智能化测控技术课程设计正文
第一章绪论
1．1 虚拟仪器技术概述
如今的时代，科学技术的进步主要是计算机技术的进步为代表。不断革新的计算机技术，从各个层面上影响着、引导着各行各业的技术更新。基于计算机技术的虚拟仪器系统技术正以不可逆转的力量推动着测控技术的革命。
虚拟仪器(Virtual Intrument，简称VI)是计算机技术与仪器技术深层次结合产生的全新概念的仪器，是对传组仪器概念的重大突破，是仪器领域内的一次革命。虚拟仪器是继第一代仪器——模拟式、仪表器二代仪器——分立元件式仪表、第三代仪器——数字式仪器、第四代仪器——智能化仪器之后的新一代仪器。虚拟仪器是在计算机的显示屏上虚拟了传统仪器面板的计算机化仪器，它尽可能多的将原来由硬件电路完成的信号调理和信号处理的功能，代替为计算机的程序来完成。这种硬件功能软件化，是虚拟仪器的一大特征。操作人员在计算机的屏幕上利用指点设备操作虚拟的仪器，就象操作真实的仪器一样，完成对被测量的采集、显示、分析、处理、存储及数据生成。
虚拟仪器是计算机化的仪器，由计算机、模块化功能硬件和应用软件三大部分组成。一般而言，虚拟仪器所用的计算机是通用的计算机，虚拟仪器根据其模块化功能硬件的不同，而有多种构成方式。
虚拟仪器系统概念是对传统仪器概念的重大突破，是计算机系统与仪器系统技术相结合的产物。它利用计算机系统的强大功能，结合相应的硬件，大大突破传统仪器在数据处理、显示、传送、处理等方面的限制，使用户可以方便地对其进行维护、扩展、升级等。
虚拟仪器系统可以广泛地应用在通讯、自动化、半导体、航空、电子、电力、生化制药、和工业生产等各种领域。
现有的虚拟仪器系统按硬件工作平台主要可分为基于PC总线的虚拟仪器、基于VXI的虚拟仪器、基于PXI的虚拟仪器，所应用场合不同各有其特点。
虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。这也正是NI近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件
平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成这四大优势。
1．2 虚拟仪器硬件技术
1．2．1 卡式仪器
传统仪器主要由控制面板和内部处理电路组成；而卡式仪器自身不带仪器面板，必须借助计算机强大的图形环境，建立图形化的虚拟面板，完成对仪器的控制、数据分析和显示。以数据采集卡为例，通常具有A/D和D/A转换、数字I/O 和计数器/定时器等功能，有些还有数字滤波和数字信号处理功能。现在多功能数据采集卡多采用“虚拟硬件(VH)的技术”，它的思想源于可编程器件，使用户通过程序能够方便地改变硬件的功能或性能参数，从而依靠硬件设备的柔性来增强其适用性和灵活性。目前市面上的VH，其采样率和精度都是可变的。
由于卡式仪器与计算机结合紧密，能够充分利用已有的计算机资源，较之传统仪器成本更低廉、使用更灵活、性能更强，因此它是一种极具潜力的仪器种类。
1．2．2 总线技术
1．仪器总线：
GPIB总线(即IEEE 488总线)是一种数字式并行总线，主要用于连接测试仪器和计算机。该总线最多可以连接15个设备(包括作为主控器的主机)。如果采用高速HS488交互握手协议，传输速率可高到8MBps。
VXI总线(即IEEE 1155总线)是一种高速计算机总线—VME总线在仪器领域的扩展。它是在1987年，由五家测试和仪器公司制订的仪器总线标准。VXI总线具有标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强最高可达40MBps、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持的特点，因此得到了广泛的应用。不过，由于价格较高，推广应用受到一定限制，主要集中在航空、航天等国防领域。
PXI总线是以CompactPCI为基础的，由具有开放性的PCI总线扩展而来(NI 公司于1997年提出)。PXI总线符合工业标准，在机械、电气和软件特性方面充分发挥了PCI总线的全部优点。PXI构造类似于VXI结构，但它的设备成本更低、运行速度更快，体积更紧凑。目前基于PCI总线的软硬件均可应用于PXI系统中，从而使PXI系统具有良好的兼容性。PXI还有高度的可扩展性，它有8个扩展槽，而台式PCI系统只有3～4个扩展槽。PXI系统通过使用PCI-PCI桥接器，可扩展到256个扩展槽。PXI总线的传输速率已经达到132Mbps(最高为500Mbps)。
2．计算机总线：
ISA总线是一种8位或16位非同步数据总线，工作频率为8MHz，最高数据传输率在8位时为24MBps，16位时为48MBps。这种总线对于低速数据采样与处理来说是有效的，但对于基于高性能PC机的多任务操作系统和高速数据采集系统来说，ISA总线由于其带宽、位数等的限制，故不能满足系统工作的要求。
PCI总线是一种同步的独立于CPU的32位或64位局部总线，时钟频率为
33MHz，数据传输率高达132～264MBps，PCI总线技术的无限读写，可在一瞬间发送大量数据。PCI总线上的外围设备可与CPU并发工作，从而提高了整体性能。PCI总线还有自动配置功能，从而使所有与PCI兼容的设备实现真正的“即插即用”。PCI总线由于上述优点而得到了广泛应用，已成为PC工业的事实标准。
USB通用串行总线和IEEE 1394总线是被PC机广泛采用的两种总线，它们已被集成到计算机主板上。USB总线能以雏菊链方式连接127个装置，需要一对信号线及电源线。USB 2.0标准的数据传输率能达到480Mbps。该总线具有轻巧简便、价格便宜、连接方便快捷的特点，现在已被广泛用于宽带数字摄像机、扫描仪、打印机及存储设备。IEEE 1394总线是由苹果公司于1989年设计的高性能串口总线，目前传输速率为100、200、400Mbps，将来可达3.2Gbps。这种总线需要两对信号线和一对电源线，可以用任意方式连接63个装置，它是专为需要大数据量串行传送的数码相机、硬盘等设计的。
3．工业现场总线：
为了共享测试系统资源，越来越多用户正在转向网络。工业现场总线是一个网络通讯标准，它使得不同厂家的产品通过通讯总线使用共同的协议进行通讯。
1．2．3 虚拟仪器系统组建方案
通过各种不同的接口总线，组建不同规模的自动测试系统。虚拟仪器系统按硬件构成方式，可有以下几种组建方案：
(1)GPIB仪器通过GPIB接口卡与计算机组成GPIB系统。
(2)VXI仪器与计算机组成VXI系统。
(3)PXI仪器组成PXI系统。
(4)以DAQ和信号调理部分为硬件组成PC-DAQ测试系统。
(5)并行总线仪器组成并行总线系统。
(6)串行总线仪器组成串行总线系统。
(7)现场总线设备组成现场总线系统。
1．3 虚拟仪器技术的发展
由IT产业特征决定了VI技术必须走标准化、开放性这条技术路线，目前VI已发展成具有GPIB、PC-DAQ、VXI和PXI四种标准体系结构的开放技术。1998年NI公司又发布了虚拟硬件和可互换虚拟仪器(IVI)的概念，与此同时产生IVI 技术开发规范。此规范使程序的开发完全独立于硬件，提高了程序代码的复用性，大大降低了应用程序的维护费用，必将成为测控技术的主要基础技术之一。
然而VI的外延由于VI技术以计算机为平台，具有方便、灵活的互联能力，因而支持诸如CAN、DeviceNet、FieldBus、PROFIBUS等各种工业总线标准且有大量适应于工业现场的分布式I/O。尽管Internet技术最初没考虑如何将嵌入式智能设备连接一起，不过NI等公司已通过Web浏览器观测嵌入式设备的产品，使人们可以通过Internet操作仪器设备，进而形成遍布家庭、办公室和工业现场的分布式测控网络。而有关MCN方面的标准正在积极进行，并取得了一定进展。随着测量、控制过程的进一步网络化，一个真正虚拟化的测控时代即将到来。
随着计算机技术、仪器技术和网络通信技术的不断完善，虚拟仪器将向以下三个方向发展：
(1)外挂式虚拟仪器
PC-DAQ式虚拟仪器是现在比较流行的虚拟仪器系统，但是，由于基于PCI
总线的虚拟仪器在插入DAQ时都需要打开机箱等，比较麻烦，而且，主机上的PCI插槽有限，再加上测试信号直接进入计算机，各种现场的被测信号对计算机的安全造成很大的威胁，同时，计算机内部的强电磁干扰对被测信号也会造成很大的影响，故以USB接口方式的外挂式虚拟仪器系统将成为今后廉价型虚拟仪器测试系统的主流。
(2)PXI型高精度集成虚拟仪器测试系统
PXI系统高度的可扩展性和良好的兼容性，以及比VXI系统更高的性价比，将使它成为未来大型高精度集成测试系统的主流虚拟仪器平台。
(3)网络化虚拟仪器
