶模塊上。系統(tǒng)軟件是指完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的軟件。為了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、可靠性，在編寫系統(tǒng)應(yīng)用軟件時(shí)，主要考慮以下兩方面：

（1）提高系統(tǒng)抗干擾性能。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)不可避免的有各種抗干擾因素。因此本系統(tǒng)除了在硬件上硬件復(fù)位和加電容濾波外。在軟件上，采用了指令冗余技術(shù)、延時(shí)消抖技術(shù)以及對(duì)位移大小采樣值進(jìn)行中值濾波的數(shù)字濾波方法，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

（2）采用模塊化編程。將系統(tǒng)的應(yīng)用程序分為若干個(gè)功能模塊，這些模塊可以任意更改而不影響程序的其余部分，將各個(gè)功能模塊程序調(diào)通后，再把各個(gè)功能模塊結(jié)合起進(jìn)行聯(lián)調(diào)，這大大減少了調(diào)試時(shí)間，提高了程序的通用性，方便程序的修改和檢查。

5.總結(jié)

電渦流位移傳感器是一種基于電渦流效應(yīng)的傳感器，能夠?qū)⑽灰频淖兓D(zhuǎn)換成電量的變化。本論文主要介紹了傳統(tǒng)傳感器的發(fā)展歷程，進(jìn)而介紹了電渦流式微位移傳感器的測(cè)量原理和優(yōu)勢(shì)，并基于單片機(jī)設(shè)計(jì)了測(cè)量系統(tǒng)。

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篇7

目前已有的各個(gè)測(cè)試系統(tǒng)存在各種各樣的缺陷，并且各種方法只能實(shí)現(xiàn)對(duì)某一種故障的監(jiān)測(cè)，還無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。針對(duì)于上述的情況，針對(duì)于上述的情況，對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜在運(yùn)行過(guò)程中各故障狀態(tài)下的氣體成分進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)各種故障狀態(tài)下，高壓開(kāi)關(guān)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生不同的特征氣體。由此可見(jiàn)，采用變壓器油色譜測(cè)試的原理，通過(guò)對(duì)不同特征氣體的分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。基于上述的原理，本論文介紹了基于故障氣體原理開(kāi)發(fā)了便攜式開(kāi)關(guān)柜故障探測(cè)裝置，該系統(tǒng)通過(guò)提取開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行過(guò)程中所形成的氣體，采用氣敏傳感器對(duì)各種氣體成分進(jìn)行分析，從而對(duì)開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)做出可靠判斷，確保高壓開(kāi)關(guān)柜的安全運(yùn)行。

一、開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部故障的特征氣體分析

對(duì)于采用SF6斷路器的小車式開(kāi)關(guān)柜，最容易發(fā)生的異常是接頭發(fā)熱、SF6氣體泄漏和局部放電。下文將分別研究每種異常狀況的特征氣體特點(diǎn)。

1.接頭發(fā)熱

接頭發(fā)熱是一次設(shè)備的常見(jiàn)故障，對(duì)于常用的小車式開(kāi)關(guān)設(shè)備，由于其斷路器小車經(jīng)常被移進(jìn)移出，斷路器的觸指和觸頭很容易受到撞擊等外力作用而變形，導(dǎo)致接觸不良而發(fā)熱，另外其電纜接頭也是發(fā)熱故障的高發(fā)部位，由于開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部發(fā)熱幾乎不能早期發(fā)覺(jué)，接頭發(fā)熱故障對(duì)于開(kāi)關(guān)柜的安全運(yùn)行事關(guān)重大。接頭發(fā)熱產(chǎn)生的特征氣體比較復(fù)雜，各種氣體的組分和濃度隨發(fā)熱溫度和接頭材料的不同而不同，主要特征氣體有以下幾種：

a.烷烴和硫化氫——主要是接頭電力脂、脂、示溫蠟片中雜質(zhì)受熱分解產(chǎn)生，由于斷路器觸頭無(wú)一例外地涂有脂，如果接頭發(fā)熱，凡士林融化導(dǎo)致內(nèi)部少量碳原子數(shù)量較少的烷烴和硫化物等雜質(zhì)氣化而分布在柜內(nèi)的空氣中，由于各種氣體傳感器對(duì)于烷烴等可燃?xì)怏w靈敏度極高，因此很容易檢出。

b.單質(zhì)銅和氧化銅顆粒——如果溫度過(guò)高，接頭的銅會(huì)逐步氧化發(fā)黑形成氧化銅，極少量的氧化銅和單質(zhì)銅會(huì)升華進(jìn)入空氣，并產(chǎn)生微量煙霧。

c.絕緣材料分解氣體——發(fā)熱接頭附近的絕緣材料（如環(huán)氧樹(shù)脂）受熱也會(huì)產(chǎn)生一定特殊氣體，另外接頭部位的灰塵受熱也會(huì)產(chǎn)生特殊氣體，主要有氫溴酸、胺類、腈類、酚類、烷烴、醛類、氮氧化物，多環(huán)芳烴、雜環(huán)族化合物、羥基化合物等。

2.局部放電

局部放電也是一次設(shè)備的常見(jiàn)故障，空氣中的放電現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生氮氧化合物、臭氧和負(fù)離子，因此對(duì)于空氣中的局部放電，如沿面放電等，可采用探測(cè)上述氣體的傳感器進(jìn)行探測(cè)，對(duì)于固體介質(zhì)內(nèi)部的局部放電則沒(méi)有作用。

3.SF6泄漏

絕大部分的小車式開(kāi)關(guān)柜均為裝設(shè)斷路器SF6壓力表或密度繼電器，如發(fā)生SF6泄漏，只有等到壓力低于報(bào)警或閉鎖值時(shí)，才能通過(guò)處罰壓力接點(diǎn)的方式用光子牌、指示燈間接顯示出來(lái)，如果壓力接點(diǎn)失靈，SF6氣體即使漏完運(yùn)行人員也無(wú)法知道，如果此時(shí)操作斷路器可能導(dǎo)致設(shè)備爆炸的嚴(yán)重后果，因此采用另一種手段探測(cè)SF6泄漏也很有必要。由于現(xiàn)有的SF6氣體傳感器能檢測(cè)到0.1ppm以下濃度的SF6氣體，因此開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的SF6泄漏應(yīng)該能很容易地檢出。

二、氣體傳感器設(shè)計(jì)

1.傳感器的選擇

通過(guò)對(duì)不同傳感器的性能比較，分析了各種傳感器在壽命、靈敏度、成本、加熱功耗和反應(yīng)速度方面的優(yōu)缺點(diǎn)，本論文提出了采用電化學(xué)可燃?xì)怏w傳感器+離子型煙霧傳感器+TGS型空氣質(zhì)量傳感器”檢測(cè)接頭發(fā)熱、大氣型臭氧傳感器檢測(cè)局部放電、環(huán)境監(jiān)測(cè)型SF6傳感器檢測(cè)SF6的方案。

接頭發(fā)熱采用電化學(xué)可燃?xì)怏w傳感器，該傳感器靈敏度很高，用其可滿意地檢出微量的硫化氫或其他可燃?xì)怏w；游離碳、游離狀氧化銅和單質(zhì)銅用氣體傳感器較難檢出，為了提高檢測(cè)性能，又加上了離子型煙霧傳感器，這樣如果柜內(nèi)有極少量的煙霧顆粒，也能及時(shí)檢出，通過(guò)聯(lián)合使用2種不同原理的氣體傳感器，就能較可靠地探測(cè)出開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部發(fā)熱異常。局部放電和SF6泄漏的檢測(cè)分別采用O3/S-5型大氣監(jiān)測(cè)用臭氧傳感器和SM-SF6型SF6氣體傳感器，該兩種傳感器的檢出靈敏度都在0.1ppm以下，足以探測(cè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的SF6氣體泄漏和表面局部放電現(xiàn)象。

