智能儀器課件

1、智能儀器設(shè)計(jì)實(shí)例,實(shí)例 固體密度測試儀的研制 實(shí)例2 紅外線感應(yīng)自動門控制系統(tǒng) 實(shí)例3 多路遠(yuǎn)程溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 實(shí)例4 數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì) 實(shí)例5 糖化試驗(yàn)器的設(shè)計(jì) 實(shí)例6 校準(zhǔn)源的設(shè)計(jì) 實(shí)例7 超聲波測距儀的設(shè)計(jì),實(shí)例1： 固體密度測試儀的研制,測量原理 硬件電路設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì) 測試結(jié)果分析,三種固體密度測試法 :有天平法、機(jī)械法、電子自動法。,一、電子自動法測量原理,電子自動法是一種基于阿基米德浮力定律實(shí)現(xiàn)對固體的密度測試的方法。,設(shè)固體標(biāo)本的質(zhì)量為M、體積為V，測量密度為，有：=M/V,固體標(biāo)本在空氣中的重量為：P1=Mg 在水中的重量為：P2=（M-M0）g， 則浸沒在水中前后的重量

2、差為：P1-P2=M0g， 其中g(shù)表示重力加速度，M0表示與固體標(biāo)本同體積的水的質(zhì)量。根據(jù)阿基米德浮力定律，不規(guī)則固體的體積為：,則不規(guī)則固體的密度為：,式中0為水的密度，因?yàn)?=1g/cm3，于是所測固體的密度為：,二、硬件電路設(shè)計(jì),密度儀組成框圖,1、傳感器設(shè)計(jì),應(yīng)變片壓阻電橋,若 R1 =R3 =R2 =R4=R；R1=R2=R3=R4=R 則 U01 = ER/R = KP 式中：K重力到電壓的轉(zhuǎn)換系數(shù)； P電阻傳感器所受到的重力； U01傳感器橋路輸出電壓； E電橋電源電壓。 對應(yīng)0-450克的重量范圍， 本傳感器的輸出電壓0-10mv。,2信號放大電路,3數(shù)字信號處理電路,三、軟件

3、設(shè)計(jì),四、測試結(jié)果,1主要技術(shù)指標(biāo) 測量密度范圍：17.5g/cm3； 均方誤差0.01； 測量體積范圍：（50300）cm3； 體積分辨率：0.1cm3； 測量重量范圍：500g。,2.689 2.690 2.689 2.689 2.691 2.678 2.688 2.686 2.687 2.688,測試數(shù)據(jù)（g/cm3）,平均值（g/cm3）2.687,均方差（g/cm3） 0.0035,實(shí)例2：紅外線感應(yīng)自動門控制系統(tǒng),系統(tǒng)硬件電路 紅外線傳感器集成芯片介紹 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu),一 系統(tǒng)硬件電路,紅外線自動門控制系統(tǒng)原理圖,二 紅外線傳感器集成芯片介紹,紅外熱釋電處理芯片ISS0001特點(diǎn)（如

4、圖2-1、2-2所示）： （1）用CMOS工藝，功耗低。 （2）具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器，可與多種傳感器匹配。 （3）雙向鑒幅器可有效抑制干擾信號。 （4）內(nèi)設(shè)延時(shí)和封鎖定時(shí)器，性能穩(wěn)定，調(diào)節(jié)范圍寬。 （5）內(nèi)置參考電源。 （6）工作電壓范圍寬（3V5V）。,圖2-1 BISS0001芯片引腳圖,圖2-2 BISS0001芯片內(nèi)部電路原理圖,三 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu),整個(gè)系統(tǒng)軟件主要由主程序、中斷服務(wù)程序、門開啟和關(guān)閉子程序、各種故障處理及報(bào)警子程序組成。,圖2-3 系統(tǒng)主程序流程圖,圖2-4 T1中斷服務(wù)程序流程圖,圖2-5 外部中斷服務(wù)程序流程圖,圖2-6 開門子程序流程圖,多路遠(yuǎn)程溫度檢測

5、在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、日常生活等方面有著廣泛的應(yīng)用，如糧庫中多點(diǎn)溫度的檢測，區(qū)域性森林中各分散點(diǎn)溫度的監(jiān)測以及火車車輪溫度的檢測等都需要大范圍分布檢測點(diǎn)對溫度進(jìn)行監(jiān)測。,實(shí)例3 多路遠(yuǎn)程溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì),1、檢測系統(tǒng)總體設(shè)計(jì),多路遠(yuǎn)程溫度檢測系統(tǒng)采用分布式檢測結(jié)構(gòu)，由一臺主機(jī)系統(tǒng)和多臺從機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。 從機(jī)根據(jù)主機(jī)的指令對各點(diǎn)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)或定時(shí)采集，測量結(jié)果不僅能在本地存儲、顯示，而且可以通過串行總線將采集數(shù)據(jù)傳送至主機(jī)。 主機(jī)的功能是發(fā)送控制指令，控制各個(gè)從機(jī)進(jìn)行溫度采集，收集從機(jī)測量數(shù)據(jù)，并對測量結(jié)果進(jìn)行分析、處理、顯示和打印。,主機(jī)部分采用PC，從機(jī)的微處理器采用80C51單片機(jī)，從機(jī)的信號輸入