尽管Internet技术最初并没有考虑如何将嵌入式智能仪器设备连接在一起，不过NI等公司已开发了通过Web浏览器观测这些嵌入式仪器设备的产品，使人们可以通过Internet操作仪器设备。根据虚拟仪器的特性，我们能够方便地将虚拟仪器组成计算机网络。利用网络技术将分散在不同地理位置不同功能的测试设备联系在一起，使昂贵的硬件设备、软件在网络上得以共享，减少了设备重复投资。现在，有关MCN(Measurement and Control Networks)方面的标准正在积极进行，并取得了一定进展。由此可见，网络化虚拟仪器将具有广泛的应用前景。
第二章LabVIEW简介
2．1 LabVIEW概述
LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境简称，是功能强大、复杂程序开发环境。包含图形编程语言开发数据采集、信号分析、仪器控制领域的虚拟仪器应用程序。
LabVIEW是由美国国家仪器(NI)公司研制开发的一个功能大而又灵活的仪器和分析软件应用开发工具。类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。
与C和BASIC一样，LabVIEW也是通用编程系统，有一完成任何编程任务庞大函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序(子VI)的结果、单步执行等等，便于程序的调试。
LabVIEW程序称为“虚拟仪器”或简称为VI。LabVIEW不同于基于文本的编程语言(如Fortran和C)，它是一种图形编程语言——通常成为G编程语言，其编程过程就是通过图形符号描述程序的行为。LabVIEW使用的是科学家和工程师们所熟悉的术语，还使用了易于识别的构造G语言的图形符号。即使具有很少变成经验的人也能学会使用LabVIEW，并能够发现和了解一些有用的基本编程原则。如果从前未编过程(或许有一些编程经验但已忘了许多)，在钻研G编程语言之前，需要复习一下编程方面的基本概念。
LabVIEW系统由其应用执行文件和许多相关文件以及子目录组成。LabVIEW 使用文件和目录来存储创建VI所必需的信息，部分重要的文件和目录如下：
(1)LabVIEW可执行程序：用于启动LabVIEW。
(2)vi.lib目录：该目录包含VI库，如数据采集、仪器控制和分析VI。它必须与LabVIEW执行程序在同一目录下。不要改变vi.lib目录名称，因为LabVIEW 启动时要查找该目录。如果改变此名称，就不能使用众多的控件和库函数。
(3)Examples目录：该目录包含许多VI示例，这些例子示范了LabVIEW的功能。
(4)user.lib目录：用户创建的VI保存于该目录并将出现在LabVIEW的Functions Palette(函数选项板)上。
(5)instr.lib目录：如果希望用户仪器驱动程序库出现在LabVIEW的函数选项板上，应将其放置在该目录下。
(6)Learning目录：该目录包含有用户使用时所需要的VI库。
2．2 LabVIEW的操作模板
LabVIEW具有多个图形化的操作模板，用于创建和运行程序。这些操作模板可以随意在屏幕上移动，并可以放置在屏幕的任意位置。操纵模板共有三类，为工具(Tools)模板、控制(Controls)模板和功能(Functions)模板。
2．2．1 工具模板
工具模板为编程者提供各种用于创建、修改和调试VI程序的工具。可在Windows菜单下选Show Tools Palette以显示模板。从模板内选择任一工具后鼠标箭头就会变成该工具相应形状。当从Windows菜单下选择Show Help Window，把选定的任一工具光标放在框图程序的子程序或图标上，就会显示帮助信息。
图2—1 LabVIEW的工具模板
如图2—1所示是LabVIEW的几种工具图标，从左往右且从上往下，依照顺序依次介绍这几种常用工具的功能：
(1)操作工具：来操作前面板控制和显示。用它键入值时工具变标签形状。
(2)选择工具：选择、移动或改变对象大小。用改变对象连框会变相应形状。
(3)标签工具：输入标签文本或建自由标签。当建自由标签时会变相应形状。
(4)连线工具：在框图程序上连接对象。当帮助窗口打开会显示其数据类型。
(5)对象弹出菜单工具：用左鼠标键可以弹出对象的弹出式菜单。
(6)漫游工具：使用该工具就可以不需要使用滚动条而在窗口中漫游。
(7)断点工具：使用该工具在VI的框图对象上设置断点。
(8)探针工具：在框图程序内数据流线上设置探针。通过窗口看数据流变化。
(9)颜色提取工具：使用该工具来提取颜色用于编辑其他的对象。
(10)颜色工具：用来给对象定义颜色。它也显示出对象的前景色和背景色。2．2．2 控制模板
控制模板可以给前面板添加输入控制和输出显示。每个图标代表一个子模板。如果控制模板不显示，可以用Windows菜单的Show Controls Palette功能打开它，也可以在前面板的空白处点击鼠标右键。但只在前面板时才能调用它。
图2—2 LabVIEW的控制模板
控制模板如图所示，从左往右且从上往下，依次介绍它所包含的几个子模板：
(1)数值子模板：包含数值的控制和显示。
(2)布尔值子模块：逻辑数值的控制和显示。
(3)字符串子模板：字符串和表格的控制和显示。
(4)列表和环(Ring)子模板：菜单环和列表栏的控制和显示。
(5)数组和群子模板：复合型数据类型的控制和显示。
(6)图形子模板：显示数据结果的趋势图和曲线图。
(7)路径和参考名(Refnum)子模板：文件路径和各种标识的控制和显示。
(8)控件容器库子模板：用于操作OLE、ActiveX等功能。
(9)对话框子模板：用于输入对话框的显示控制。
(10)修饰子模板：用于给前面板进行装饰的各种图形对象。
(11)用户自定义的控制和显示。
(12)调用存储在文件中的控制和显示的接口。
2．2．3 功能模板
功能模板是创建框图程序的工具。该模块每一顶层图标都表示一个子模板。可以用Windows菜单下的Show Functions Palette功能打开它，也可以在框图
程序窗口的空白处点击鼠标右键。只有打开了框图程序窗口，才能出现功能模板。
图2—3 LabVIEW的功能模板
功能模板如图所示，从左往右且从上往下，依次介绍它所包含的几个子模板：
(1)结构子模板：包括程序控制结构命令以及全局变量和局部变量。
(2)数值运算子模板：包括各种常用数值运算符以及数值运算式、数值常数。
(3)布尔逻辑子模板：包括各种逻辑运算符以及布尔常数。
(4)字符串运算子模板：串操作函数、数值与字符串间转换函数、字符常数。
(5)数组子模板：包括数组运算函数、数组转换函数，以及常数数组等。
(6)群子模板：包括群的处理函数、群常数等。此群相当于C语言中的结构。
(7)比较子模板：包括各种比较运算函数，如大于、小于、等于。
(8)时间和对话框子模板：包括对话框窗口、时间和出错处理函数等。
(9)文件输入/输出子模板：包括处理文件输入/输出的程序和函数。
(10)仪器控制子模板：GPIB、串行、VXI控制程序和函数、VISA功能函数。
(11)仪器驱动程序库：用于装入各种仪器驱动程序。
(12)数据采集子模板：数据采集硬件驱动程序、信号调理所需各种功能模块。
(13)信号处理子模板：包括信号发生、时域及频域分析功能模块。
(14)数学模型子模块：统计、曲线拟合等功能模块，微分、积分等工具模块。
(15)图形与声音子模块：包括3D、OpenGL、声音播放等功能模块。
(16)通讯子模板:包括TCP、DDE、ActiveX和OLE等功能的处理模块。
(17)应用程序控制子模块:包括动态调用VI、标准可执行程序的功能函数。
(18)底层接口子模块：包括调用动态连接库和CIN节点等功能的处理模块。
(19)文档生成子模板。
(20)示教课程子模板：包括LabVIEW示教程序。
(21)用户自定义的子VI模板。
(22)“选择…VI子程序”子模板：可选择任一VI作子程序插入当前程序中。
第三章 虚拟仪器测量原理
3．1 稳压电源
3．1．1 稳压电源的参数指标
我们常用稳压电路的技术指标去衡量稳压电路性能的高低。一般分为两种：一种是特性指标包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数、输出电阻、温度系数及纹波电压等。这些质量指标的含义，可简述如下：
由于输出直流电压Vo 随输入直流电压Vi(即整流滤波电路的输出电压)、输出电流Io 和环境温度T(℃)的变动而变动，即输出电压Vo=f(Vi ，Io ，T)，
因此，可得如下公式：
O I O r I o O O O V I V V V I T K V S V R I I T ???+?+?=?+?+???