2.氣體傳感器的典型應(yīng)用電路

氣體傳感器是一種將特征氣體濃度量轉(zhuǎn)化為電量的傳感器，大部分氣體傳感器都采用電阻率變化的方式輸出信號(hào)，當(dāng)環(huán)境中某種特征氣體含量較低時(shí)，傳感器電阻較大，當(dāng)該氣體濃度增大后，傳感器電阻減小，大部分氣體傳感器的電阻在一定范圍內(nèi)都能與氣體濃度成比例變化，具有較高的線性度。

典型的采用加熱方式工作的氣體傳感器電路如圖1所示，傳感器的1、2端口為加熱端口，3、4端口為輸出端口，R2為加熱端口的限流電阻，用以將加熱電流調(diào)整到傳感器所規(guī)定的電流值，R1為輸出端負(fù)載電阻，當(dāng)傳感器啟動(dòng)后，需要加熱一段時(shí)間，加熱完畢后即能工作，此時(shí)3、4端口的電阻值會(huì)隨著外界氣體濃度的變化而變化，從而使R1上的電流和輸出端的電壓變化，起到監(jiān)測(cè)氣體濃度的作用。

三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過(guò)上述的研究，本論文對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其整個(gè)原理如圖2所示。

從上述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖可以看出，整個(gè)系統(tǒng)由CPU控制系統(tǒng)、按鍵、液晶顯示屏、通信總線、A/D數(shù)據(jù)采集單元、局部放電探測(cè)單元、SF6泄漏探測(cè)單元和觸頭過(guò)熱探測(cè)單元所構(gòu)成。整個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程為：首先采用抽氣的方式，將開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的運(yùn)行氣體送入到各測(cè)量單元中，利用局部放電探測(cè)單元、SF6泄漏探測(cè)單元和觸頭過(guò)熱探測(cè)單元中的氣敏傳感器對(duì)各種故障的特征氣體進(jìn)行測(cè)量，實(shí)現(xiàn)非電量向電量的轉(zhuǎn)換，接著將各測(cè)試信號(hào)傳到A/D數(shù)據(jù)采集單元，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最后將數(shù)字信號(hào)送入CPU控制單元中，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類、統(tǒng)計(jì)分析，將測(cè)試結(jié)果和分析結(jié)果顯示在液晶屏中，其顯示的內(nèi)容可通過(guò)按鍵進(jìn)行更改。此外，整個(gè)系統(tǒng)還可以通過(guò)通信總線，將測(cè)試結(jié)果上傳至監(jiān)控中心。

四、測(cè)試電路設(shè)計(jì)

針對(duì)于上述電路的框架，本論文對(duì)其的測(cè)量電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其原理如圖3所示。

從圖3中可以看出，整個(gè)測(cè)試電路由模擬開(kāi)關(guān)、AD采樣電路和MCU組成，其工作原理：首先將測(cè)量信號(hào)（如熱信號(hào)、局部放電信號(hào)等）接入模擬開(kāi)關(guān)，然后利用MCU控制模擬開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其分時(shí)控制，將模擬信號(hào)輸入AD采集單元中，接著MCU控制AD采集單元實(shí)現(xiàn)對(duì)其模擬量的數(shù)字轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)量的測(cè)量。

五、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)上述的測(cè)量電路，對(duì)其控制軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其程序的流程框圖如圖4所示。從圖中可以看出，整個(gè)程序的流程為：首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，如接口的電平、寄存器初值的設(shè)定，中斷的關(guān)閉等，然后控制模擬開(kāi)關(guān)，使模擬信號(hào)進(jìn)入AD的輸入端，接著對(duì)其進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的分時(shí)采樣，然后對(duì)所測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)作出判斷。

六、樣機(jī)的效果測(cè)試

鑒于要尋找內(nèi)部存在異常的運(yùn)行開(kāi)關(guān)柜比較困難，因此設(shè)計(jì)了一些模擬實(shí)驗(yàn)，來(lái)驗(yàn)證該樣機(jī)的實(shí)際效果，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，圖4為測(cè)量程序流程圖。

七、結(jié)論

本文說(shuō)明了空氣絕緣開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部異常早期探測(cè)的必要性，提出一種通過(guò)檢測(cè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)空氣質(zhì)量和特征氣體組分的方式，來(lái)探測(cè)空氣絕緣開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部異常狀態(tài)的方法。通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)證明了其具有較高的可行性和實(shí)用性，對(duì)于接頭發(fā)熱、表面放電和SF6泄漏異常具有較高的檢出率，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)高壓開(kāi)關(guān)柜的監(jiān)測(cè)。

參考文獻(xiàn)

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[4]陸凡，王小平等.傳感器技術(shù)[J].1997，26（3）：5-6.

篇8

一、引言

現(xiàn)代傳感器技術(shù)是在傳統(tǒng)傳感器技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，廣泛結(jié)合了信息處理技術(shù)、通信技術(shù)及微電子技術(shù)等[1]，將傳感器提升至 “系統(tǒng)”級(jí)別。

開(kāi)設(shè)現(xiàn)代傳感器技術(shù)課程，需要在具備經(jīng)典傳感器知識(shí)的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步掌握智能傳感器的相關(guān)知識(shí)，了解集成電路工藝、統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論和現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)等[2]。該課程的內(nèi)容涉及智能傳感器系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，智能化功能的軟件實(shí)現(xiàn)方法，以及多元回歸分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和支持向量機(jī)技術(shù)等數(shù)據(jù)挖掘方法。學(xué)生可以通過(guò)自主設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)加深對(duì)智能傳感器的理解。而智能傳感器的軟件實(shí)現(xiàn)和數(shù)據(jù)挖掘方法的仿真都具備充分的靈活性，學(xué)生可以結(jié)合PC機(jī)在課堂上和課后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究[3]。

二、自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)代傳感器技術(shù)的課程介紹了新型智能傳感器的概念、構(gòu)成方式及具有的功能，重點(diǎn)在于智能傳感器的集成化和智能化實(shí)現(xiàn)方法。

智能傳感器集成化的實(shí)現(xiàn)涉及微電子技術(shù)等相關(guān)內(nèi)容，對(duì)于非微電子專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)很難具備此方面的扎實(shí)基礎(chǔ)，不易開(kāi)展自主設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。并且此部分內(nèi)容的相關(guān)實(shí)驗(yàn)對(duì)硬件要求較高，不利于在不同專業(yè)和高校的推廣。

智能傳感器智能化的實(shí)現(xiàn)方式多樣，有硬件實(shí)現(xiàn)，也有軟件實(shí)現(xiàn)。軟件實(shí)現(xiàn)方法包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、支持向量機(jī)技術(shù)、粒子群算法和小波分析等數(shù)據(jù)挖掘方法中的智能算法。這些智能算法的仿真工具眾多，算法設(shè)計(jì)靈活且多樣，可以讓學(xué)生在完成課程實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，通過(guò)自主設(shè)計(jì)進(jìn)一步發(fā)掘算法的優(yōu)化方法，加深對(duì)知識(shí)的理解。

本論文將舉例說(shuō)明現(xiàn)代傳感器技術(shù)課程在智能傳感器智能化實(shí)現(xiàn)方面的自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)方法。

例如，開(kāi)設(shè)題為“基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的傳感器溫度自補(bǔ)償模塊設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)。對(duì)于會(huì)受溫度影響的傳感器，要降低工作環(huán)境溫度的影響，就需要設(shè)計(jì)自補(bǔ)償模塊，補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ卸喾N，這里選用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。首先，學(xué)生需要選定實(shí)驗(yàn)對(duì)象，即傳感器，比如某款壓阻式壓力傳感器，然后獲取不同溫度狀態(tài)下傳感器靜態(tài)標(biāo)定數(shù)據(jù)，根據(jù)標(biāo)定數(shù)據(jù)制作樣本，輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。學(xué)生可以根據(jù)需要選擇不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，比如BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等[4]。實(shí)驗(yàn)編程時(shí)可于利用現(xiàn)有的工具箱進(jìn)行輔助編程，也可以完全自行編程。

