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正文內(nèi)容

牧場(chǎng)智能擠奶與綜合信息管理系統(tǒng)資料(編輯修改稿)

2025-01-17 03:30 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 串口輸出,當(dāng)IN接地時(shí)為單端工作,此時(shí)IN+為輸入,也可將信號(hào)差分后輸入到N+與N之間,此時(shí)器件處于雙端工作狀態(tài)。其主要特點(diǎn)如下:  (1) 8位分辨率;  (2) 單信道差分輸入;  (3) 5V的電源提供05V可調(diào)基準(zhǔn)電壓;  (4) 輸入輸出可與TTL和MOS兼容;(5) 總失調(diào)誤差為1SB5.3.2單片機(jī)電路系統(tǒng)中使用的單片機(jī)的型號(hào)為W78E58B,芯片引腳如圖532所示。W78E58B是具有帶 ISP功能的Flash EPROM的低功耗8位微控制器;ISP功能的 Flash EPROM可用于固件升級(jí)。它的指令集同標(biāo)準(zhǔn)8052指令集完全兼容。W78E58B包含32K字節(jié)的主ROM、4K字節(jié)的輔助 ROM。(位于 4K 字節(jié)輔助ROM中的裝載(loader)程序,可以讓用戶更新位于32K主ROM中的程序內(nèi)容。)512字節(jié)片內(nèi) RAM;4個(gè)8位雙向、可位尋址的 I/O 口;一個(gè)附加的4 位 I/O 口 P4;3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器及一個(gè)串行口。這些外圍設(shè)備都由有8個(gè)中斷源和2級(jí)中斷能力的中斷系統(tǒng)支持。為了方便用戶進(jìn)行編程和驗(yàn)證,W78E58B內(nèi)含的ROM允許電編程和電讀寫。一旦代碼確定后,用戶就可以對(duì)代碼進(jìn)行保護(hù)。圖532 W78E58B引腳圖W78E58B有兩種節(jié)電模式,空閑模式和掉電模式,兩種模式均可由軟件來(lái)控制選擇??臻e模式下,處理器時(shí)鐘被關(guān)閉,但外設(shè)仍繼續(xù)工作。在掉電模式下晶體振蕩器停止工作,以將功耗降至最低。外部時(shí)鐘可以在任何時(shí)間及狀態(tài)下被關(guān)閉,而不影響處理器運(yùn)行。W78E58B的體系結(jié)構(gòu)包括一個(gè)外圍有多個(gè)寄存器的核心控制器,4個(gè)通用 I/O口,一個(gè)4位可編程特殊功能 I/O口,512字節(jié)的 RAM,3個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和一個(gè)串行口。處理器支持 111 條不同的操作碼,并可訪問(wèn)64K的程序地址空間和64K的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。W78E58B有512字節(jié)的片內(nèi)RAM,它被分成了2個(gè)區(qū),一個(gè)256字節(jié)的暫存RAM區(qū),和一個(gè)256字節(jié)的輔助RAM區(qū)。這些RAM通過(guò)不同的方式尋址。地址為0H7FH的RAM。這些RAM可以用與8051相同的直接或間接尋址方式來(lái)尋址。在選定的RAM區(qū)內(nèi),尋址指針是R0和R1。地址為80HFFH的RAM 只能以與8051相同的間接尋址方式來(lái)尋址,在選定的RAM區(qū)內(nèi),尋址指針是R0和R1。定時(shí)器0、2 分別包含2個(gè)8位數(shù)據(jù)寄存器。它們是定時(shí)器0下的TL0、TH0,定時(shí)器1 下的 TLTH1,定時(shí)器2下的 TLTH2。采集數(shù)據(jù)的工作流程圖如圖533所示:注入鹽水采集檢測(cè)電極1的數(shù)據(jù)容器是否裝滿?采集檢測(cè)電極2的數(shù)據(jù)電導(dǎo)率是否符合標(biāo)準(zhǔn)?NoYes輸出OUTPUT信號(hào)另作處理NoYes圖533采集數(shù)據(jù)的工作流程圖采集數(shù)據(jù)的程序用C51編寫。