Kv 是输入调整因数，反映了输入电压波动对输出电压的影响，实际中常用输入电压变化时引起输出电压的相对变化表示，称为电压调整率，即
有时也以输出电压和输入电压相对变化之比来表征稳压性能，称为稳压系数，即
输出电阻R 是反映负载电流I 变化对V 的影响，即
表示温度变化对输出电压的影响，其表达式为
3．1．2 稳压电源的工作原理
本次课程设计所设计的稳压电源是串联反馈式的稳压电源，它的实际电路设计结构图如图3-1所示，图中Vi=12V 是整流滤波电路的输出电压，Q 为调整管，LM358P 运放是稳压电源的核心芯片，其组成的电路为比较放大电路，Vref 为基
准电压，它由一个5.1V的稳压管与一个5.1K的电阻串联所构成的简单稳压电路获得，R1和R2组成反馈网络，用来反映输出的电压。
图3-1 串联反馈式稳压电路的结构图
串联型稳压电源由基准电压、比较放大环节、调整环节、取样环节组成。其中调整环节就是一个射极输出器。取样环节是将输出电压量取出，加到误差比较放大器的反相输入端，与同相输入端的基准电压相比较。
这种稳压电路的主回路是起调整作用的Q与负载串联，故称为串联式稳压电路。输出电压的变化量由反馈网络取样经放大电路(A)放大后去控制调整管Q的c-e极间的电压降，从而达到稳定输出电压Vo的目的。稳压原理可简述如下：当输入电压Vi增加(或负载电流Io减小)时，导致输出电压Vo增加，随之反馈电压Vf=R2Vo/(R1+R2)=FvVo也增加(Fv为反馈系数)。Vf与基准电压Vref相比较，其差值电压经比较放大电路放大后使Vb和Ic减小，调整管Q的c-e极间电压Vce增大，使Vo下降，从而维持Vo基本恒定。
同理，当输入电压Vi减小(或负载电流Io增加)时，亦将使输出电压基本保持不变。
在深度负反馈条件下，时，可得
上式表明，输出电压Vo与基准电压Vref近似成正比，与反馈系数Fv成反比。当Vref及Fv已定时，Vo也就确定，因此它是设计稳压电路的基本关系式。
3．1．3 稳压电源的虚拟测控
通过上一小节的简述，使得我们了解了串联反馈式稳压电源的基本原理，通过对基本原理的认识，使得我们可以运用虚拟仪器的测试技术来设计和实际操作稳压电源的虚拟式的测控，实现对其智能化的操控技术。
本次课程设计，主要的操作平台和设备是NI ELVIS。它是一个基于LabVIEW 的虚拟仪器组成，它是一套多功能数据采集设备与一个用户自定义的工作台，工作台上还有一块原型实验面包板。这一整套设备即可为实验室提供诸多常用仪器的功能，包括示波器、函数发生器、数字万用表、可编程控制的电源以及波特分析器、动态信号分析仪与任意波形发生器。
稳压电源的虚拟测控操作具体步骤如下：
(1)根据电路的结构图，在面包板上搭接电路。
(2)将面包板SUPPLY+口和地口分别与NI ELVIS前面板的数字万用表测电压口的正极和地极相接并打开前面板SUPPY+电源，旋转电压调节旋钮，然后打开NI ELVIS软件，点Digital Multimeter观测电压值，直到值为12V，停止旋转。
(3)将芯片的8脚和电路中的输入电压源接在面包板的SUPPLY+口，再将芯片4脚和RL的一端接地。
(4)将要测量的5.1K电阻的一端延伸出一条导线接入数字万用表的测量电
压口的正极，另一端与数字万用表的地端相接。
(5)一切接线完毕后，打开前面板电源，同时打开NI ELVIS软件，点Digital Multimeter观测5.1K电阻两端的电压值。其电压值大约为6.1V左右。
图3-2 稳压电源的虚拟测控电压值
3．2 直流电机脉宽调制
3．2．1 直流电机脉宽调制的参数指标
如图3-3所示，由U1和U2组成的是一个方波—三角波(锯齿波)电压产生器电路。图中两个反相相接的稳压管与R2的交点输出电压记为Vo1，U1的同相端电压为Vp1，反相端电压为Vn1，U2的1脚输出的电压记为Vo2。因此有：Vp1=Vo2-[(Vo2-Vo1)/(R4+R6)]R6
考虑到电路翻转时，有Vn1=Vp1=0，即得
Vo2=Vth=-(R6/R4)Vo1
由于Vo1=±6V，由上个公式可分别求出上、下门限电压和门限宽度为
Vt+ =(R6/R4)6V
Vt- =-(R6/R4)6V
△Vt=Vt+ - Vt-=(R6/R4)12V
比较器输出Vo1又由+6V下跳到-6V。如此周而复始，产生振荡。由于电容C 的正向和反向充电时间常数相等，使得输出波形Vo2为三角波电压，Vo1为矩形波(方波)电压，该电路的振荡周期为
T=4*R6*R3*C/R4
分析完了由U1和U2组成的方波—三角波(锯齿波)电压产生器电路的主要参数指标后，我们再来分析由U3组成的比较器的参数指标。
U3的同相端电压为Vp，反相端电压为Vn，U2的1脚输出供给U3反相端的一个分支电压记作Vo2,而另一个分支电压则是由外部提供的基准电压记作Vc，由U3的1脚输出电压经过一个1.5K电阻后的输出电压记作Vo。因此有：Vn=[R7*Vc/(R7+R9)]+[Vo2*R9/(R7+R9)]
当Vn=Vp=0时，比较器输出电压Vo处于临界翻转状态，由此可得出
Vth=Vo2=-R7*Vc/R9
3．2．2 直流电机脉宽调制的工作原理
在模拟电子技术中PWM信号的产生是通过模拟比较器，比较器的一端按给定的参考电压，另一端按周期性线性增加的锯齿波电压。当锯齿波电压小于参考电压时输出低电平，当锯齿波电压大于参考电压时输出高电平。改变参考电压就可以改变PWM波形中高电平的宽度。从而可以改变1个PWM周期中高低电平的比值，即占空比。由于驱动直流电机转动的是PWM电流的平均值，PWM输出信号占空比变化，从而也改变直流电机转速。实现了对直流电机系统脉宽调制电路的调速。
图3-3 直流电机调速系统脉宽调制电路
本次课程设计的直流电机调速系统脉宽调制电路，主要原理是由U1组成的同相输入迟滞比较器电路产生的电压经过一个1K的电阻后为Vo1，受两个反相的稳压管影响，Vo1从-6V跳变到+6V，从而形成一个方波输出。方波再通过由
U2组成的电容型积分器电路后，由U2芯片的1脚输出一个三角波(或锯齿波)。由此，我们可以发现，由U1和U2组成的电路是一个方波—三角波(锯齿波)
产生电路。而由U3组成的是一个模拟比较器，它的一端给的是一个可调节的参考电压Vc，另一端则是由U1和U2组成的电路产生的三角波(或锯齿波)电压。两者通过U3进行比较，再利用IN4148型号的二极管的导通和关断作为开关，把直流电压变成电压脉冲列。当三角波(或锯齿波)电压小于参考电压时输出低电平，当三角波(或锯齿波)电压大于参考电压时输出高电平。由于参考电压是可调节的，通过改变它就可以改变PWM波形中高电平的宽度。从而改变PWM输出信号的占空比，实现了调速控制。还可通过控制电压脉冲宽度或周期以达到变压目的，或控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一种变换电路。
3．2．3 直流电机脉宽调制的虚拟测控
直流电机脉宽调制的虚拟测控操作具体步骤如下：
(1)根据电路的结构图，在面包板上搭接电路。
图3-4 直流电机调速系统脉宽调制电路的工作台接线图
(2)将面包板SUPPLY+口和地口分别与NI ELVIS前面板的数字万用表测电压口的正极和地极相接并打开前面板SUPPY+电源，旋转电压调节旋钮，然后打开NI ELVIS软件，点Digital Multimeter观测电压值，直到值为12V，停止旋转。同理，调节面包板SUPPLY-口，使它电压值为-12V。
(3)将所有芯片的8脚接入面包板的SUPPLY+口，4脚则接入SUPPLY-口。在运放U3的反相端的一个分支电路上，接入一个由外部供给的可调节的基准电压。
(4)测量从U3的1脚输出电压经一个1.5K电阻后的输出电压(二极管电压)。在1.5K电阻的另一端延伸出一导线接入前面板上的示波器CHA口，便可测得。
图3-5 虚拟仪器测控的实验设备和环境
(5)一切接线完毕后，打开前面板电源，同时打开NI ELVIS软件，双击示波
器(Oscilloscope)功能，通过虚拟仪器观测直流电机脉宽调制电路的输出结果。
(6)由于Vc是可调节的基准电压，通过对Vc大小调节，在虚拟仪器上观测输出结果的变化，从而发现Vc变化可改变输出信号占空比，实现对系统的调速。
图3-6 直流电机调速系统脉宽调制电路的虚拟测控输出波形
3．3 方波发生器
3．3．1 方波发生器的参数指标
本次课程设计所做的方波发生器电路是由迟滞比较器和一个RC充放电回路组成的，双向稳压管用于限定输出幅度，以此产生周期性方波。
如图3-8所示，假设U1的同相端电压为Vp，反相端电压为Vn。U1的输入口电容端电压为Vc。稳压管电压±Vz=±6V，输出的方波电压为Vo。因此有：Vo=Vz=±6V
由于Vref=0，且虚短、虚断时Vc=Vn=Vp= R2*Vz/(R1+R2)，故可求得：
Vt+ =R2*Vz/(R1+R2)
Vt- =-R2*Vz/(R1+R2)
Vth=Vc=±R2*Vz/(R1+R2)
图3-7 输出电压与电容器端电压波形图
图3-7画出了在t=t1～t3时的一个方波的典型周期内输出端及电容C上的电压波形。当 t=t1时，Vc=-R2*Vz/(R1+R2)，则在T/2的时间内电容C上的电压Vc将以指数规律由-R2*Vz/(R1+R2)向+Vz方向变化，根据一阶RC电路的三要素法：
1)时间常数。
2)在t1时刻Vc的初始值为：-R2*Vz/(R1+R2)。
3)若t=∞，Vc的终值是+Vz。其中△t=t1-t2且t1≤t≤t2时，则有：
4)当△t=T/2时，Vc=R2*Vz/(R1+R2)，将这些条件代入上述Vc公式，得
3．3．2 方波发生器的工作原理
方波发生电路是一种能够直接产生方波或矩形波的非正弦信号发生电路。由于矩形波包含极丰富的谐波，因此，这种电路又称为多谐振荡器。基本电路的组成如图3-8所示，它是在迟滞比较器的基础上，增加了一个由R
、C组成的积分
f
、C反馈到集成运放的反相端。在运放的输出端引入限流电路，把输出电压经R