以上實(shí)驗(yàn)只考慮了溫度這一個(gè)干擾量的影響。通常影響傳感器的不止一個(gè)干擾量，還可能存在兩個(gè)或多個(gè)干擾量的影響。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法可以用來(lái)降低兩個(gè)或者是多個(gè)干擾量的影響。此外，學(xué)生還可以用支持向量機(jī)技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)智能化軟件模塊，用于降低多個(gè)干擾量的影響。例如，可開(kāi)設(shè)題為“基于支持向量機(jī)方法的降低多個(gè)干擾量影響的傳感器智能模塊設(shè)計(jì)”。該實(shí)驗(yàn)的過(guò)程是先選定存在交叉敏感的傳感器作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行多維標(biāo)定實(shí)驗(yàn)獲取樣本數(shù)據(jù)，再利用支持向量機(jī)方法建立數(shù)據(jù)融合模型，從而消除或是降低多個(gè)干擾量的影響。支持向量機(jī)的功能包括分類和回歸等，因此學(xué)生還可以結(jié)合其分類的功能設(shè)計(jì)其他傳感器智能模塊。

學(xué)生在進(jìn)行智能算法的課程實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以選擇自帶工具箱中豐富的仿真工具，也可以自行編程實(shí)現(xiàn)算法。本論文采用Matlab軟件為仿真工具實(shí)現(xiàn)算法。

三、實(shí)驗(yàn)示例

（一）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的傳感器溫度自補(bǔ)償模塊設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)選定壓阻式壓力傳感器作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，目標(biāo)如下。

1.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)溫度補(bǔ)償模塊，消除工作環(huán)境溫度對(duì)傳感器的影響。

2.實(shí)驗(yàn)過(guò)程需對(duì)多個(gè)樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，提高補(bǔ)償模塊的適應(yīng)性，即在滿足壓力量程的情況下對(duì)不同的工作溫度進(jìn)行補(bǔ)償。

3.溫度補(bǔ)償模塊的設(shè)計(jì)可以使用多種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，并進(jìn)行對(duì)比，得到消除溫度影響最好的方法。

實(shí)驗(yàn)步驟如下。

1.二維標(biāo)定實(shí)驗(yàn)

用標(biāo)定實(shí)驗(yàn)來(lái)獲取原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由于實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)時(shí)間的限制，有些學(xué)生無(wú)法進(jìn)行此步驟。學(xué)生也可以通過(guò)教材或者相關(guān)論文來(lái)獲取原始數(shù)據(jù)，但是必須在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中注明數(shù)據(jù)的來(lái)源。

2.數(shù)據(jù)預(yù)處理與樣本制作

用上一步中獲取的原始數(shù)據(jù)來(lái)制作樣本。通常先將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，用歸一化之后的數(shù)據(jù)制作樣本。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的樣本包括訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本。

3.訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

將訓(xùn)練樣本輸入到編好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，可以是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，得到訓(xùn)練后的模型。

4.測(cè)試神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

用測(cè)試樣本檢驗(yàn)訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。如果得到的效果不好，可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，改善補(bǔ)償效果。

5.更換訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本后重復(fù)第三和第四個(gè)步驟

不同樣本得到的結(jié)果往往差異較大，實(shí)驗(yàn)中需要更換訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本后進(jìn)行多次重褪笛椋用以提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的適應(yīng)性。

6.換一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法重復(fù)第五個(gè)步驟

同一樣本采用不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法可能得到不同的補(bǔ)償結(jié)果，實(shí)驗(yàn)中可以嘗試對(duì)比不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，或者通過(guò)優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法改善補(bǔ)償效果。

（二）基于支持向量機(jī)方法的降低多個(gè)干擾量影響的傳感器智能模塊設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)如下。

1.利用支持向量機(jī)的處理分類和回歸問(wèn)題的功能，對(duì)傳感器交叉敏感的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，用以抑制交叉敏感現(xiàn)象。

2.嘗試修改支持向量機(jī)的程序，例如更換核函數(shù)或改變分類策略，得到不同的測(cè)試結(jié)果。

3.制備多組樣本數(shù)據(jù)，對(duì)不同的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，用以檢驗(yàn)算法的適應(yīng)性。

實(shí)驗(yàn)步驟如下。

1.樣本數(shù)據(jù)制作

根據(jù)確定的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，采集或制備樣本數(shù)據(jù)。制作好的樣本數(shù)據(jù)將分為訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本兩部分。訓(xùn)練樣本與測(cè)試樣本的格式保持一致。

2.算法設(shè)計(jì)

利用支持向量回歸（Support Vector Regression，SVR）或支持向量分類（Support Vector Classification，SVC）算法，處理樣本數(shù)據(jù)。利用多種策略測(cè)試算法優(yōu)劣。

例如在支持向量分類算法中，有兩種處理多分類問(wèn)題的策略， 一種是“一對(duì)一（one agaist one， 1A1）”， 另一種是“一對(duì)多（one agaist all， 1AA）”。實(shí)驗(yàn)中可測(cè)試不同策略的算法。支持向量機(jī)可選取多種核函數(shù)，包括線性核函數(shù)、多項(xiàng)式核函數(shù)和徑向基（Radial Basis Function，RBF）核函數(shù)等。目前尚缺乏一種選取核函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方法。實(shí)驗(yàn)中可以通過(guò)更換核函數(shù)來(lái)測(cè)試它們的不同效果，用以選取最優(yōu)的方案。

可以采用不同的支持向量機(jī)工具箱，例如SVM and Kernel Methods Matlab Toolbox工具箱，或者自行編程。

在算法設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)訓(xùn)練樣本進(jìn)行訓(xùn)練和對(duì)測(cè)試樣本進(jìn)行測(cè)試，得到每一次的結(jié)果。同一算法必須經(jīng)過(guò)多個(gè)訓(xùn)練樣本和測(cè)試樣本的檢驗(yàn)。更換算法策略后，再重復(fù)以上步驟。

3.效果評(píng)價(jià)

用抑制交叉敏感的結(jié)果對(duì)比最初的傳感器數(shù)據(jù)，對(duì)算法效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

（三）實(shí)驗(yàn)方案

結(jié)合以上實(shí)例，可以設(shè)計(jì)出自主實(shí)驗(yàn)的方案，具體如下：自行查閱資料進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法和支持向量機(jī)法的設(shè)計(jì)，兩種算法選擇其一即可。

實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）安裝matlab軟件；（2）熟悉matlab軟件的使用方法；（3）查閱資料進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)；（4）選取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法和支持向量機(jī)法之一進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)；（5）根據(jù)設(shè)計(jì)要求編寫算法，并仿真；（6）對(duì)算法效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

需要注意的是，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法和支持向量機(jī)法在智能傳感器系統(tǒng)的智能化功能實(shí)現(xiàn)方法上進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)的時(shí)候，數(shù)據(jù)來(lái)源要有出處，應(yīng)用范圍要明確。

四、結(jié)論

現(xiàn)代傳感器技術(shù)課程通過(guò)開(kāi)設(shè)自主設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。該課程涉及的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、支持向量機(jī)技術(shù)、主成分分析和小波分析等方法可以較為靈活地開(kāi)設(shè)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力。本論文以“基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的傳感器溫度自補(bǔ)償模塊設(shè)計(jì)”實(shí)驗(yàn)為例說(shuō)明了自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方案。實(shí)驗(yàn)采用Matlab軟件設(shè)計(jì)，方案可行。

【參考文獻(xiàn)】

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篇9

1 引言

目前，水資源的管理和節(jié)約成為世界性的難題。在控制人們意識(shí)上浪費(fèi)的同時(shí)，各種節(jié)水設(shè)備也應(yīng)運(yùn)而生。目前大多都是著眼于用水節(jié)約和效率，卻忽視了廢水的循環(huán)使用。為此，本文基于“綠色設(shè)計(jì)”的原則，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)控制的家庭智能節(jié)水系統(tǒng)，最大限度的做到“水盡其用”。

