傳感器與檢測技術(shù)課程設計報告標準

電氣與信息工程學院課程設計報告PAGEPAGE6黑龍江科技學院課程設計報告項目名稱：瓦斯?jié)舛葯z測系統(tǒng)設計所屬課程：傳感器與檢測技術(shù)實踐日期：2011.7.4—2011.7.8班級測控08-3班學號33號姓名王小龍成績電氣與信息工程學院課程設計概述：【課程設計目的及要求】【課程設計目的】1、通過對瓦斯?jié)舛葯z測系統(tǒng)的設計，提高自己的綜合能力水平。2、通過對瓦斯?jié)舛葯z測系統(tǒng)的設計，提高對常用傳感器的了解。3、通過對瓦斯?jié)舛葯z測系統(tǒng)的設計，陪養(yǎng)自己的創(chuàng)新精神。4、通過對瓦斯?jié)舛葯z測系統(tǒng)的設計，提高自己理論聯(lián)系實際的能力5、通過對瓦斯?jié)舛葯z測系統(tǒng)的設計，培養(yǎng)自己的設計思想。【課程設計要求】1綜合運用傳感器與檢測技術(shù)理論知識獨立完成一個對瓦斯?jié)舛葯z測系統(tǒng)設計的工作；2該瓦斯?jié)舛葯z測系統(tǒng)實現(xiàn)技術(shù)指標為：體積濃度測量范圍：0.0-6.0%測量誤差：≤0.5%供電電源：AC220V通過鍵盤可進行測量范圍的修改越限進行聲光報警瓦斯?jié)舛燃皥缶畔⒖蛇M行上傳3、培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和扎實的設計技能?！菊n程設計原理】本次課程設計，要完成對瓦斯?jié)舛葯z測系統(tǒng)的設計，是基于89C51單片機為硬件核心，采用軟件實現(xiàn)催化元件的自動校零、非線性補償,通過實時采集、數(shù)據(jù)處理能夠準確地監(jiān)測瓦斯含量,并經(jīng)遠程數(shù)據(jù)傳送模塊將數(shù)據(jù)傳送到井上計算機監(jiān)測平臺進行處理,當被測氣體中瓦斯?jié)舛瘸^預定數(shù)值時,將產(chǎn)生聲光報警以實現(xiàn)控制功能。該系統(tǒng)測量范圍為0~6%的CH4,基本誤差：≤0.5%用到的理論知識是：傳感器的選擇，A/D轉(zhuǎn)換的理論，單片機的接口、設置、輸入、輸出，LED顯示，自動測試系統(tǒng)，鍵盤矩陣理論等。課程設計內(nèi)容：【方案設計】在做以前我咨詢了很多老師，主要是經(jīng)常跟馮老師請教一些問題，比如制圖，比如用什么方法實現(xiàn)，比如單片機的基礎(chǔ)問題，并去圖書館查了相應的資料，通過這些問題的積累與結(jié)合理清了自己的思路，設計思路是：省題→確定硬件核心→按題目要求建?！嫵隽鞒虉D→確定電路。流程圖如下：傳感器傳感器A/D89C51單片機液晶顯示器鍵盤輸入上位機蜂鳴報警器LED報警顯示1、在這個系統(tǒng)中核心硬件我采用了89C51單片機，因為我們主要學習的就是89C51所以對89C51操作比較理解，其主要實現(xiàn)定時數(shù)據(jù)采集、數(shù)字信號處理、存儲、顯示、通信處理等功能;2、上位機我選用PC機，PC機應用軟件主要是對進一步處理總站多路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器傳輸過來的數(shù)據(jù),提供友好的監(jiān)測界面,接在大屏幕上實時顯示當前各個采集點參數(shù)的工作狀態(tài),實現(xiàn)實時監(jiān)測、動態(tài)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、曲線繪制、報表打印輸出等功能。3、瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測報警系統(tǒng)中的瓦斯信號檢測電路采用的是JZY4-13型催化元件，由于催化元件靈敏度較低,一般為18mV(1%CH4)左右,而集成運放的共模電壓較高,可高達幾伏,需要對檢測電路輸出的電壓信號進行放大。