f
电阻R和两个稳压管而组成的双向限幅电路。由图可知，电路的正反馈系数F为：F=R2/(R1+R2)
在接通电源的瞬间，图3-8电路的输出电压究偏于正向饱和还是负向饱和，纯属偶然。设输出电压偏于负饱和值，即Vo=-Vz时，则集成运放同相端的电压为-FVz，而加欲反相端的电压，由于电容器C上的电压Vc不能突变，只能由输出电压Vo通过电阻R
按指数规律向C充电来建立，充电电流为i+。显然，当加
f
到反相端的电压Vc略负于-FVz时，输出电压便立即从负饱和值(-Vz)迅速翻转到正饱和值(+Vz)，+Vz又通过R
f
对C进行反向充电，充电电流为i-。直到Vc 略正于FVz值时，输出状态再翻转回来。如此循环不已，就形成一系列的方波输出。
图3-8 双向限幅的方波产生电路
通常将矩形波为高电平的持续时间与振荡周期的比称为占空比。对称方波的占空比为50%。如需产生占空比小于或大于50%的矩形波，只需适当改变电容C 的正、反向充电时间常数即可。实现此目标的一个方案是，将图3-9所示网络接入图3-9中节点O、N间，代替电阻R f。
图3-9 改变正、反向充电时间常数的一种网络
这样，当Vo为正时，D
1导通而D
2
截止，反向充电时间常数为R
f1
C；当Vo为
负时，D
1截止而D
2
导通，正向充电时间常数为R
f2
C。选取R
f1
/ R
f2
的比值不同，就
改变了占空比。设忽略了二极管的正向电阻，此时的振荡周期为：
3．3．3 方波发生器的虚拟测控
方波发生器的虚拟测控操作具体步骤如下：
(1)根据电路的结构图，在面包板上搭接电路。
图3-10 方波产生电路的工作台接线图
(2)将面包板SUPPLY+口和地口分别与NI ELVIS前面板的数字万用表测电压口的正极和地极相接并打开前面板SUPPY+电源，旋转电压调节旋钮，然后打开NI ELVIS软件，点Digital Multimeter观测电压值，直到值为12V，停止旋转。同理，调节面包板SUPPLY-口，使它电压值为-12V。
(3)将芯片的8脚接入面包板的SUPPLY+口，4脚则接入SUPPLY-口。
(4)将两个背靠背的稳压管一端接地，另一端接入前面板上的示波器CHA口。
(5)一切接线完毕后，打开前面板电源，同时打开NI ELVIS软件，双击示波器(Oscilloscope)功能，通过虚拟仪器观测方波产生电路的输出结果。
图3-11 方波产生电路的虚拟测控输出波形
第四章总结
4．1 系统总体的总结
本次课程设计的题目是《虚拟仪器测试技术的应用》，内容是智能化测控技术的设计。通过运用已学的《LabVIEW7使用教程》和《电子技术基础》的基础上，进行智能化测控技术的设计和制作。我们的设计内容可分为三部分，第一部分是稳压电源的虚拟测控，第二部分是直流电机脉宽调制的虚拟测控，第三部分则是方波发生器的虚拟测控。设计的重点则是在学会运用虚拟硬件和软件技术来对模拟电路在虚拟的环境和仪器下，进行智能化的操控。
对于虚拟技术的测控的设计与制作，我们首先要了解什么是虚拟技术，什么是LabVIEW，以及是怎样使用虚拟技术所提供的硬件仪器和软件操作，又是怎么样实现对模拟电路的虚拟化的操作和测控的，通过对这些问题的深入钻研和掌握，我们可以轻松地设计出课程设计所需的内容。因此，我们应从简单的问题着手，然后再逐渐深入了解其核心问题。
解决了核心的问题之后，对于整个设计的过程和步骤便有了一套完整的方案。通过前面对虚拟技术以及LabVIEW有了一定的了解后，我们便要开始着手于设计我们的课设内容。想要设计出模拟电路的虚拟测控，那么必不可少的，我们先要对我们所要设计的模拟电路的主要原理有一个认识。通过对电路的原理认识，使得我们知道了整个电路的工作情况和电路主要由哪些器件组成的，还有计算出整个电路最后输出结果的理论值。这些都是我们将要接下来对其进行虚拟测控时非常重要的参考数据。有了这些参考数据，我们可以知道虚拟测控的结果是否正确，当不正确的时候，还可利用参考数据，进行相应的调试。
通过对所要设计的三个模拟电路的主要原理有了一定了解后，我们便开始设计对这三个模拟电路的虚拟测控。其测控过程：第一步先将模拟电路的框图在虚拟仪器的面包板上搭接；第二步开启前面板电源，同时打开NI ELVIS软件，根据所要测量的内容相应地选择虚拟仪器，通过虚拟仪器可观测到电路的输出结果；第三步若所输出的结果不正确，则对整个电路板进行调试和检测以及对软件进行检测，直至查出产生错误原因，输出正确的测试结果为止。
4．2 课程设计的体会
通过课程设计，使我加强对电子技术电路和LabVIEW虚拟仪器技术的理解，学会了查寻资料和设计方案的比较，以及设计计算等各环节的掌握。进一步提高
检测技术课程设计
检测技术课程设计 一、课程设计的目的 综合应用已修课程所学知识，完成被测信号的提取、转换、处理的一次综合性设计实践。它的作用如下： 获得工程师基本训练，培养学生综合运用所学理论和技术知识，解决工程实际问题的能力。 （1）提高学生查阅科技文献资料能力。 （2）开发学生的主观能动性与创造性。 （3）加深学生对课程内容的理解，拓展所学知识面。 （4）使学生初步建立正确的设计思想。掌握系统的设计方法和设计步骤。 二、课程设计时间 检测技术课程设计为1周。 三、课程设计的任务 以任务书的形式给出。 任务书的主要内容有： （1）给予的对象； （2）设计题目； （3）设计要求； （4）撰写的设计报告要求； （5）时间安排。 设计报告内容包括：目录，设计题目，前言，设计方案与设计工艺流程，各部分设计原理，设计计算及说明，器件、仪器设备的选择，设计图纸，参考文献，附录。设计图用专用计算机软件绘制，打印。 四、课程设计报告的一般格式 课程设计报告包括封面、目录、绪论、主体部分、结尾部分。 1、绪论 主要说明设计的目的、设计的任务和要求等。 2、主体部分 （1）总体设计方案的设计
（2）软硬件电路的设计 （3）设计结果（实验数据等） （4）参考文献 2、结束语 阐述本次设计的收获与体会，课题进一步完善的建议与意见。致谢等。如有附录可放在结尾处。
设计题目一电机自动监控系统设计 一、电机控制系统描述 电机作为一种拖动动力设备，在机床加工、运输、电力等领域有着广泛的应用。为了保证电机系统的正常运行，需要通过检测控制装置对它进行监控。重点监控的参数是电机 A、B、C三相线圈的温度、电机轴的径向振动振幅、电机轴的转速。 二、控制要求 上图为电机供电主电路。三相电经过空气开关KQ、交流接触器Z、热继电器PT，加到电机上，当接触器常开触点接通时，电机得电，运转。可以通过控制接触器线圈的方式控制接触器主常开触点的通断。正常接触器线圈得电，接触器主常开触点接通，异常接触器线圈断电，接触器主常开触点断开。 常规电机控制电路如图。 START STOP
测控系统原理课程设计汇本
摘要 本系统以AT89C52为核心器件，设计一种函数信号发生器，AT89C52是一个低电压高性能CMOS 8位单片机，片含8k bytes的课反复擦写的Flash只读存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM）。本系统大致可分为四个模块，单片机控制模块（AT89C52），波形输出模块（DAC0832、UA741），显示模块（数码管、电阻），按键模块。可以输出三角波、正向锯齿波、负向锯齿波和方波，波形清晰，系统采用按键输入，利用数码管显示电路输出数字显示的方案，其中：0为方波、1为正向锯齿波、2为负向锯齿波、3 为三角波。 目录
第一章设计容及要求 (2) 第二章需求分析与设计思路 (2) 第三章总体方案设计 (3) 3.1硬件设计 (3) 3.1.1 硬件设计系统总体框图 (3) 3.1.2单片机控制系统电路 (3) 3.1.3波形输出模块电路 (3) 3.1.4显示模块 (3) 3.1.5按键模块 (3) 3.2软件设计 (4) 第四章详细设计 (4) 4.1硬件电路原理图 (4) 4.2元件清单并说明元件选择及参数选择的依据 (5) 4.3仿真运行结果 (6) 4.4 单片机片资源分配图 (7) 4.5 软件流程图 (8) 4.6程序清单及注释 (8) 第五章使用说明 (9) 5.1性能和功能介绍 (9) 5.2各操作开关、按钮、指示灯、显示器等的作用介绍 (9) 5.3使用操作步骤 (9) 5.4故障处理 (9) 第六章设计体会 (9) 第七章参考文献 (10) 附录 (10) 第一章设计的容及要求
运用所学单片机、模拟和数字电路、以及测控系统原理与设计等方面的知识，设计出一台以AT89C52为核心的函数发生器，能分别产生三角波、正向锯齿波、负向锯齿波和方波，完成输出信号的产生、显示及键盘接口电路等部分的软、硬件设计，要求采用DAC0832 实现D/A转换，利用按键（自行定义）进行输出波形选择，同时将当前输出波形代号显示在LED上：0为方波、1为正向锯齿波、2为负向锯齿波、3 为三角波。 要求： 1、设计接口电路，将这些外设构成一个简单的单片机应用系统。 2、函数发生器要求如下： 1）1位数码显示 2）输出信号：0~5V。 3）按键切换输出波形。 第二章需求分析与设计思路 本次设计要求设计一台以AT89C52为核心函数信号发生器，由单片机完成人机界面、系统控制、信号的采集分析以及信号的处理和转换，系统采用按键输入，利用数码管显示电路输出数字显示的方案。故将设计分解为四个模块，单片机控制模块（AT89C52），数模转换放大（DAC0832、UA741），显示模块（数码管、电阻），按键模块。波形的产生是通过AT89C52 执行某一波形发生程序，向D/A转换器的输入端按一定的规律发生数据，从而在D/A转换电路的输出端得到相应的电压波形。在AT89C52的P1口接4个按扭,通过软件编程来选择各种波形、幅值电压和频率，另有P1.4口管脚接七段数码管芯片，以驱动数码管显示电压幅值和频率，每种波形对应一个按钮。其中单片机控制电路主要是形成扫描码，键值识别、键处理、参数设置；形成显示段码；产生定时中断；形成波形的数字编码，并输出到D/A接口电路和显示驱动电路。显示电路则驱动1位七段数码管显示，扫描按钮。波形转换电路将波形样值的编码转换成模拟值，完成单极性的波形输出。单片机向0832发送数字编码，产生不同的输出。先利用采样定理对各波形进行抽样，然后把各采样值进行编码，的到的数字量存入各个波形表，执行程序时通过查表方法依次取出，经过D/A转换后输出就可以得到波形。利用按键进行输出波形选择，同时将当前输出波形代号显示在LED上：0为方波、1为正向锯齿波、2为负向锯齿波、3 为三角波。 第三章总体方案设计