2 智能節(jié)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

該設(shè)計(jì)用MCS-51單片機(jī)作為控制電路的核心控制部件來(lái)構(gòu)成控制器,單片機(jī)輸出不同程序信息，經(jīng)過(guò)移位寄存器74LS164驅(qū)動(dòng)，使得數(shù)碼管顯示相應(yīng)內(nèi)容，紅外傳感器以及混濁度傳感器和水位傳感器檢測(cè)到的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)寫入單片機(jī)，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理再把數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)8255A送給電磁閥電路和繼電器電路，控制其工作與否。從結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)該設(shè)計(jì)包括A/D轉(zhuǎn)換和擴(kuò)展I/O口。輸入部分包括按鍵設(shè)置、水位傳感器、渾濁度傳感器和紅外傳感器。輸出部分包括LED顯示、繼電器驅(qū)動(dòng)電路、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路和發(fā)光二極管。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

3 智能節(jié)水系統(tǒng)硬件選擇

家庭節(jié)水系統(tǒng)通常包括4個(gè)主要構(gòu)成部分，分別是收集器、處理器、儲(chǔ)存器和供給器。系統(tǒng)中要用水位傳感器和渾濁度傳感器及多個(gè)電磁閥、繼電器等，既有模擬量又有數(shù)字量。

3.1單片機(jī)的選取

ATMEL公司的89系列單片機(jī)也稱Flash單片機(jī)是以8031為核心構(gòu)成，它和 INTEL公司的MCS-S1系列單片機(jī)完全兼容，擴(kuò)展了它的功能。89系列單片機(jī)存在下列很顯著的優(yōu)點(diǎn):

(1)內(nèi)部含F(xiàn)lash存儲(chǔ)器;(2)和AT80C51插座兼容;(3)靜態(tài)時(shí)鐘方式;

(4)錯(cuò)誤編程亦無(wú)廢品產(chǎn)生;(5)可反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)。

鑒于以上的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)分析比較，根據(jù)本系統(tǒng)的特點(diǎn)，選用ATMEL公司89系列的標(biāo)準(zhǔn)型單片機(jī)AT89C51。其片內(nèi)含有128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)和4K字節(jié)的可電擦電寫閃爍程序存儲(chǔ)器E2PROM，這足以滿足系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其功能。

3.2模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片

在眾多的轉(zhuǎn)換器中以逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的性價(jià)比最高，應(yīng)用最廣泛，國(guó)內(nèi)使用較多的芯片有ADC0808/0809,ADC0801-ADCO805及ADC0816/0817和AD574等，根據(jù)本系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求選用中速、低廉的逐次逼近式ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。它包括一個(gè)高阻抗斬波比較器；一個(gè)帶有256個(gè)電阻分壓器的樹(shù)狀開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)；一個(gè)邏輯控制環(huán)節(jié)和8 位逐次比較寄存器(SAR)；一個(gè)8位三態(tài)輸出緩沖器。

該系統(tǒng)中ADC0809與AT89C51單片機(jī)的連接如圖2所示，采用等待延時(shí)方式。論文大全。ADC0809的時(shí)鐘頻率范圍要求在10-1280kHz。ADC0809的CLOCK腳的頻率是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/6，因此當(dāng)單片機(jī)的時(shí)鐘頻率采用6MHz。ADC0809輸入時(shí)鐘頻率即為CLOCK=1MHz，發(fā)生啟動(dòng)脈沖后需延時(shí)100μs才可讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。

圖2 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

3.3 按鍵的識(shí)別和輸出顯示

常用的鍵盤有陣列式鍵盤、獨(dú)立式鍵盤。本設(shè)計(jì)中有4個(gè)按鍵，不必采用陣列式，而采用獨(dú)立式鍵盤鍵接一個(gè)上拉電阻與P1口的一個(gè)管腳連接。對(duì)于按鍵的識(shí)別，有動(dòng)態(tài)掃描和中斷兩種方式，在該設(shè)計(jì)中，按鍵的使用并不是很頻繁，所以采用了中斷的方式進(jìn)行按鍵的識(shí)別．

對(duì)于輸出，有動(dòng)態(tài)并行輸出、LCD液晶顯示屏和靜態(tài)譯碼輸出三種方式。水箱中的液位要提供給用戶，采用了最簡(jiǎn)單的八段數(shù)碼管作為顯示部分的硬件電路。該設(shè)計(jì)中只用到兩個(gè)數(shù)碼管顯示，不會(huì)占用很多硬件資源，所以采用了靜態(tài)顯示。這樣在發(fā)光二極管導(dǎo)通電流一定的情況下，顯示器的亮度大，而且顯示穩(wěn)定。在輸出方式上，由于對(duì)數(shù)碼管響應(yīng)速度不高，采用了串行移位的方式。這里采用74LS164進(jìn)行顯示驅(qū)動(dòng)。

3.4電磁閥與繼電器的控制

為使系統(tǒng)安全、穩(wěn)定，采用了24V電磁閥和12V 繼電器。由于電磁閥不能直接與單片機(jī)相連，采用了光電隔離，再通過(guò)IRF 530進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。繼電器的驅(qū)動(dòng)采用的是最簡(jiǎn)單的方法，即三極管驅(qū)動(dòng)，通過(guò)I/O腳電平的翻轉(zhuǎn)來(lái)對(duì)電磁閥進(jìn)行開(kāi)/關(guān)控制。論文大全。電磁閥開(kāi)關(guān)動(dòng)作的控制脈沖寬度可選為30ms。其控制電路如圖3所示。

圖3 電磁閥控制電路

3.5渾濁度傳感器、液位傳感器和紅外傳感器

APMS-10G渾濁度傳感器可以根據(jù)溶液含有的雜質(zhì)、灰塵的顆粒大小、密度不同，產(chǎn)生光電經(jīng)濾波后輸出即得到渾濁度檢測(cè)信號(hào)。采用AT89C51單片機(jī)與APMS-10G渾濁度傳感器通信,讀出渾濁度值,再將數(shù)據(jù)通過(guò)串行口傳給主機(jī)，采用可控三態(tài)門74LS125將兩路串行通道隔離,通過(guò)可控端分時(shí)使用，當(dāng)P17輸出高電平時(shí),與APMS-10G的通道導(dǎo)通；當(dāng)P17引腳低電平時(shí),與主機(jī)的通信回路導(dǎo)通。從機(jī)串口平時(shí)與主機(jī)保持通信暢通,將串口設(shè)為中斷狀態(tài),隨時(shí)可以接收主機(jī)發(fā)來(lái)的指令。

眾多的的傳感器當(dāng)中。諧振式水位傳感器采用了先進(jìn)的傳感原理,高Q值的諧振電路,具有較強(qiáng)的抗干擾能力、結(jié)構(gòu)靈巧、精密、簡(jiǎn)單易于制造。該設(shè)計(jì)中采用了諧振式水位傳感器作為中位水箱和低位水箱中的水位檢測(cè)裝置。

紅外傳感器安裝在水龍頭內(nèi),當(dāng)人手觸發(fā)傳感器時(shí),信號(hào)傳遞給單片機(jī)。對(duì)于紅外傳感器，則利用熱釋電紅外傳感器直接接收運(yùn)動(dòng)人體的信號(hào)，使用574S紅外探頭。此電路只需要接收系統(tǒng)，不需要發(fā)射系統(tǒng)，通過(guò)技術(shù)處理，可以只接受運(yùn)動(dòng)的人體信號(hào)，比常規(guī)紅外光接收器抗干擾性強(qiáng)。論文大全。