(程序見(jiàn)附錄二)系統(tǒng)的電路圖如圖: 6統(tǒng)優(yōu)化提高系統(tǒng)的抗干擾能力自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)在工作的過(guò)程中, 有時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)某些不正常的現(xiàn)象,這表明存在著來(lái)自內(nèi)部或外部的影響其正常工作的各種因素,尤其是被測(cè)信號(hào)很微弱時(shí),問(wèn)題就更加突出了。這樣一些因素總稱為干擾。干擾不僅能使系統(tǒng)測(cè)量和控制失靈,以致降低產(chǎn)品的質(zhì)量,甚至造成全系統(tǒng)無(wú)法正常工作,對(duì)生產(chǎn)造成損失和事故。而隨著電子裝置的小型化、集成化、數(shù)字化和智能化的迅速發(fā)展,干擾的抑制和排除工作就變得更為重要了。提高系統(tǒng)抗干擾的能力,首先應(yīng)分析干擾產(chǎn)生的原因、干擾的引入方式及途徑,才能有針對(duì)地的解決系統(tǒng)抗干擾的問(wèn)題。6.1關(guān)于干擾 干擾的分類研究干擾的分類是為了讓我們更好地了解各種干擾產(chǎn)生的原因,從而學(xué)會(huì)分析系統(tǒng)中出現(xiàn)的或可能出現(xiàn)干擾的成因,在改進(jìn)方案時(shí)做到追根溯源,對(duì)癥下藥。外部干擾:由于系統(tǒng)工作的外部環(huán)境所造成的干擾。主要有溫度、光、濕度和化學(xué)變化等產(chǎn)生的干擾。這些干擾對(duì)于要求高測(cè)量精度的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是必須設(shè)法控制的。內(nèi)部干擾:由系統(tǒng)內(nèi)部的各種元器件、信道、負(fù)載和電源等引起的各種干擾。常見(jiàn)的有信號(hào)通道干擾,電源干擾和數(shù)字電路干擾。 研究干擾的引入途徑是因?yàn)樵肼曇ㄟ^(guò)一定的途徑侵入傳感器裝置才會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響,因此我們只有了解了干擾的這些引入途徑和作用方式,才能有效地切斷這些途徑,以達(dá)到消除、抑制干擾的目的。干擾的引入途徑主要有從“路”引入和從“場(chǎng)”引入兩種形式。從“路”引入的干擾(1) 漏電流耦合形成的干擾:它是由于絕緣不良,由流經(jīng)絕緣電阻的漏電流所引起的。漏電流耦合干擾經(jīng)常發(fā)生的情況如下:①當(dāng)用傳感器測(cè)量較高的直流電壓時(shí);②在傳感器附近有較高的直流電壓時(shí);③在高輸入阻抗的直流放大電路中;(2) 傳導(dǎo)耦合形成的干擾:噪聲是經(jīng)導(dǎo)線耦合到電路中去的,是最明顯的干擾現(xiàn)象。當(dāng)導(dǎo)線經(jīng)過(guò)具有噪聲的環(huán)境時(shí),即拾取噪聲,并經(jīng)導(dǎo)線送到電路而造成干擾。傳導(dǎo)耦合的主要現(xiàn)象是噪聲經(jīng)電源線傳到電路中來(lái),通常交流供電線路在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的分布,實(shí)際上構(gòu)成了一個(gè)吸收各種噪聲的網(wǎng)絡(luò),噪聲可十分方便地以電路傳導(dǎo)的形式傳到各處,并經(jīng)過(guò)電源引入線進(jìn)入各種電子裝置,造成干擾。實(shí)踐證明,經(jīng)電源線引入電子裝置的干擾無(wú)論從廣泛性和嚴(yán)重性來(lái)說(shuō)都十分明顯,但常常被人們忽視。(3) 共阻抗耦合形成的干擾:共阻抗耦合是由于兩個(gè)電路共有阻抗,當(dāng)一個(gè)電路中有電流流過(guò)時(shí),通過(guò)共有阻抗便在另一個(gè)電路上產(chǎn)生的電壓。例如,幾個(gè)電路由同一個(gè)電源供電時(shí),會(huì)通過(guò)電源內(nèi)阻相互干擾,在放大極通過(guò)接地線電阻相互干擾。從“場(chǎng)”引入的干擾(1) 靜電耦合形成的干擾:電場(chǎng)耦合實(shí)質(zhì)上是電容性耦合,它是由于在兩個(gè)電路之間存在寄生電容,可使一個(gè)電路的電荷變化影響另一個(gè)電路。當(dāng)有幾個(gè)噪聲源同時(shí)經(jīng)靜電耦合干擾同意接受電路時(shí),只要是現(xiàn)行電路,就可以使用疊加遠(yuǎn)離分別對(duì)格在生源干擾進(jìn)行分析。