测试技术课程设计
《机械工程测试技术》 课程设计 对无缝钢管超声测厚仪的探讨 姓名： 学院： 专业： 班级： 学号： 完成日期：
目录 1 绪论 2 信号仿真、采集与分析处理 2.1 题目 2.2 Matlab处理分析 2.3讨论 2.4结论 3 基于计算机的声信号采集与分析 3.1题目 3.2 Matlab处理分析 3.3讨论 3.4结论 4 机械运行数据分析与处理 4.1题目 4.2第一份数据分析 4.2.1 Matlab处理 4.2.2结论 4.3第二份数据分析 4.3.1 Matlab处理 4.3.2结论 5 总结 参考文献
动态测试信号采集仿真与实例分析 摘要：测试技术的项目设计——动态测试信号采集仿真与实例分析，围绕课程 讲授的动态信号的采集、分析与处理的基本原理与方法进行，同时运用Matlab 等工具，进行数学处理，做出信号的频谱，并能够分析信号的频谱。项目设计包括三个部分：信号仿真、采集与分析处理，基于计算机的声信号采集与分析，机械运行数据分析与处理。通过项目设计，能熟练运用傅里叶变换处理和分析信号，对信号的频谱能够有一个更深的了解。 关键词：matlab；信号采样；频谱分析；fft
1.1 信号仿真、采集与分析处理 信号采集过程中一般需要考虑以下几个参数：信号频率、采样频率、采样长度等，不同参数的数值设定对于信号采集的效果会产生直接影响，为了掌握信号采集过程中这些参数对采集过程及其效果产生的影响，可以通过Matlab 或C 语言对信号采集与分析处理的过程进行仿真分析，具体要求如下： 利用Matlab 或C 语言产生信号x (t )， )()2sin()2sin()2sin()(333222111t n t f a t f a t f a t x ++++++=?π?π?π 其中：f 1=50Hz 、 f 2=200Hz 、f 3=1000Hz ； n (t ) 为白噪声，均值为零，方差为0,7； 幅值、相位任意设定； 对信号x (t )进行DFFT 处理下: 取1a =4，2a =,5, 3a =6, 1?=2?=3?=0;噪声方差0.7 Fs=3000HZ:N=1024 程序： Fs=3000; %采样频率 L=1024; %信号长度 NFFT= 1024; %采样点数 T=1/Fs; t=(1:L)*T; n=(rand(1,L)-0.5)*sqrt(12*0.7); %均值为零，方差为0.7的白噪声 x=4*sin(2*pi*50*t)+5*sin(2*pi*200*t)+6*sin(2*pi*1000*t)+n; %信号 subplot(2,1,1); plot(Fs*t(1:1000),x(1:1000)); %信号的时域图
(2014春版)《现代检测技术》实验指导书
《现代检测技术》实验指导书 李学聪冯燕编 广东工业大学自动化学院 二０一四年二月
实验一 热电偶测温及校验 一、 实验目的 1.了解热电偶的结构及测温工作原理； 2.掌握热电偶校验的基本方法； 3.学习如何定期检验热电偶误差，判断是否及格。 二、 实验内容和要求 观察热电偶，了解温控电加热器工作原理; 通过对K 型热电偶的测温和校验，了解热电偶的结构及测温工作原理；掌握热电偶的校验的基本方法；学习如何定期检验热电偶误差，判断是否合格。 三、 实验主要仪器设备和材料 1. CSY2001B 型传感器系统综合实验台(下称主机) 1台 2. 温度传感器实验模块 1块 3. 热电偶 镍铬 ― 镍硅热电偶(K，作被校热电偶) 1支 镍铬 ― 锰白铜热电偶(E，作控温及标准热电偶) 1支 4. 2 1 3位数字万用表 1只 四、 实验方法、步骤及结果测试 1.观察热电偶，了解温控电加热器工作原理。 ①拿起热电偶并握紧黑柄，然后旋开热电偶的金属保护套，缓慢抽出，观察热电偶的外形。观察完后，将其旋紧并注意不可以让热电偶和金属保护套接触。 ②温控器：作为热源的温度指示、控制、定温之用。温度调节方式为时间比 例式，绿灯亮时表示继电器吸合电炉加热，红灯亮时加热炉断电。 2.仪器连线（如图1所示） ① 首先将综合实验台的电源开关置“关”， 然后将电源插头（实验桌前面）和加热炉电源插座插入综合实验台面板上的“220V 加热电源出”处； ② 将热电偶工作端插进温度传感器实验模块上的加热炉炉膛内， E 和K 分度热电偶的冷端按极性（注意区分“+”和“—”）分别接在“温控”和“测试”端。 3.开启电源 将综合实验台和加热炉的电源开关打“开”。 4.设定温度和测量数据将功能开关置“设定”，调节旋钮设定温度为50℃， 然后将开关拨至“测量”位置；当炉温达到设定值时， 等待3―5分钟炉温恒定后，分别测量“温控”和“测试”的电压（开关保持在“温控”状态），交互测量四次，把输出的热电势记录于表2中。 5. 继续将炉温提高到70℃、90℃、110℃、130℃和150℃，将热电偶输出的热电势记录于表2。
测控专业综合实验报告
湖南科技大学测控技术与仪器专业专业综合实验报告 姓名 学号 成绩 湖南科技大学机电工程学院 二0—三年 ^一月 ^一日目录 一、液压泵站综合控制实验 3 （一）实验目的 3 （二）实验内容 3 二、液压实验台PLC控制实验 4 （一）实验目的 4 （二）实验内容 4 —振动测试与故障诊断综合实验（ 一） 一）实验目的 5 二）实验内容 5 四．振动测试与故障诊断综合实验（二）（一）实验目的 6 （二）实验内容 6 五．基于虚拟仪器的自动控制原理综合实验（一）实验目的7 （二）实验内容7 六．基于虚拟仪器的传感器综合实验8 （一）实验目的8 （二）实验内容8 七．地震仪器综合设计9 （一）实验目的9 （二）实验内容9 八．电法仪器综合设计10 （一）实验目的10 （二）实验内容10 九、实验心得11 一、液压泵站综合控制实验 （一）实验目的 了解液压控制的装置，熟悉PLC编程，并且了解 置的原理并且用于实践生活中去。（二）实验内容 此实验是液压的测量实验用PLC处理器控制来实现，液压PLC综合控制实验室是我公 司根据高校机电一体化对气、电、液控制的教学大纲要求，在我公司专利产品YY-18透明 液压传动演示系统的基础上，综合了我公司气动PLC与液压PLC控制实验设备的优点，采 用了开放型综合实验台结构，广泛征求专家教授与老师的意见，经不断创新改进研制而成的。是目前集气动控制技术、液压传动控制技术以及PLC可编程序控制器控制技术于一体 的理想的综合性实验设备。实验时，它们可以相互辅成，交叉控制。可以让学生直观、感性地对比、了解气、电、液各自具有的特点、特色、及优缺点等。 信号采集电路原理设计： （1）前置放大电路要求有阻抗匹配设计（前置放大器采用集成运放OP07、 采用电压负反馈设计、增益为10、50 两档手动设计） （2）主放大器采用级联组合程控放大、增益动态范围为10 至1500 倍之内。 （增益程档位要求有30 至40 梯度之内，具体每档增益值不做具体要求但要求梯度 增益呈线性） （3）主放大器末端输出值（Up-p）设计为5v，如有溢出则在设计说明中明。 PLC控制在工业领域的发展。理解液压装
智能家居控制系统-课程设计报告
智能家居控制系统-课程设计报告
XXXXXXXXXXXXXX 嵌入式系统原理及应用实践 —智能家居控制系统（无操作系统） 学生姓名XXX 学号XXXXXXXXXX 所在学院XXXXXXXXXXX 专业名称XXXXXXXXXXX 班级XXXXXXXXXXXXXXXXX 指导教师XXXXXXXXXXXX 成绩 XXXXXXXXXXXXX 二○XX年XX月
综合实训任务书
目录 前言 (1) 1 硬件设计 (1) 1.1 ADC转换 (3) 1.2 SSI控制数码管显示 (4) 1.3 按键和LED模块 (6) 1.4 PWM驱动蜂鸣器 (7) 2 软件设计 (8) 2.1 ADC模块 (8) 2.1.1 ADC模块原理描述 (8) 2.1.2 ADC模块程序设计流程图 (9) 2.2 SSI 模块 (9) 2.2.1 SSI模块原理描述 (10) 2.2.2 SSI模块程序设计流程图 (11) 2.3 定时器模块 (11) 2.3.1 定时器模块原理描述 (11) 2.3.2 定时器模块流程图 (12) 2.4 DS18B20模块 (12) 2.4.1 DS18B20模块原理描述 (13) 2.4.2 DS18B20模块程序设计流程图 (13) 2.5 按键模块 (14) 2.5.1 按键模块原理描述 (14) 2.5.2 按键模块程序设计流程图 (14) 2.6 PWM模块 (15)
2.6.1 PWM模块原理描述 (15) 2.6.2 PWM模块程序设计流程图 (16) 2.6 主函数模块 (16) 2.6.1 主函数模块原理描述 (16) 2.6.2........................... 主函数模块程序设计流程图16 3．验证结果.. (17) 操作步骤和结果描述 (17) 总结 (18)
现代检测技术作业
现代检测技术 学院： 专业： 姓名： 学号： 指导教师： 2014年12月30日