4 智能節(jié)水系統(tǒng)主程序流程圖

系統(tǒng)主程序流程圖如圖4所示。設(shè)計(jì)的思路是首先初始化，讓所有芯片都恢復(fù)最開(kāi)始的設(shè)置，等所有芯片都準(zhǔn)備好了之后，則讀取E2PROM內(nèi)的數(shù)據(jù)，接著進(jìn)行A/D采樣，讀取水位傳感器和渾濁度傳感器采集到的數(shù)據(jù)，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，若有數(shù)據(jù)輸入，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序并顯示水位的高度；沒(méi)有數(shù)據(jù)輸入則繼續(xù)下面的按鍵判斷。有鍵按下時(shí)，判斷是哪個(gè)按鍵按下，然后再轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序；若無(wú)按鍵按下，則轉(zhuǎn)回A/D采樣子程序，重復(fù)上述的程序，如此往復(fù)進(jìn)行下去。

5 結(jié)束語(yǔ)

提出了家庭智能節(jié)水系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)方案、硬件電路和主程序流程圖。

（1）從人性化、性價(jià)比方面綜合考慮器件的優(yōu)略，為該系統(tǒng)的優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。

（2）紅外感應(yīng)水龍頭、LED顯示和延時(shí)可調(diào)開(kāi)關(guān)不僅方面使用，便于監(jiān)控，而且方便自如的調(diào)節(jié)水流時(shí)間，達(dá)到了節(jié)約用水的目的。

（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，經(jīng)濟(jì)節(jié)能環(huán)保。

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篇10

傳感與測(cè)量是控制系統(tǒng)的重要組成部分。多維力傳感器中應(yīng)用最廣泛的為六維力傳感器。廣義六維力傳感器能夠檢查空間任意力系中的三維正交力（Fx、Fy、Fz）及三維正交力矩（Mx、My、Mz），由于其測(cè)力信息豐富、測(cè)量精度高等特點(diǎn)，主要應(yīng)用在力及力-位控制場(chǎng)合，如機(jī)器人末端執(zhí)行器，汽車行駛過(guò)程輪力檢測(cè)，輪廓跟蹤，精密裝配，雙手協(xié)調(diào)等，尤其在航空機(jī)器人，宇宙空間站對(duì)接仿真等場(chǎng)合發(fā)揮了極其重要的作用。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于六維力傳感器研究最主要的應(yīng)用是在機(jī)器人技術(shù)上，它是機(jī)器人高質(zhì)量控制和智能化不可缺少的重要傳感元件。

二、 六維力傳感器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國(guó)際上對(duì)六維力傳感器獲取的研究是從上世紀(jì)七十年代初期開(kāi)始的，美國(guó)、日本等極少數(shù)國(guó)家率先研發(fā)出多維力傳感器，價(jià)格十分昂貴。目前，六維力傳感器生產(chǎn)廠家主要有美國(guó)的 AMTI、ATI、JR3、Lord 等，瑞士的 Kriste，德國(guó)的 Schunk、HBM 等公司。

各種測(cè)力機(jī)理的出現(xiàn)為廣義六維力傳感器的設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。按采用的敏感原件可將六維力傳感器分為：應(yīng)變式（金屬箔式和半導(dǎo)體式）、壓電式（石英、壓電復(fù)合材料等）、光纖應(yīng)變式、厚膜陶瓷式、MEMS（壓電和應(yīng)變）式等。早在 1974 年，瑞士洛桑聯(lián)邦工學(xué)院科學(xué)家G. Piller 就對(duì)六維力傳感器的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證和分析，并設(shè)計(jì)了以電阻應(yīng)變片為敏感元件的六維力/力矩傳感器。意大利的Giovanni Giovinazzo和Piergiorgio Varrone于 1980 年提出一種電容式的六維力/力矩傳感器。加拿大的A.Bazergui教授設(shè)計(jì)了一種壓電式六維力傳感器；而東京工業(yè)大學(xué)機(jī)械系研制了一種光學(xué)六維力傳感器。

我國(guó)對(duì)六維力傳感器的研究是在上世紀(jì)八十年代初期開(kāi)始的，中科院合肥智能機(jī)械研究所于1987 年研制出我國(guó)第一臺(tái)六維腕力傳感器，之后陸續(xù)有哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華中理工大學(xué)、東南大學(xué)等單位研制出多種規(guī)格的多維力/力矩傳感器，展現(xiàn)了我國(guó)多維力/力矩信息獲取研究領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展態(tài)勢(shì)。目前在六維力傳感器研究較多的院校有燕山大學(xué)、哈工大，大連理工等。

十字梁型結(jié)構(gòu)是目前六維力傳感器采用最多的一種形式，如美國(guó)斯坦福大學(xué)人工智能研究所研制的Scheinman腕力傳感器，中科院合肥智能機(jī)械研究所的SAFMS型系列六維力/力矩腕力傳感器 Robot Technology Inc. Load 等公司的相應(yīng)六維力/力矩腕力傳感器。這種結(jié)構(gòu)的彈性體對(duì)稱性好，易于加工，維間耦合小，但動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，需過(guò)載保護(hù)。

近年來(lái)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)被廣泛的研究，其相應(yīng)成果被應(yīng)用到機(jī)器人技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域，

取得了一些新穎的成果。將并聯(lián)機(jī)構(gòu)尤其是Stewart平臺(tái)應(yīng)用到多維力/力矩傳感器也獲得了相應(yīng)的研究：Gailet和Reboulet早在 1983 年首次提出和設(shè)計(jì)了一種基于Stewart平臺(tái)八面體結(jié)構(gòu)的力傳感器；Dwarakanath和Bhaumick于 1999年研制了基于Stewart平臺(tái)的六維力傳感器，如圖1所示。

國(guó)際上除了對(duì)多維力/力矩傳感器的研究熱點(diǎn)除了在檢測(cè)原理和方法創(chuàng)新、新型彈性體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外，人們更關(guān)注的是多維力/力矩傳感器的應(yīng)用問(wèn)題，如現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人怎么樣能夠充分利用多維力/力矩傳感器以及其它感知系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)各種環(huán)境下的更多更復(fù)雜的機(jī)器人作業(yè)，使工作更加精確、生產(chǎn)效率更高、成本更低。如將多維力/力矩傳感器利用到工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)裝配生產(chǎn)線，結(jié)合更實(shí)時(shí)更有效的算法，使智能工業(yè)機(jī)器人能夠更好的進(jìn)行精密柔性機(jī)械裝配、輪廓跟蹤等作業(yè)。

三、六維力傳感器的測(cè)力原理及特點(diǎn)

3.1 電阻應(yīng)變式六維力傳感器

電阻應(yīng)變式測(cè)力原理是目前廣義六維力傳感器中應(yīng)用最多的一種。被測(cè)物理量作用在彈性元件上，安裝在彈性元件上的電阻應(yīng)變敏感元件將物理量轉(zhuǎn)化為電阻變化，又通過(guò)變換電路將電阻變化轉(zhuǎn)換為電壓變化。電阻應(yīng)變式傳感器主要特性是準(zhǔn)確度高，非線性及滯后誤差小，蠕變小，并對(duì)傳感器的零點(diǎn)平衡、零點(diǎn)溫度影響、靈敏度溫度影響以及輸出靈敏度標(biāo)準(zhǔn)化都進(jìn)行了全面的補(bǔ)償。它的缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)低，靈敏度與剛度往往相互制約。電阻應(yīng)變式六維力傳感器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是如何設(shè)計(jì)出合理的彈性體結(jié)構(gòu)形式。

3.2 壓電式六維力傳感器

壓電式力敏傳感器是另一種比較常用的測(cè)力形式，它的基本測(cè)力原理是在外部應(yīng)力的作用下，壓電材料產(chǎn)生一個(gè)電荷，當(dāng)外力變化時(shí)，壓電材料表面的電荷隨之變化，帶來(lái)輸出電壓信號(hào)的變化。壓電傳感器的主要特點(diǎn)是其有很高的固有頻率（200 kHz），特別適合動(dòng)態(tài)測(cè)量；與位移型測(cè)力儀器不同，它的剛度和靈敏度相互不影響，因此能同時(shí)得到高靈敏度和高彈性系數(shù)（8000 kgf/mm）的測(cè)力儀。如何克服傳感器各向載荷間的相互干擾是提高壓電傳感器測(cè)量精度的有效途徑。