(2) 電磁耦合形成的干擾:電磁耦合又稱互感耦合,它是由于在兩個(gè)電路之間存在互感,一個(gè)電路的電流變化,通過(guò)磁鉸鏈會(huì)影響到另一個(gè)電路,例如在傳感器內(nèi)部線圈或變壓器的漏磁是對(duì)鄰近電路的一種很嚴(yán)重的干擾,在電子裝置外部線圈在較長(zhǎng)一段區(qū)間平行架設(shè)時(shí),也會(huì)產(chǎn)生電磁耦合干擾。(3) 輻射電磁場(chǎng)耦合形成的干擾:輻射電磁場(chǎng)通常來(lái)源于大功率高頻電氣設(shè)備,管波發(fā)射臺(tái),電視發(fā)射臺(tái)等,如果再輻射電磁場(chǎng)中方只一個(gè)導(dǎo)體,則在導(dǎo)體上產(chǎn)生正比強(qiáng)電磁場(chǎng)強(qiáng)度的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),輸配電線路,特別是架空輸配電線路都將在輻射電磁場(chǎng)中感應(yīng)出干擾電動(dòng)勢(shì),并且通過(guò)供電線路侵入傳感器,造成干擾,在大功率廣播發(fā)射機(jī)附近的強(qiáng)電磁場(chǎng)中,傳感器外殼或傳感器內(nèi)壁尺寸較小的導(dǎo)體也能感應(yīng)出較大的干擾電動(dòng)勢(shì),例如,當(dāng)中波廣播發(fā)射的垂直極化波的強(qiáng)度為100mV/m、長(zhǎng)度為10cm的垂直導(dǎo)體可以產(chǎn)生5mV的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。各種干擾在傳感器系統(tǒng)的輸出端往往反映為一些與檢測(cè)量無(wú)關(guān)的電信號(hào),這些無(wú)用的電信號(hào)稱為噪聲,當(dāng)噪聲達(dá)到檢測(cè)電路無(wú)法正常工作時(shí),該噪聲電壓稱為干擾電壓。信噪比在測(cè)量過(guò)程中,人們不希望有噪聲,但是人們無(wú)法完全排除噪聲,實(shí)際上只能要求噪聲盡可能小些,究竟允許多大的噪聲存在,則必須與有用信號(hào)聯(lián)系在一起考慮,顯然又用信號(hào)很強(qiáng)時(shí),則可以允許有較大的噪聲;有用信號(hào)很弱時(shí),則允許的噪聲必須很小,于是,很自然就產(chǎn)生了“信噪比”這一概念?!靶旁氡取敝傅氖窃谛盘?hào)通道中有用信號(hào)成分與噪聲成分之比,他表示噪聲對(duì)有用信號(hào)影響的大小,設(shè)有用功率為,有用信號(hào)電壓為,噪聲功率為,噪聲電壓為,則用dB(分貝)為單位表示信噪比為 由上式可知,信噪比越大,表示噪聲對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響越小,即干擾越不明顯,在測(cè)量過(guò)程中應(yīng)盡可能提高信噪比。 抑制干擾的基本措施中消除干擾源是最有效最徹底的方法,但實(shí)際上不少干擾源是不可消除的,人們?cè)陂L(zhǎng)期的生產(chǎn)中總結(jié)出了許多行之有效的抗干擾技術(shù),常用的方法有接地、隔離、濾波、屏蔽等。(1) 接地技術(shù) 這里的“地”是指輸入信號(hào)與輸出信號(hào)的公共零電位,它本身可能與大地相隔。接地已不僅是為保護(hù)人身和設(shè)備安全,也是為抑制噪聲干擾,保證系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)鍵技術(shù),在設(shè)計(jì)和安裝的過(guò)程中,如果能正確的處理各處的接地,是可以抑制大部分的干擾的,因此接地是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須充分考慮的問(wèn)題。下面是在處理接地時(shí)經(jīng)常遇到的一些問(wèn)題,以及處理這些問(wèn)題的原則。交流地與信號(hào)地在一段電源地線的兩點(diǎn)間會(huì)有數(shù)毫伏,甚至幾伏的電壓,對(duì)低點(diǎn)平的信號(hào)電路來(lái)說(shuō),這是一個(gè)非常嚴(yán)重的干擾,必須加以隔離和防治,因此,交流地和信號(hào)地不能公用。模擬地與數(shù)字地模擬地是模擬信號(hào)的公共零點(diǎn)位,數(shù)字地是數(shù)字信號(hào)的公共零點(diǎn)位。由于數(shù)字信號(hào)處于脈沖工作狀態(tài),它在接地阻抗上產(chǎn)生的壓降往往成為微弱模擬信號(hào)的干擾源,為避免數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)的干擾,兩者的地線應(yīng)分別設(shè)置為宜。