一现代检测技术的技术特点和系统的构成 1、现代检测技术特点 （1）测量过程软件控制 智能检测系统可以是新建自稳零放大，自动极性判断，自动量程切换，自动报警，过载保护，非线性补偿，多功能测试和自动巡回检测。由于有了计算机，上述过程可采用软件控制。测量过程的软件控制可以简化系统的硬件结构，缩小体积，降低功耗，提高检测系统的可靠性和自动化程度。 （2）智能化数据处理 智能化数据处理是智能检测系统最突出的特点。计算机可以方便、快捷地实现各种算法。因此，智能检测系统可用软件对测量结果进行及时、在线处理，提高测量精度。另一方面，智能检测系统可以对测量结果再加工，获得并提高更多更可靠的高质量信息。 智能检测系统中的计算机可以方便地用软件实现线性化处理、算术平均值处理、数据融合计算、快速的傅里叶变换（FFT）、相关分析等各种信息处理功能。（3）高度的灵活性 智能检测系统已以软件工作为核心，生产、修改、复制都比较容易，功能和性能指标更加方便。而传统的硬件检测系统，生产工艺复杂，参数分散性较大，每次更改都涉及到元器件和仪器结构的改变。 （4）实现多参数检测与信息融合 智能检测系统设备多个测量通道，可以有计算对多路测量通进行检测。在进行多参数检测的基础上，依据各路信息的相关特性，可以实现智能检测系统的多传感器信息融合，从而提高检测系统的准确性、可靠性和容错性。 （5）测量速度快 高速测量时智能检测系统追求的目标之一。所谓高速检测，是指从检测开始，经过信号放大、整流滤波、非线性补偿、A/D转换、数据处理和结果输出的全过程所需要的时间。目前，高速A/D转换的采样速度在2000MHz以上，32位PC机的时钟频率也在500MHz以上。随着电子技术的迅猛发展，高速显示、高速打印、高速绘图设备也日臻完善。这些都为智能检测系统的快速检测提供了条件。（6）智能化功能强 以计算机为信息处理核心的智能检测系统具有较强的智能功能，可以满足各类用户的需要。典型的智能功能有： 1）测量选择功能 智能检测系统能够实现量程转换、信号通道和采样方式的自动选择，使系统具有对被测量对象的最优化跟踪检测能力。 2）故障诊断功能 智能检测系统结构复杂，功能较多，系统本身的故障诊断尤为重要，系统可以根据检测通道的特性和计算机本身的自诊断能力，检查个单元故障，显示故障部位，故障原因和应采取的故障排除方法。 3）其他智能功能 智能检测系统还可以具备人机对话、自校准、打印、绘图、通信、专家知识查询和控制输出等智能功能。 2、系统的构成
测试技术课程设计
《测试技术基础课程设计》 题目高度计的设计 时间 班级 姓名 学号 指导教师 2016年6月17日
前言 随着科学技术的迅猛发展，非物理量的测试与控制技术，已越来越广泛地应用于航天、航空、交通运输、冶金、机械制造、石化、轻工、技术监督与测试等技术领域，而且也正逐步引入人们的日常生活中去。传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。 传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置，其精度和范围度是根据需要来选定的。因此，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。 本次课程设计的是压力传感器中的高度计。微型硅压阻式传感器、单片机、A/D转换、精密参考电压、显示驱动模块、串口通信模块、电源模块等几部分组成了它的硬件结构。高度计的软件结构由初始化子程序，采样数据处理，A/D转换子程序，压力补偿子程序，数据处理子程序，高度计算子程序，通信子程序，显示子程序等部分组成。 2 / 12 高度计根据压阻式压力传感器原理，因为所测压力大小P与传感器输出电压U有函数关系，可以由电压U计算出压力P。由于传感器的零位和灵敏度会随温度漂移，所以还需要修正，根据一定温度修正后压力P与电压U的关系式，可以由所测电压U计算出实际压力P。
目录 1、课程设计目的和要求----------------------------------------------------4 2、课程设计任务----------------------------------------------------------5 3、系统的设计------------------------------------------------------------6 3.1、气压高度计设计的理论基础---------------------------------------------6 3.2、高度计的硬件设计-----------------------------------------------------6 3.2.1 、单片机 ---------------------------------------------------------7 3.2.2、压阻式传感器-----------------------------------------------------7 3.2.3、 ADC芯片---------------------------------------------------------7 3.2.4、显示通信电路----------------------------------------------------7 3.2.5、电源与抗干扰设计------------------------------------------------7 3.3、高度计的软件设计----------------------------------------------------8 4、误差分析---------------------------------------------------------------10 5 、体会------------------------------------------------------------------11 参考资料-----------------------------------------------------------------12
测控系统综合课程设计教学大纲
《测控系统综合课程设计》教学大纲 课程编码： 060251008 学时/学分：2周/4学分 一、大纲使用说明 本大纲根据测控技术与仪器专业2017版教学计划制定 （一）适用专业：测控技术与仪器专业 （二）课程设计性质：必修课 （三）主要先修课程和后续课程： 1、先修课程：matlab、计算机过程控制技术、网络化测控系统、微机原理及应用、过程控制系统与仪表。 2、后续课程：毕业设计 （四）适用教学计划版本：2017版教学计划 二、课程设计目的及基本要求 1．进一步培养学生网络化设计的思想，加深对网络化测控系统要素和控制结构的理解。 2．针对网络化测控系统的重点和难点内容进行训练，培养学生独立完成有一定工作量的程序设计任务和系统设计任务。 3．培养学生掌握组态王等编程语言的编程技巧及上机调试程序的方法。 4．培养学生掌握控制系统中的PID算法。 5、培养学生团队合作意识和较强的人际交往能力。 课程设计一人一题，4人为一组的方式进行，分工与任务要求明确，设计题目结合现有的实验设备，着重锻炼学生的应用能力和动手能力，通过系统装置联机调试，最后完成课程设计报告。 三、课程设计内容及安排 1、课程设计内容 本次课程设计利用组态和VB软件进行温度控制系统软件设计，可采用调压控制或占空比控制两种方式，结合P、PI、PD、PID控制算法，共为学生提供多个题目选择，4名同学为1组结合现有的实验设备,自拟课设题目（需经老师核准），根据自己设计题目要求，分析系统的特点和系统特性，在实验室依据设计方案进行系统硬件电路连接，通过不同的软件编程及控制方式，可实现无线平台、监控计算机和实验对象的联机运行及控制，达到预期对温度的控制目的。每组大题目可参考如下。 题目1：基于VB的调压PI温度控制系统 设计内容：基于无线通信实验平台、电加热炉等硬件，电炉被控对象的加热采用调压控制模式，利用VB编程语言及控制算法实现此系统的方案、界面、数据采集和温度控制等的设计。 题目2：基于VB的占空比PD温度控制系统设计 设计内容：基于无线通信实验平台、电加热炉等硬件，电炉被控对象的加热采用占空比控制模式，利用VB编程语言及控制算法实现此系统的方案、界面、数据采集和温度控制等的设计。 题目3：基于组态王的调压PID温度控制系统设计 设计内容：基于无线通信实验平台、电加热炉等硬件，电炉被控对象的加热采用调压控制模式，利用组态王编程语言及控制算法实现此系统的方案、界面、数据采集和温度控制等的设计。 同组4个子题目可参看如下： （1）控制系统仿真 针对平台电热炉的被控对象，根据同组同学采用飞升曲线法建立的对象模型（一阶惯性加滞
模拟电子课程设计课设传感器测量系统
模拟电子技术课程设计任务书 姓名：院（系）：信息系 专业：班级： 课程设计题目：传感器测量系统的设计 课程设计要求：设计一个放大器系统，当电阻值变化±1%时，放大电路能够产生±6V的输出电压。要求偏差为0时输出为0，偏差为1%时输出为6V，偏差为-1%时输出为-1V，误差不超过±2%。 设计任务总述：对设计题目进行分析，根据设计的要求先确定基准电压源：为测量电桥提供一定精度要求的7.0V基准电压，然后修改电路，进行参数计算.，测量当电阻值变化±1%时，放大电路能够产生±6V的输出电压；要求偏差为0时输出为0，偏差为1%时输出为6V，偏差为-1%时输出为-6V，误差不超过±2%；最后电路仿真实验。 工作计划及安排： 熟悉课题要求，查找相关资料；甄选资料的相关内容，初步确定设计方案；寻找参考电路,修改电路，进行参数计算.调试（仿真），如不成功，返回第2步整理数据; 撰写课程设计报告。 成绩 指导教师签字___________________ 年月日