3.3 電容式六維力傳感器

電容式力敏傳感器的核心部分是對(duì)壓力敏感的電容器。力敏電容器的電容量是由電極面積和兩個(gè)電極間的距離決定，當(dāng)硅膜片兩邊存在壓力差時(shí)，硅膜片產(chǎn)生形變，極板間的間距發(fā)生變化，從而引起電容量的變化，電容變化量與壓差有關(guān)。它與壓阻式力敏傳感器相比，具有靈敏度高、溫度穩(wěn)定性好、壓力量程大等特點(diǎn)。

3.4基于光學(xué)檢測(cè)的六維力/力矩傳感器

東京工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程與科學(xué)系設(shè)計(jì)了一種基于光學(xué)檢測(cè)的六維力/力矩傳感器，裝備的六橫梁上的三個(gè)橫梁上裝有四分型光學(xué)傳感器，在梁中心位置有三個(gè)相應(yīng)光源，通過(guò)光學(xué)傳感器測(cè)量加載力/力矩引起的微小變形，從而檢測(cè)相應(yīng)的六維力/力矩信息。由于光學(xué)檢測(cè)對(duì)電磁干擾不敏感，所以能被應(yīng)用到比較惡劣的環(huán)境中，但成本高，適用溫度范圍較窄。

3.5 六維力傳感器的結(jié)構(gòu)形式

廣義六維力傳感器有著許多種結(jié)構(gòu)形式，大體上可分為直接輸出型（無(wú)耦合型）和間接輸出型（耦合型）。直接輸出型簡(jiǎn)言之就是六維空間力由測(cè)力元件直接檢測(cè)或經(jīng)簡(jiǎn)單計(jì)算求得，如壓電式六維力傳感器就是直接由六組石英晶組分別檢測(cè)Fx、Fy、Fz及Mx、My、Mz。這種無(wú)耦合六維力傳感器以美國(guó)SIR公司1973年設(shè)計(jì)的積木式結(jié)構(gòu)較為著名。直接輸出型傳感器代表了今后傳感器的一個(gè)發(fā)展方向。

間接輸出型檢測(cè)的六維輸出力與傳感器檢測(cè)到的每一個(gè)力分量和力矩分量相關(guān)，需要通過(guò)各分力的耦合才能得到六維輸出力。基于Stewart平臺(tái)的六維力/力矩傳感器是個(gè)典型的耦合型檢測(cè)傳感器，它具有承載能力強(qiáng)，剛性好，誤差不積累等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。但其結(jié)構(gòu)不緊湊，存在耦合誤差，需要標(biāo)定時(shí)利用標(biāo)定矩陣加以減少和消除。

另外，多維力/力矩傳感器還有其它多種彈性體結(jié)構(gòu)形式如三垂直筋結(jié)構(gòu)、

雙環(huán)形結(jié)構(gòu)、盒式結(jié)構(gòu)、圓柱形結(jié)構(gòu)、雙頭形結(jié)構(gòu)、三梁結(jié)構(gòu)、八垂直筋結(jié)構(gòu)等。

四、專利技術(shù)現(xiàn)狀分析

本文用于檢索的數(shù)據(jù)庫(kù)采用了中國(guó)專利文摘數(shù)據(jù)庫(kù)CNABS及VEN數(shù)據(jù)庫(kù)，檢索式選擇表示本領(lǐng)域的IPC國(guó)際專利分類號(hào)G01L5/16、G01L5/24、G01L1與本領(lǐng)域通用的關(guān)鍵詞六維、六分量、力、力矩、傳感器，統(tǒng)計(jì)日期截止到公開(kāi)日2016年5月31號(hào)，獲得專利文獻(xiàn)300篇，本文以上述數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，從六維力傳感器專利申請(qǐng)年度申請(qǐng)情況、國(guó)家/地區(qū)分布、主要申請(qǐng)人特點(diǎn)等幾個(gè)角度展開(kāi)分析。

4.1專利申請(qǐng)量趨勢(shì)分析

圖2為六維力傳感器領(lǐng)域在中國(guó)申請(qǐng)的專利申請(qǐng)量年度分布圖，從圖2可看出在近十年有關(guān)六維力傳感器在中國(guó)范圍內(nèi)的專利申請(qǐng)量整體上呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，自2007年開(kāi)始，申請(qǐng)量有大幅增長(zhǎng)，2009年有所下降，至2013年迎來(lái)了申請(qǐng)高峰，專利申請(qǐng)量呈現(xiàn)逐年下降的態(tài)勢(shì)，由于2014-2015年部分申請(qǐng)未公開(kāi)，所以申請(qǐng)量相比2013年有所下降。

4.2在中國(guó)申請(qǐng)專利的主要申請(qǐng)人分析

表1給出了六維力傳感器在中國(guó)申請(qǐng)專利的主要申請(qǐng)人申請(qǐng)量排名情況，可以看出，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人主要集中在以哈爾濱工業(yè)大學(xué)、燕山大學(xué)為代表的高校。由于六維力傳感器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，測(cè)量信息量大，在彈性體的設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)采集與處理等方面面臨著一定難度，因此大部分研究成果仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，能夠應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)品化的六維力傳感器還比較少。

4.3六維力傳感器專利申請(qǐng)量的國(guó)別分別情況

在S系統(tǒng)中的VEN數(shù)據(jù)庫(kù)中，截止到2016年5月底，對(duì)六維力傳感器領(lǐng)域所有專利國(guó)家/地區(qū)專利申請(qǐng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖3所示，世界范圍內(nèi)可見(jiàn)六維力傳感器在中國(guó)為研究熱點(diǎn)，其次為日本、美國(guó)。

五、總結(jié)

六維力傳感器是一個(gè)龐大而富有挑戰(zhàn)性的課題，以此為基礎(chǔ)的應(yīng)用的研究和正得到不斷的擴(kuò)展和深入，新設(shè)計(jì)、新方法、新應(yīng)用、新成果屢見(jiàn)報(bào)道。六維力傳感有著許多種測(cè)量原理及結(jié)構(gòu)形式。本文簡(jiǎn)要介紹了目前各種形式的六維力傳感器的測(cè)力原理及特點(diǎn)，及六維力傳感器專利申請(qǐng)年度申請(qǐng)情況、國(guó)家/地區(qū)分布、主要申請(qǐng)人特點(diǎn)。希望能夠推動(dòng)六維力傳感器走向?qū)嵱没?/p>

參考文獻(xiàn)

篇11

1.研究的目的與意義

本研究以溫度采集及轉(zhuǎn)換，單片機(jī)處理和監(jiān)控，無(wú)線傳輸為核心，可用于航空航天系統(tǒng)中，倉(cāng)儲(chǔ)溫度監(jiān)測(cè)及環(huán)境監(jiān)測(cè)，礦井里的溫度采集等。免費(fèi)論文。快速方便并且可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采集，具有較高精確度，另外加有存儲(chǔ)單元，可以對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)對(duì)比，以備不時(shí)之需。在該系統(tǒng)中還添加報(bào)警系統(tǒng)，自動(dòng)提醒不正常溫度，以免發(fā)生不必要的危險(xiǎn)。由于采用ZigBee無(wú)線傳輸裝置，可以遠(yuǎn)距離測(cè)溫，因此可用于危險(xiǎn)區(qū)域，例如：高壓區(qū)，工廠，大型機(jī)器內(nèi)部溫測(cè)等，還可采集低溫。另外還適用于家庭防火災(zāi)，火災(zāi)內(nèi)部溫度探測(cè)和溫度監(jiān)控，有助于滅火的開(kāi)展和搶救人員和財(cái)產(chǎn)以及預(yù)測(cè)火勢(shì)的發(fā)展等。