信號放大電路在該測量電路中作用舉足輕重,為了提高電阻橋路的輸出精度,采用工業(yè)級四單電壓運算放大器(U6)如圖：該數(shù)據(jù)放大電路包含2個放大級,前兩個放大器組成第一級,二者均接成同相輸入,因此輸入電阻很高。由于電路結(jié)構(gòu)對稱,它們的漂移和失調(diào)都有相互抵消的作用,漂移小、穩(wěn)定性好。后一個放大器構(gòu)成差動放大級,將差動輸入信號轉(zhuǎn)換成單端對地輸出,通過調(diào)節(jié)R10可以改變負反饋量的大小,從而改變放大器的放大倍數(shù),校準載體催化元件的靈敏度。4、A/D轉(zhuǎn)換器是8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809，根據(jù)ADC0809的工作時序，ADC0809工作過程分為如下幾步:首先，地址線(A、B、C)上加通道編碼，在地址鎖存信號ALE上升沿作用下鎖存該地址編碼，即選擇好通道;其次，啟動A/D轉(zhuǎn)換，只要在START加一正脈沖就啟動一次轉(zhuǎn)換;再次，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束，在啟動轉(zhuǎn)換10μS后轉(zhuǎn)換結(jié)束標志端EOC自動變?yōu)榈碗娖?，直到轉(zhuǎn)換結(jié)束才恢復為高電平，對于這一點編程時要考慮;最后，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，在輸出允許控制端OE高電平期間，將8位數(shù)據(jù)讀入單片機內(nèi)部即可，連接如圖：5、傳輸采用Modem芯片MSM7512B模塊電路,它具有抗干擾能力強、功耗低、外圍電路簡單、可靠性高等優(yōu)點。傳輸方式為半雙工,傳輸速率為1200bps,使用一個+5V電源。通信控制傳輸模塊電路如圖所示：6、采用大屏點陣圖形液晶顯示模塊實現(xiàn)顯示功能。使用了512KB的存儲器,用來存儲系統(tǒng)需要的16@16點陣漢字字庫、界面顯示背景圖等。由于該液晶顯示器內(nèi)置了SED1335控制系統(tǒng),對液晶顯示器的控制實際上變?yōu)閷ED1335控制系統(tǒng)進行接口通信的過程,簡化了系統(tǒng)對液晶顯示的控制。7、鍵盤采用矩陣形式排列,按鍵設置在行列式交點上,通過鍵盤可實現(xiàn)人機對話。8．自動校零軟件設計：自動校零軟件的設計思路:開機后,讀初值,通過電路設計,使元件完全不與井下的瓦斯氣體反應,可以認為此時測量到的檢測值即為零漂值。將此/零漂值0存入單片機RAM中。這一過程結(jié)束后,開始檢測瓦斯氣體。通過A/D轉(zhuǎn)換后的原始數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)總線進入單片機中進行預處理,減掉存儲在RAM中的/零漂值0,使檢測值得到補償,實現(xiàn)瓦斯氣體測量數(shù)據(jù)的自動校零,最后將數(shù)據(jù)與預設報警值比較。9、非線性補償軟件設計：催化元件的非線性特性可以近似用一個多項式表示:Y=W1X1+W2X2+W3X3+,+WnXn(X為輸出信號,W1、W2、W3,Wn為系數(shù))。本系統(tǒng)采用分段直線法進行簡單的線性處理,增加分段線性校正的區(qū)域,從而保證了較高的精度。參考文獻：[1]白敏丹,田哲民,陳啟平.一體化礦燈光聲瓦斯報警器[J].煤礦設計,1999.[2]王瑞平,郝迎吉,閆小樂.新型瓦斯?jié)舛葴y定系統(tǒng)[J].長安大學學報:自然科學版,2005(6).[3]周國浩.激光式遠程隧道自動監(jiān)測系統(tǒng)的研制[D].西安:西安科技大學,2004.[4]李英建,王進野,孫西瑞.便攜式瓦斯報警儀充電控制電路的研究與設計[J].工礦自動化,2006(5).【小結(jié)】通過這次的課程設計，使