摘要： 设计一个放大器系统，当电阻值变化±2%时，放大电路能 够产生±8V 的输出电压。要求偏差为0时输出为0，偏差为2%时输出为8V ，偏差为-2%时输出为-8V ，误差不超过±5%。 一、电路结构及原理说明： 该电路由四部分组成：基准电压源电路、测量电桥电路、放大电路、电平转移电路。 电路框图如下所示： 1．基准电压源：为测量电桥提供一定精度要求的7.5V 基准电压，采用5.6V 稳压管与同相比例运算电路结合实现。 2．测量电桥电路：当电桥的所有阻值都相同时，输出电压为零。当有一电阻发生变化时将会有电压输出。此电路可以等效为传感器测量电路，测取的温度变化量并将其转化成电压变化。 3.放大电路： 放大电路用于将测温桥输出的微小电压变化（ΔV ）放大，使其满足性能要求。放大电路采用两个同相电压跟随器（作为输入缓冲器）与两级放大器组成，其中第一级放大器为差动放大器，第二级放大器为可以方便调节的反相比例运算电路。 4.电平转移电路： 二、测量电路和参数计算 基准电压源 测量电桥 放大电路 电平转移电路
现代检测技术教案
绪论 ?教学要求 1．掌握检测等基本概念。 2．了解工业检测技术涉及的内容。 3．掌握自动检测系统的组成。 4．明确本课程的任务。 5．了解检测技术的发展趋势。 ?教学手段多媒体课件，实物演示 ?教学课时1学时 ?教学内容 一．检测（Detection）的定义（联系具体、日常生活的例子，如举“操冲秤象”的例子过程来说明检测的定义） 检测是利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量结果的过程。能够自动地完成整个检测处理过程的技术称为自动检测与转换技术。 二．检测技术在国民经济中的地位和作用 举例说明：检测技术是现代化领域中很有发展前途的技术，它在国民经济中起着极 其重要的作用。 三．工业检测技术的内容（了解） 四．自动检测系统的组成（掌握） 1. 系统框图(0-1) 2. 传感器（Transducer）及定义 3. 显示器 4. 数据处理装置 5. 执行机构 6. 自动检测系统举例(0-2) 五．检测技术的发展趋势（举例介绍）
当前，检测技术的发展主要表现在以下几个方面： 1.不断提高检测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性 2.应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域 3.发展集成化、功能化的传感器 4.采用计算机技术，使检测技术智能化 5.发展网络化传感器及检测系统 六．本课程的任务和学习方法 本课程的任务是：在阐明测量基本原理的基础上，逐一分析各种传感器是如何将非电量转换为电量的，并介绍相应的测量转换电路、信号处理电路及各种传感器在工业中的应用。 本课程的学习方法是：要理论联系实际，要举一反三（演示光电开关，提问和讨论可以哪有几种用途，启发！），富于联想，善于借鉴，关心和观察周围的各种机械、电气等设备，重视实验和实训，这样才能学得活、学得好，才有利于提高今后解决实际问题的能力。 留一个问题给学生回去思考：举出课堂上演示过的光电开关共有哪几种用途，第二次上课时，回答得越多越好。
测控电路课程设计报告
课程设计 课程名称：测控电路 题目名称：PT100温度变送器设计学生学院：物信学院 专业班级：测控技术与仪器 班号：B13072021 学生组员：YU 指导老师：范志顺 2015-12-2
课程设计报告 一、实验要求：1.说明温度变送器的参数范围0~400度，经电压放大后为0.5-2.5V，经V/I转换成4~20mA输出的电流源。 二、实验原理： 1.同相放大及差分放大部分 2.电流源电路：
V/I 转换电路 对同相放大器有： 对差分放大器有： 三、实验准备： 参考文献：
PT100温度变送器：P t100温度变送器用于Pt100铂电阻信号需要 远距离传送、现场有较强干扰源存在或信号需要接入DCS系统时使用。SWP-TR-08铂电阻温度变送器采用独特的双层电路板结构，下层是信号调理电路，上层电路可定义传感器类 型和测量范围。 产品特点：1、线性化输出两线制4-20mA标准电流信号，模块化结构 2、热电阻温度变送器为引进英国温度计变送器散件组装，保持电路、制造工艺、结构和性能与原装温度变送器不变。 3、变送器有电源极性反接保护电路，当输出接线接反时对线路起保护作用(此时回路电流为零);传感器的不正确接线无论是高限或低限都将导致变送器输出饱和;产品具有 RFI/EMI保护，有利于提高了测量的稳定性。 4、SWP-TR全部采用进口电子元件，性能可靠，低温度漂移。 5、SWP-TR温度变送器量程用户不能自由修改，由生产商出厂时确认生产。 6、热电阻温度变送器电磁兼容性符合欧洲电工委员会(EC)的BS EN 50081-1和BS EN 50082-1标准。 7、热电阻变送器的接线通过壳体顶部的螺丝端子完成。为符合CE认证，信号输入接线长度不能超过3米，输出接线必须是屏蔽电缆，屏蔽线只能在一端接地。 8、变送器的中心孔用于热电阻信号接线，热电阻信号线通过螺丝直接拧在变送器的输入端子上。设计的螺丝端子接受内部或外部接线方式 技术指标：1、输入信号:Pt100铂电阻信号输入
检测技术及仪表课程设计报告
检测技术及仪表课程设计报告 1、1 课程设计目的针对“应用技术主导型”普通工科高等教育的特点，从工程创新的理念出发，以工程思维模式为主，旨在培养突出“实践能力、创新意识和创业精神”特色的、适应当前经济社会发展需要的“工程应用型人才”。通过在模拟的实战环境中系统锻炼，使学生的学习能力、思维能力、动手能力、工程创新能力和承受挫折能力都得到综合提高。以增强就业竞争力和工作适应力。 1、2课题介绍本课设题目以多功能动态实验装置为对象，要求综合以前所学知识，完成此实验装置所需参数的检测。设计检测方案，包括检测方法，仪表种类选用以及需要注意事项，并分析误差产生的原因等等。 1、3 实验背景知识换热设备污垢的形成过程是一个极其复杂的能量、质量和动量传递的物理化学过程，污垢的存在给广泛应用于各工业企业的换热设备造成极大的经济损失，因而污垢问题成为传热学界和工业界分关注而又至今未能解决的难题之一。 1、4 实验原理 1、4、1 检测方法按对沉积物的监测手段分有：热学法和非传热量的污垢监测法。热学法中又可分为热阻表示法和温差表示法两种；非传热量的污垢监测法又有直接称重法、厚度测量法、压降测量法、放射技术、时间推移电影法、显微照相法、电解法
和化学法。这些监测方法中，对换热设备而言，最直接而且与换热设备性能联系最密切的莫过于热学法。这里选择热学法中的污垢热阻法。 1、4、2 热阻法原理简介表示换热面上污垢沉积量的特征参数有：单位面积上的污垢沉积质量mf，污垢层平均厚度δf和污垢热阻Rf。这三者之间的关系由式表示： （1-1）图1-1 清洁和有污垢时的温度分布及热阻通常测量污垢热阻的原理如下：设传热过程是在热流密度q为常数情况下进行的，图1a为换热面两侧处于清洁状态下的温度分布，其总的传热热阻为： （1-2）图1b为两侧有污垢时的温度分布，其总传热热阻为： （1-3）忽略换热面上污垢的积聚对壁面与流体的对流传热系数影响，则可认为（1-4）于是两式相减得： （1-5）该式表明污垢热阻可以通过清洁状态和受污染状态下总传热系数的测量而间接测量出来。实验研究或实际生产则常常要求测量局部污垢热阻，这可通过测量所要求部位的壁温表示。为明晰起见，假定换热面只有一侧有污垢存在，则有：（1-6）（1-7）若在结垢过程中，q、Tb均得持不变，且同样假定（1-8）则两式相减有： （1-9）这样，换热面有垢一侧的污垢热阻可以通过测量清洁状态和污染状态下的壁温和热流而被间接测量出来。
现代检测技术大作业
2015年—2016年度第1学期 课程名称：现代检测技术 专业：控制工程 研究生姓名：陈俊亚 学号：2016232011 任课教师姓名：冯晓明
第一部分：现代检测技术的内容 一、概述 随着现代科学技术的不断发展、社会的日益进步，现代化生产的规模越来越大，管理的形式和方式趋于多样性，管理也更加科学，人们对产品的产量和质量的要求也越来越高，这就导致常规的检测参数、检测手段、检测仪表难以满足现代生产和生活的需求。从一般的单参数测量到相关多参数的综合自动检测，从一般的参数量值测量到参数的状态估计，从确定性测量到模糊的判断等，已成为当前检测领域中的发展趋势，正受到越来越广泛的关注，从而形成了各种新的检测技术和新的检测方法，这些技术和方法统称为现代检测技术。 二、传感器的基本原理及检测技术的特点 利用某种转换功能，将物理的、化学的、生物的等外界信号变成可直接测量的信号的器件称为传感器。由于电信号易于放大、反馈、滤波、微分、存储和远距离传输，加上计算机只能处理电信号，所以，从狭义上说，传感器又可以定义为可唯一而重视性好的将外界信号转换成电信号的元器件；从广义上讲，传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置；简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。所以它由敏感元器件（感知元件）和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。敏感元器件品种繁多，就其感知外界信息的原理来讲，可分为：①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。②化学类，基于化学反应的原理。③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。检测技术的特点可以归纳为： (1)从待测参数的性质看，现代检测技术主要用于非常见的参数的测量，对于这些参数的测量目前还没有合适的传感器对应，难以实现常规意义的“一一对应”的测量；另一种情况是待测参数虽已有传感器，但测量误差比较大，受各种因素的影响比较大，不能满足测量要求。 (2)从应用的领域看，现代检测技术主要用于复杂设备、复杂过程的影响性
测控技术与仪器专业培养方案 .doc