在現(xiàn)代社會(huì)中溫度在航空航天，工業(yè)自動(dòng)化、家用電器、環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)等方面都是最基本的監(jiān)測(cè)參數(shù)之一，但是在某些環(huán)境下溫度檢測(cè)比較危險(xiǎn)。因而需要一個(gè)智能檢測(cè)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)代替危險(xiǎn)的工作，本系統(tǒng)就可以很好的解決此問(wèn)題，不僅可以實(shí)時(shí)的對(duì)溫度進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)監(jiān)控，還可以在十分惡劣的環(huán)境下工作，測(cè)量結(jié)果精度高，并且對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)可以直接通過(guò)USB接口傳給電腦存儲(chǔ)或者直接存入外設(shè)存儲(chǔ)單元，同時(shí)加報(bào)警裝置，在溫度不正常給予提醒，從而將損失減少到最低。為滿足對(duì)溫度記錄的要求（高精度、自動(dòng)控制、經(jīng)濟(jì)實(shí)用），系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度的不間斷測(cè)量與監(jiān)控，讓您通過(guò)監(jiān)控中心可以直觀看到溫度實(shí)時(shí)變化，做到足不出戶即可了解各被測(cè)點(diǎn)的溫度。在那些需要對(duì)溫度監(jiān)控和測(cè)量的地方放置無(wú)線溫度采集器，然后由監(jiān)控中心通過(guò)軟件對(duì)無(wú)線采集器進(jìn)行控制，代替過(guò)去由人工來(lái)完成的溫度數(shù)據(jù)采集任務(wù)；同時(shí)監(jiān)控中心對(duì)無(wú)線溫度采集器傳輸來(lái)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和查詢統(tǒng)計(jì)。本系統(tǒng)使用方便，操作簡(jiǎn)捷，已經(jīng)在許多領(lǐng)域中得到廣泛的使用

2.國(guó)內(nèi)外本項(xiàng)目的研究狀況

溫度在工業(yè)自動(dòng)化、家用電器、環(huán)境保護(hù)和安全生產(chǎn)等方面都是最基本的監(jiān)測(cè)參數(shù)之一，因此其檢測(cè)裝置也得到的長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展。免費(fèi)論文。例如美日生產(chǎn)的管纜熱電阻溫度傳感器可測(cè)溫度高達(dá)1000℃，精度0.5級(jí)，清華大學(xué)的“光纖黑體腔溫度傳感器”可在400～1300℃間靈敏度可達(dá)0.1℃。隨著科技的進(jìn)步和新材料的發(fā)現(xiàn)，新一代的溫度傳感器也在不斷出現(xiàn)和完善，如利用核磁共振的溫度檢測(cè)器，可測(cè)量出千分之一開(kāi)爾文，而且輸出信號(hào)適于數(shù)字運(yùn)算處理，在常溫下可作為理想的標(biāo)準(zhǔn)溫度。此外還有熱噪聲溫度傳感器、激光溫度傳感器等諸多發(fā)展。智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器)是在20世紀(jì)90年代中期問(wèn)世的。它是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)測(cè)試技術(shù)(ATE)的結(jié)晶。智能溫度傳感器的特點(diǎn)是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器(MCU)，它在硬件的基礎(chǔ)上通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能。目前，國(guó)際上已開(kāi)發(fā)出多種智能溫度傳感器系列產(chǎn)品。如由美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司新研制的DS1624型高分辨力智能溫度傳感器，能輸出13位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其分辨力高達(dá)0.03125°C,測(cè)溫精度為±0.2°C。此外新型智能溫度傳感器的功能也在不斷增強(qiáng)。例如，DS1629型單線智能溫度傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘(RTC),使其功能更加完善。DS1624還增加了存儲(chǔ)功能，利用芯片內(nèi)部256字節(jié)的E2PROM存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)用戶的短信息。免費(fèi)論文。另外，智能溫度傳感器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開(kāi)發(fā)多路溫度測(cè)控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。

無(wú)線傳輸技術(shù)ZigBee是在工業(yè)自動(dòng)化、家庭智能化和遙控監(jiān)測(cè)領(lǐng)域?qū)o(wú)線通訊和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笕找嬖鲩L(zhǎng)的情況下應(yīng)運(yùn)而生的，它采用IEEE802.15.4協(xié)議，具有功耗低，成本低等特點(diǎn)，還可以方便的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移動(dòng)的AdHoc網(wǎng)絡(luò)。目前市場(chǎng)上的RF芯片供應(yīng)商主要還是TI、EMBER、FREESCAIE及JENNIC，國(guó)產(chǎn)廠商在這個(gè)方面仍然是空白。鑒于ZigBee技術(shù)在功耗、組網(wǎng)技術(shù)等方面的出色能力，受到各國(guó)政府、軍方、科研機(jī)構(gòu)和跨國(guó)公司的廣泛關(guān)注和高度重視，隨著其技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將會(huì)逐漸的深入生活的每個(gè)方面。

3.無(wú)線網(wǎng)絡(luò)溫度采集可以實(shí)現(xiàn)如下功能

（一）數(shù)字信號(hào)通過(guò)單片機(jī)分析處理，通過(guò)ZigBee無(wú)線傳輸模塊，可實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸功能。（二）接收模塊得到的數(shù)字信號(hào)通過(guò)單片機(jī)處理，可在LCD FC12864上可進(jìn)行當(dāng)前溫度顯示，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示功能。（三）外部存儲(chǔ)單元可對(duì)過(guò)去溫度進(jìn)行存儲(chǔ)，以便隨時(shí)調(diào)用，可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能。（四）由于有無(wú)線傳輸，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控和測(cè)量 存儲(chǔ)，安全可靠，而且速度快精度高。（五）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的不間斷溫度測(cè)量與監(jiān)控，讓您通過(guò)監(jiān)控中心可以直觀看到溫度實(shí)時(shí)變化，做到足不出戶即可了解各被測(cè)點(diǎn)的溫度。在那些需要對(duì)溫度監(jiān)控和測(cè)量的地方放置無(wú)線溫度采集器，然后由監(jiān)代替過(guò)去由人工來(lái)完成的溫度數(shù)據(jù)采集任務(wù)；同時(shí)監(jiān)控中心對(duì)無(wú)線溫度采集器傳輸來(lái)的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和查詢統(tǒng)計(jì)。（六）該系統(tǒng)可換部分裝置，然后實(shí)現(xiàn)其它功能，例如：將溫度傳感器換成濕度傳感器進(jìn)行濕度采集等，具有很強(qiáng)的移植性。

4.結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及人類對(duì)自然的不斷深入探索下，一些人類無(wú)法立足的惡劣環(huán)境以及相關(guān)工業(yè)、煤礦業(yè)、石油業(yè)、存儲(chǔ)業(yè)等相關(guān)環(huán)境中的重要溫度數(shù)據(jù)的采集和控制成為科學(xué)研究的重要課題。本研究項(xiàng)目以適應(yīng)相關(guān)條件下的溫度傳感器為依托，以單片機(jī)為整個(gè)系統(tǒng)的處理和監(jiān)控為核心，當(dāng)需要采集人類無(wú)法立足的惡劣環(huán)境中的重要溫度數(shù)據(jù)時(shí)，本系統(tǒng)可以通過(guò)媒介放置一體積小、精度高的溫度傳感器去采集；在生產(chǎn)和存儲(chǔ)環(huán)境中可以通過(guò)本系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)溫度，當(dāng)超過(guò)合適的環(huán)境溫度時(shí)，發(fā)出警報(bào)，通知工作人員及時(shí)處理控制溫度以減少損失。本研究項(xiàng)目可以更好的服務(wù)于科研，提高生產(chǎn)效率，降低危險(xiǎn)事故發(fā)生的幾率，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義

參考文獻(xiàn)：

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9.智能溫度傳感器的趨勢(shì)[DB/ol].