一點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地一般來(lái)說(shuō),系統(tǒng)內(nèi)印制電路板的基本原則是高頻電路應(yīng)就近多點(diǎn)接地,低頻電路應(yīng)一點(diǎn)接地。(2) 隔離與耦合在抗干擾措施中,還采用各種隔離和耦合的方式來(lái)提高系統(tǒng)的抗干擾能力,使用這種方法的原理就是,讓兩個(gè)電路相互獨(dú)立,不形成一個(gè)環(huán)路,從而減少兩個(gè)電路之間的相互影響。實(shí)際操作中經(jīng)常使用光電耦合器件、變壓器、電壓跟隨器作為隔離電路。現(xiàn)在最常用到的隔離方法是光電耦合隔離,它具有以下的優(yōu)點(diǎn):(1)光電耦合器件響應(yīng)速度較其他隔離方法快得多;(2)因?yàn)楣獾膫鬏斒菃蜗虻?,所以輸出的信?hào)不會(huì)反饋影響輸入端;(3)輸入輸出回路完全是隔離的,能很好地解決不同電位、不同邏輯之間的隔離和傳輸?shù)拿?。線性光電耦合器件常用在模擬電路中的信號(hào)線性變換場(chǎng)合。(3) 濾波技術(shù)濾波器是一支噪聲干擾的重要的手段之一,所謂濾波器技術(shù)就是用電容和電感線圈或電容和電阻組成的濾波器。常接在電源輸出端,測(cè)量線路輸入端,放大器輸入端等處,使干擾信號(hào)衰減,以阻止干擾信號(hào)進(jìn)入放大器。常用的又RC型、LC型機(jī)雙T型等。選用濾波器時(shí)應(yīng)考慮:①對(duì)干擾頻率的信號(hào)衰減100倍以上;②合理的選擇濾波器件的參數(shù),減少濾波電路對(duì)負(fù)載的影響;③濾波器的時(shí)間常數(shù)對(duì)自動(dòng)檢測(cè)測(cè)系統(tǒng)性能的影響。(4) 屏蔽技術(shù)利用金屬材料制成容器,將需要防護(hù)的電路寶在其中,可以防止電場(chǎng)或磁場(chǎng)的耦合干擾,此種方法稱為屏蔽。屏蔽分為靜電屏蔽、電磁屏蔽和低頻磁屏蔽等幾種。6.3抗干擾技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用為提高本系統(tǒng)的性能,在對(duì)系統(tǒng)中可能存在的干擾進(jìn)行了分析之后,找到了這些干擾村產(chǎn)生的原因和引入的途徑,在系統(tǒng)中采用了相應(yīng)的抑制干擾的方法來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性。(1)接地技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用為了保證系統(tǒng)中檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生電路和檢測(cè)信號(hào)采集電路的獨(dú)立,盡量避免他們通過(guò)地線相互干擾,在設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)@兩部分電路的接地線進(jìn)行了分別的處理。(2)光耦技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用系統(tǒng)中采用了光耦芯片TL25214和線性光耦芯片HCNR201構(gòu)成的耦合電路,對(duì)信號(hào)的傳輸起到了非常有效的隔離作用。而線性光耦的應(yīng)用不僅有效的抑制了系統(tǒng)中的干擾,還使耦合電路前后的信號(hào)具有良好的線性關(guān)系。保證了測(cè)量的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)用的抑制干擾手段的示意圖如圖631所示。檢測(cè)信號(hào)產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)采集GND1GND2光 耦VCC1VCC2圖631系統(tǒng)接地、光耦處理示意圖7 結(jié)論隨著我國(guó)加快三農(nóng)建設(shè)步伐,農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成為了關(guān)注的熱點(diǎn)。