测控技术与仪器专业培养方案 一、培养目标 本专业培养在仪器科学与技术领域掌握扎实的基础理论和系统的专业知识，具备面向先进制造领域中的精密测量、设备监测等测试技术与仪器研发能力，富有社会责任感，具有国际视野、领军素养和竞争力的高层次人才,以满足该领域科学研究、工程应用、技术开发及组织管理等方面的需求。 二、毕业要求 本专业毕业生应具备以下知识、能力和素质： 1、工程知识：具有较扎实的自然科学及工程基础和专业知识，能够将相关知识结合实际需求，分析解决仪器科学与技术领域中的设计、开发和应用工作所面临的问题。 2、问题分析：具有运用相关知识对先进制造领域中的精密测量、设备监测等复杂工程问题进行识别和分析的能力，并能利用文献资料加以研究分析。 3、设计/开发解决方案：能够综合运用光、机、电的专业知识进行面向先进制造领域中的精密测量、设备监测等测控技术及仪器的设计与开发，并体现创新思想。 4、研究：能够采用科学方法对测控技术与仪器研发中的问题进行研究，综合应用不同研究手段得到合理有效的结论。 5、使用现代工具：能够应用恰当有效的技术、方法和专用工具，解决仪器科学及技术领域工程问题。 6、工程与社会：能够理解工程与社会的相互作用关系，能合理分析和评价测控技术及仪器的设计、制造和应用对社会的影响。 7、环境和可持续发展：能够按照环境和社会可持续发展理念来研究测控技术及仪器。 8、职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任感和良好的职业素养。 9、个人和团队：能够在团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色，具备引领型人才素养。 10、沟通：能够与专业领域同行及社会公众进行沟通，并能够在跨文化背景下进行交流。 11、项目管理：理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在本专业相关技术系统开发所涉及的学科领域中应用上述知识。 12、终身学习：具有不断学习和适应发展的能力，能及时了解本专业的最新理论、
智能家居控制系统课程设计报告
XXXXXXXXXXXXXX 嵌入式系统原理及应用实践 —智能家居控制系统（无操作系统）学生姓名XXX 学号XXXXXXXXXX 所在学院XXXXXXXXXXX 专业名称XXXXXXXXXXX 班级XXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXX 指导教师 成绩 XXXXXXXXXXXXX 二○XX年XX月
综合实训任务书 目录 前言 (1)
1 硬件设计 (1) ADC转换 (3) SSI控制数码管显示 (3) 按键和LED模块 (5) PWM驱动蜂鸣器 (6) 2 软件设计 (7) ADC模块 (7) ADC模块原理描述 (7) ADC模块程序设计流程图 (8) SSI 模块 (8) SSI模块原理描述 (9) SSI模块程序设计流程图 (10) 定时器模块 (10) 定时器模块原理描述 (10) 定时器模块流程图 (11) DS18B20模块 (11) DS18B20模块原理描述 (11) DS18B20模块程序设计流程图 (12) 按键模块 (13) 按键模块原理描述 (13) 按键模块程序设计流程图 (13) PWM模块 (13) PWM模块原理描述 (14) PWM模块程序设计流程图 (14) 主函数模块 (14) 主函数模块原理描述 (14) 主函数模块程序设计流程图 (15) 3．验证结果 (15) 操作步骤和结果描述 (15) 总结 (16)
智能家居控制系统设计 前言 当前，随着科学技术的发展，计算机、嵌入式系统和网络通信技术逐步深入到各个领域，使得住宅和家用电器设备网络化和智能化，智能家居已经开始出现在人们的生活中。智能家居控制系统(smarthome control systems,简称SCS)。它以住宅为平台，家居电器及家电设备为主要控制对象，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施进行高效集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的控制管理系统，提升家居智能、安全、便利、舒适，并实现环保节能的综合智能家居网络控制系统平台。智能家居控制系统是智能家居核心，是智能家居控制功能实现的基础。 通过家居智能化技术，实现家庭中各种与信息技术相关的通讯设备、家用电器和家庭安防装置网络化，通过嵌入式家庭网关连接到一个家庭智能化系统上进行集中或异地的监控和家庭事务管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。家居智能化所提供的是一个家居智能化系统的高度安全性、生活舒适性和通讯快捷性的信息化与自动化居住空间，从而满足21世纪新秀社会中人们追求的便利和快节奏的工作方式，以及与外部世界保持安全开放的舒适生活环境。本文以智能家居广阔的市场需求为基础，选取智能家居控制系统为研究对象。 1 硬件设计 本系统是典型的嵌入式技术应用于测控系统，以嵌入式为开发平台，系统以32位单片机LM3S8962为主控制器对各传感器数据进行采集，经过分析后去控制各执行设备。 硬件电路部分为：微控制器最小系统电路、数据采集电路（光敏电路、温度传感器、霍尔传感器）、输出控制电路（继电器、蜂鸣器、发光二极管）和八位LED数码管显示组成。LM3S8962布局如图1-1所示，LM3S8962核心板外围电路如图1-2所示。 图 LM3S8962布局图
现代检测理论与技术课程设计资料
重庆大学研究生课程报告书基于Zigbee无线网络的瓦斯浓度检测系统 课程名称：现代检测理论与技术 姓名： 学号 学院： 专业：控制工程
、研究背景和目的 1.1研究背景和目的 近年来，煤矿事故频频发生，煤矿工人的安全问题时时牵拉着人们的神经。煤 碳是国家经济发展的重要能源，所以安全生产、加强煤矿的安全建设已经越来越紧急和迫切。煤矿事故的元凶主要是瓦斯，因瓦斯事故每年都给国家和人民带来巨大损失。煤矿瓦斯治理是煤矿安全生产治理的核心，如何有效控制瓦斯事故是解决煤矿安全问题的关键。据不完全统计，在 1981 至 2001 年期间，全国煤矿事故总计死亡约 12.6 万人，其中重特大瓦斯事故死亡人数占 72.3% ，平均每年死亡 1579 人。2005 年，煤矿瓦斯事故发生 405 起，死亡 2157 人；2006 年瓦斯事故发生 327 起，死亡 1319 人。仅 2005 年 12 月 7 日河北省唐山市恒源实业有限公司的瓦斯煤尘爆炸事故就造成了 108 人死亡，29 人受伤的严重后果，直接经济损失4870.67 万元。在这些残酷的数字面前，人们清醒得认识到，若要保障人民的生命安全和国家的经济正常发展，必须加强煤矿的安全生产，加强瓦斯含量的检测力度，努力做到防患于未然，才能将损失降低到最小。 由于煤矿自然环境复杂，矿井开采条件多变，而且存在着火灾、水灾等自然 灾害，加上煤矿作业空间十分狭小，照明条件差等因素，目前常用的煤矿安监系统仍使用有线方式，即采用光缆、电力线缆或信号线缆等，有线方式存在以下缺 陷： (1)布线繁琐，安装维护成本大。监测系统所需的大量光缆、电缆价格不菲，此外在复杂的地下环境布设线路同样需要消耗大量的人力物力。 (2)覆盖范围有限。由于地形环境复杂多变，矿井中存在着大量难以布线的区域，有线监控系统很难遍布矿井的各个地区，无法实现对整个矿井的全方位监测，为安全生产留下隐患。 (3)线路依赖性强。有线网络的自我修复能力较差，局部线路遭到破坏很可能造成整个监控系统的瘫痪。特别是发生爆炸事件时，线缆往往会受到致命的破坏，不能为搜救工作及事态检测提供信息。现阶段，随着各地矿井开采深度的增加，已有的安检系统难以扩展网络、灵活性不高已成为制约安全检测的瓶颈。这使得网络数据的可靠性、有效性和实时性得不到保证，难以确保重要数据及时传输。因此，利用无线网络构建网络简单、扩展性强的特点解决煤矿安检系统对实时性、可扩展性和低成本的需求已经非常迫切。
传感器与检测技术课程设计报告
北方民族大学课程设计报告 院（部、中心）电气信息工程学院 姓名马贵书学号 专业测控技术与仪器班级测控技术与仪器101 同组人员马贵书马宝福韦芳南王思博 课程名称传感器与检测技术 设计题目名称噪音测量仪的设计 起止时间 成绩 指导教师签名盛洪江 北方民族大学教务处制
教师评语：
摘要 噪声对人体健康有着严重的危害，因此减少噪声危害已成为当前一项重要的任务。环境噪声监测，是人类提高生活质量，加强环境保护的一个重要环节。 本文详细介绍了噪声监测系统的测量原理和系统组成，包括：噪声信号的转换、OP07C放大、TLC549转换、数据采集和显示系统的设计。外界噪声信号通过传声器转换成音频信号，电信号经过放大和TLC549变换输入到单片机进行处理，并转换成相应的噪声分贝值通过LED 显示，从而实现噪声的实时监测。 该系统具有实现简单，精确度高，可用于实际进行噪声的实时监测等特点。 关键词：传声器；OP07C运算放大器；TLC549转换器；单片机；LCD1062 引言 噪声即噪音。是一类引起人烦躁、或音量过强而危害人体健康的声音。噪声通常是指那些难听的，令人厌烦的声音。噪音的波形是杂乱无章的。从环境保护的角度看，凡是影响人们正常学习，工作和休息的声音凡是人们在某些场合“不需要的声音”，都统称为噪声。如机器的轰鸣声，各种交通工具的马达声、鸣笛声，人的嘈杂声及各种突发的声响等，均称为噪声。噪声污染属于感觉公害，它与人们的主观意愿有关，与人们的生活状态有关，因而它具有与其他公害不同的特点。 噪音污染主要来源于交通运输、车辆鸣笛、工业噪音、建筑施工、社会噪音如音乐厅、高音喇叭、早市和人的大声说话等。 环境噪声监测，是人类提高生活质量，加强环境保护的一个重要环节，在各大城市的繁华街区和居民区，已有大型环境噪声显示器竖立街头。但目前国内的便携式噪声测试仪，多为价格昂贵的进口专用设备，除卫生、计量等环保专业部门拥有外，无法作为民用品推广普及。本文介绍一种以89S52单片机为核心，采用TLC549转换技术构成的低成本、便携式数字显示环境噪声测量仪。该仪器工作稳定、性能良好，经校验定标后能满足一般民用需要，可广泛应用于工矿企业、机关学校等需要对环境噪声进行测量和控制的场合。