篇12

0引言

血壓是人體重要的生理參數(shù)之一，對(duì)其進(jìn)行精確測(cè)量，有利于早期發(fā)現(xiàn)和鑒別高血壓類型醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)論文，提出合理的治療建議。目前，臨床上對(duì)普通病人主要采用無(wú)創(chuàng)檢測(cè)的方法，它大致分為人工柯氏音法和示波法兩類，人工柯氏音法雖然比較準(zhǔn)確，但操作困難，受主觀因素影響較大，而示波法雖然操作簡(jiǎn)單醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)論文，但穩(wěn)定性和個(gè)體適應(yīng)性都比較差，不利于其在臨床應(yīng)用上的普及和推廣。本文在示波法的基礎(chǔ)上，從硬件實(shí)現(xiàn)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，改進(jìn)了原來(lái)的測(cè)量方法，并進(jìn)行了比對(duì)測(cè)試

在研究國(guó)內(nèi)外已有產(chǎn)品或設(shè)計(jì)構(gòu)思的基礎(chǔ)上，使用先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)與智能控 制技術(shù)，盡量消除脈搏提取處理中的噪聲干擾與非線性失真醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)論文，提高血壓測(cè)量的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性，并提高了測(cè)量的自動(dòng)化和智能化論文開(kāi)題報(bào)告。

1系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

篇13

關(guān)鍵詞：礦井通風(fēng);調(diào)節(jié)通風(fēng);自動(dòng)化系統(tǒng)

1 序言

通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)準(zhǔn)確性和及時(shí)性直接關(guān)系到礦井的安全和運(yùn)行成本，目前通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)處于人工調(diào)節(jié)階段，人員勞動(dòng)量大，調(diào)節(jié)不及時(shí)且調(diào)節(jié)準(zhǔn)確性差，為進(jìn)一步解決礦井通風(fēng)系統(tǒng)管理中的通風(fēng)調(diào)節(jié)問(wèn)題，本論文引進(jìn)壓差法礦井自動(dòng)通風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

該系統(tǒng)包括自動(dòng)化控制器、壓差測(cè)試裝置、自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置、傳感器等。

2 自動(dòng)化控制器

基于壓差法的礦井自動(dòng)通風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)核心為自動(dòng)化控制器，本系統(tǒng)控制器采用西門子PLC為主要控制元器件，包括位移傳感器、壓差傳感器、動(dòng)力源控制裝置（本論文設(shè)計(jì)動(dòng)力源是氣動(dòng)，其裝置是本安電磁閥）、數(shù)據(jù)傳輸、開(kāi)關(guān)按鈕、聲光報(bào)警器等。

研究的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)為：控制系統(tǒng)原理和控制器基本架構(gòu)。

控制系統(tǒng)原理：壓差傳感器采集壓力變化數(shù)值，通過(guò)設(shè)置參數(shù)裝換為通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的風(fēng)量，再根據(jù)預(yù)先設(shè)定的需風(fēng)量進(jìn)行比對(duì)，確定調(diào)節(jié)系統(tǒng)通風(fēng)斷面的變化大小，同時(shí)位移傳感器監(jiān)視通風(fēng)斷面的變化，保證系統(tǒng)調(diào)節(jié)準(zhǔn)確且快速。

控制器基本架構(gòu)，控制器采用PLC控制器，控制器控通過(guò)電流信號(hào)與位移傳感器、壓差傳感器、動(dòng)力源開(kāi)閉按鈕相連接，通過(guò)開(kāi)關(guān)量與手動(dòng)按鈕連接，通過(guò)RS485信號(hào)與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸，在控制器上預(yù)留瓦斯、聲光報(bào)警器、視頻接口，并可以與其他控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3 壓差測(cè)試裝置

壓差測(cè)試裝置關(guān)系到系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，是系統(tǒng)最核心的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，壓差測(cè)試裝置的技術(shù)要求進(jìn)入測(cè)試區(qū)域內(nèi)風(fēng)流平穩(wěn)、壓差測(cè)量精度高、數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)傳輸快等。

壓差測(cè)試裝置采用圓形設(shè)計(jì)，主要是保證壓差采集的準(zhǔn)確性和進(jìn)入測(cè)試裝置的風(fēng)流平穩(wěn)，易于測(cè)量且數(shù)據(jù)精度高。

壓差測(cè)試裝置進(jìn)風(fēng)測(cè)安裝有均風(fēng)裝置，主要是消除通風(fēng)系統(tǒng)渦流造成的數(shù)據(jù)采集誤差。在測(cè)試裝置上布置兩排數(shù)據(jù)采集管，其中在每排布置4個(gè)壓力采集孔，兩兩對(duì)應(yīng)，測(cè)壓管深入測(cè)試裝置內(nèi)側(cè)10cm處，4個(gè)測(cè)試孔外部用軟管連接，進(jìn)行壓力平均處理。兩排測(cè)試孔之間距離不得少于1m，主要是保證壓差傳感器數(shù)值的讀取和測(cè)量。

壓差測(cè)試裝置對(duì)每個(gè)測(cè)壓管進(jìn)行防塵處理，保證所有測(cè)壓管的通暢，靜壓傳導(dǎo)準(zhǔn)確。

4 自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置

自動(dòng)化調(diào)節(jié)裝置是礦井自動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)系統(tǒng)的主要調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，本論文采用氣動(dòng)為動(dòng)力源。

自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置設(shè)計(jì)要求調(diào)節(jié)準(zhǔn)確、運(yùn)行速度慢、密封性好、安全性高等。

根據(jù)技術(shù)要求，自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置采用通風(fēng)斷面縮小的方式，調(diào)節(jié)速度為0.5m/min，移動(dòng)精度為1cm。

自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置與壓差測(cè)試裝置相連，通過(guò)圓形阻風(fēng)器向前移動(dòng)，起到調(diào)節(jié)通風(fēng)斷面的作用，同時(shí)根據(jù)壓差測(cè)試裝置中風(fēng)量的變化，確定圓形阻風(fēng)器的移動(dòng)方向和移動(dòng)大小，位移傳感器監(jiān)測(cè)圓形阻風(fēng)器的移動(dòng)方向和移動(dòng)大小。

圓形阻風(fēng)器移動(dòng)動(dòng)力為緩沖氣缸，氣缸最快伸出速度為0.5m/min。帶載后，移動(dòng)伸出速度為0.3m/min，滿足精確調(diào)節(jié)的目的。

5 實(shí)驗(yàn)論證

實(shí)驗(yàn)論證是論證系統(tǒng)的完整性和調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，并進(jìn)行修改和完善，為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地測(cè)試做準(zhǔn)備工作。

主要是在自動(dòng)風(fēng)窗前后布置壓力測(cè)點(diǎn)，單管壓差計(jì)測(cè)量?jī)牲c(diǎn)壓差，與壓差傳感器數(shù)值比對(duì);模擬巷道的斷面為半圓拱，尺寸為2.8m（寬）×2.9m（長(zhǎng)），人工調(diào)節(jié)風(fēng)阻器開(kāi)口大小;模擬巷道通風(fēng)選擇抽出式通風(fēng)，通過(guò)風(fēng)機(jī)變頻，控制測(cè)試系統(tǒng)的風(fēng)量。

通過(guò)多次測(cè)試，得出系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)，如表1所示。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以得出，調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)誤差小于4%，所以，礦井自動(dòng)通風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是可行的。

6 結(jié)論

通過(guò)理論設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）礦井自動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成為自動(dòng)控制器、壓差測(cè)量裝置、自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置;（2）礦井自動(dòng)通風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)誤差小于4%;（3）礦井自動(dòng)通風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可以解決礦井通風(fēng)調(diào)節(jié)不及時(shí)和不準(zhǔn)確問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

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