6、通道由溫度傳感器、信號調(diào)理電路以及A/D轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成。主機(jī)與從機(jī)之間采用RS-485串行總線通信。,檢測系統(tǒng)的主要功能和技術(shù)指標(biāo)如下： 能夠同時(shí)檢測N路溫度，檢測溫度范圍為0400； 采用12位A/D轉(zhuǎn)換器，同時(shí)采用過采樣和工頻周期求均值技術(shù)，溫度分辨率達(dá)到0.007； 使用RS-485串行總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸距離大于1200m，抗干擾能力強(qiáng)； 可由主機(jī)分別設(shè)置各從機(jī)的溫度報(bào)警上、下限值，主機(jī)、從機(jī)均具有報(bào)警功能； 主機(jī)可實(shí)時(shí)、定時(shí)收集各從機(jī)的數(shù)據(jù)，并具有保存數(shù)據(jù)、分析24小時(shí)數(shù)據(jù)的功能。,2、硬件電路設(shè)計(jì),硬件電路設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是從機(jī)系統(tǒng)及通信接口電路的設(shè)計(jì)。在從機(jī)系統(tǒng)中，鍵盤及LCD顯示

7、器的設(shè)計(jì)屬于常規(guī)設(shè)計(jì)，主要是模擬量輸入通道(溫度傳感器、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器)以及通信接口電路的設(shè)計(jì)。 1）. 溫度檢測電路的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的溫度檢測范圍為0400，可選用的溫度傳感器有集成溫度傳感器、熱電偶以及熱電阻等。,集成溫度傳感器(如AD590、DS18B20)的特點(diǎn)是使用方便、信號易于處理，但測溫范圍較窄，一般在200以下，不能滿足本設(shè)計(jì)的要求。 熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一，其優(yōu)點(diǎn)是檢測精度高、測量范圍寬，常用的熱電偶從-501600均可連續(xù)測量。但需要采用電路或軟件等修正方法來補(bǔ)償冷端溫度(t00時(shí))對測溫的影響,使用不便。 熱電阻測量精度高、性能穩(wěn)定，使用方便，測量

8、范圍為-200600，完全滿足設(shè)計(jì)要求?？紤]到鉑電阻的測量精度較高，所以設(shè)計(jì)選擇鉑電阻PT100作為傳感器。鉑電阻測量溫度的原理是將溫度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮柚档淖兓Ｖ灰獪y出鉑電阻的阻值即可換算出被測溫度值。,2）. A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)（并行A/D574，A/D1674, TLC2543，串行MAX197） 本系統(tǒng)測量的是溫度信號，不要求快速轉(zhuǎn)換，可選用12位串行A/D轉(zhuǎn)換器MAX187。 MAX187的特性： 12位精度 內(nèi)部采樣/保持電路，75KHZ采樣速率 單+5V電源工作 低功耗：關(guān)斷模式下2uF;5mA操作電流 內(nèi)部4.096V基準(zhǔn) 3線串行接口，SPI，QSPI和MICrowire兼

9、容,3、軟件設(shè)計(jì),軟件設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分，即主機(jī)程序設(shè)計(jì)和從機(jī)程序設(shè)計(jì)。 從機(jī)程序分為兩種情況，一種為從機(jī)響應(yīng)主機(jī)傳送溫度數(shù)據(jù)，另一種為從機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度檢測。,主機(jī)程序流程圖,從機(jī)響應(yīng)主機(jī)中斷服務(wù)流程圖,從機(jī)溫度檢測流程圖,實(shí)例4：數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì),原理 硬件電路設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì),頻率信號測量有兩種方法: 1)計(jì)數(shù)一定門限時(shí)間內(nèi)的頻率信號脈沖數(shù)。 T 0 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器用來設(shè)置閘門時(shí)間Tg , T1 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器采用16位計(jì)數(shù)工作方式(初值為0) ,內(nèi)部控制啟停,若此時(shí)讀取TL1、TH1 的數(shù)據(jù)為N。則待測信號的頻率值為: fx =N / Tg. 2)計(jì)時(shí)一定數(shù)量的被測頻率信號脈沖所經(jīng)歷的時(shí)間。 設(shè)T1 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值為M,則待測信號的頻率值為: fx = Fosc / (12M ) .,實(shí)例5：糖化試驗(yàn)器的設(shè)計(jì),硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的控制方法 軟件設(shè)計(jì),一、系統(tǒng)硬件組成,二、系統(tǒng)控制方法,控制策略（分區(qū)控制）