雖然我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó),但我國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域中很多課題的研究還處于落后狀態(tài),而經(jīng)驗(yàn)的匱乏又限制了研究人員在這一領(lǐng)域的發(fā)揮。在經(jīng)過(guò)對(duì)牛奶電導(dǎo)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)這個(gè)課題的研究之后,我也逐漸體會(huì)到了面對(duì)這樣一個(gè)課題時(shí)所需要克服的困難是很多的,但在一次又一次的嘗試之后,最終還是完成了課題的研究,并得到了解決相關(guān)問(wèn)題的很多經(jīng)驗(yàn)。在研究的開始階段,進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證各種方案的的必要步奏,在實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)許多理論中涉及不到的現(xiàn)象,這對(duì)確定方案是有所幫助的。在本課題的研究過(guò)程中,就是經(jīng)過(guò)了對(duì)三種的方案的試驗(yàn)之后,通過(guò)綜合的考慮,最終確定利用脈沖信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)證明,這一方案實(shí)現(xiàn)起來(lái)有較高的可靠性,能夠保證測(cè)量的準(zhǔn)確性,也能滿足實(shí)際生產(chǎn)的各種要求。在確定方案之后的電路設(shè)計(jì)過(guò)程中,我查閱了大量的相關(guān)資料,對(duì)每部分電路進(jìn)行分析,目的是為了找到既能有針對(duì)性地完成該系統(tǒng)所要求的任務(wù),又簡(jiǎn)單易行的電路,最終挑選到的是一些經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的典型電路來(lái)完成相應(yīng)的功能。這也可以降低調(diào)試的難度。對(duì)芯片的選擇則是本著“物美價(jià)廉”的原則,盡量在保證系統(tǒng)可靠性的前提下,降低系統(tǒng)成本。為了便于在生產(chǎn)中使用,此系統(tǒng)已經(jīng)與奶牛自動(dòng)飼養(yǎng)管理系統(tǒng)的其他功能模塊集成在了一起,并被制成了PCB板。目前,該系統(tǒng)已經(jīng)調(diào)試成功,并達(dá)到了預(yù)期效果。實(shí)際使用效果表明,該系統(tǒng)工作情況穩(wěn)定,能自動(dòng)完成牛奶電導(dǎo)檢測(cè),并將電導(dǎo)率合格的牛奶導(dǎo)入輸送管道,將電導(dǎo)率不合格的牛奶進(jìn)行相應(yīng)處理的整個(gè)牛奶采集生產(chǎn)過(guò)程。雖然該系統(tǒng)已經(jīng)用于實(shí)際生產(chǎn),但對(duì)這一課題的研究仍然沒(méi)有停止,還可以在系統(tǒng)中使用很多更先進(jìn)的技術(shù)來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)的性能。在研究過(guò)程中,我通過(guò)資料了解到,許多國(guó)外的牛奶生產(chǎn)廠從鮮奶采集到制成品的運(yùn)輸已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用于鮮奶的采集、成分檢測(cè)、分類、脂肪分離等各個(gè)環(huán)節(jié)。先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)不僅保證了乳制品的質(zhì)量,也有效地節(jié)約了能源,減少了污染。這些技術(shù)都是我們今后研究的方向,也是養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的方向。由于畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間有限,我對(duì)本課題的研究只能告一段落。我相信今后我國(guó)對(duì)這一領(lǐng)域的研究必將趕超國(guó)外的先進(jìn)技術(shù),達(dá)到國(guó)際先進(jìn)的水平。參考資料[1]. 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