【文章內(nèi)容簡介】 也很 容易 被接收到。 影響測量精度。因此 一定要選擇適合范圍的波長的光的傳感器 ，減少外界的 影響 。 頻率響應(yīng)特性 要想 保持不失真 的測量條件，就必須 在允許頻率范圍內(nèi)， 但在 實際 中，傳感器的響應(yīng) 必然 會 出現(xiàn) 一定延遲 的現(xiàn)象 ， 由于 液滴 的 下落 是一個 很慢 的中北大學信息商務(wù)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 7 頁 共 30 頁 過程 ， 于是 延遲時間越短越好 ，這樣對于 傳感器頻率 要求就要 很低。在動態(tài)測量 期間 ，所需傳感器的頻率響應(yīng)特性 必須 根據(jù)實際信號的 情況 來確定，防止 產(chǎn)生 太大 的誤差 。 穩(wěn)定性 所謂穩(wěn)定性就是指 傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力。除了傳感器結(jié)構(gòu)本身影響穩(wěn)定性外，其主要的原因是使用環(huán)境。 因此， 最不容忽視的就是該 傳感器要有較強的環(huán)境適應(yīng)力。 根據(jù)使用環(huán)境的具體情況，選取適當?shù)膫鞲衅?。本設(shè)計的使用環(huán)境非常好，所以穩(wěn)定性要求比較容易滿足。 精度 精度是整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高 就越貴， 所以 ， 只要能夠滿足測量系統(tǒng)精度要求的傳感器就可以。這樣就可以選擇一個適合的相對廉價的傳感器。 傳感器的選用 在此次設(shè)計中， 對于測 量方法和傳感器的選用有很多種方法，在選擇傳感器時， 根據(jù) 對 傳感器的 各方面 分析， 選取了適合本設(shè)計的紅外傳感器 。紅外傳感器的種類多種多樣 。所以 必須采用 一個最佳方案 [5]。 根據(jù)本設(shè)計任務(wù)要求，需要設(shè)計一個成本低，操作簡單，適用性強，并且是不接觸式的液滴測量儀等。所以根據(jù)要求和各方面的考慮，決定用紅外對管實現(xiàn) 該設(shè)計。隨著 光敏三極管接收到 不同強度的光 ， 就會 產(chǎn)生 不中北大學信息商務(wù)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 8 頁 共 30 頁 同的 電流， 再進行整合成高低電平，通過輸出端輸出 ， 是否有液滴滴落就可以根據(jù)高低電平來判斷，液體 點滴速度 就可以通過相鄰點滴時間間隔來確定。 該方案操作簡單，成本低 廉，電路簡單，穩(wěn)定性好，對無關(guān)光線的抗干擾能力強， 因此采用紅外對管實現(xiàn) 。 傳感器的幾何光學分析 紅外發(fā)光二極管與光敏三極管 有不同的安裝方法 ，對檢測結(jié)果 就有 不同 的 影響， 所以必須對 傳感器 進行 幾何光學分析 。要想 達到檢測輸液速度的目的 ，就必須有合理的安裝位置，否則就 會導(dǎo)致檢測失敗。通過 對 紅外發(fā)光二極管與光敏三極管 之間的 中心線與 下落液滴 的相對位置 分析 ， 可以得出一個適合 紅外發(fā)光二極管與光敏三極管 檢測的位置 。 通過對大眾 藥液的折射率的范圍 分析 ， 確定 選用折射率平均值為 藥液 。 該 系統(tǒng)主要由一個發(fā)光二極管和一 個光敏三極管構(gòu)成。 隨著 光敏三極管接收到 不同強度的光 ， 就會 產(chǎn)生 不同的 電流， 通過 CD4093整合成 高低電平進行輸出。 傳感器滴數(shù)檢測電路 如圖 ，由 一對發(fā)射 器 、接收管的電路組成 的 傳感器滴數(shù)檢測電路，主要是由 發(fā)光二極管和光敏三極管 組成 。 當沒有 液滴落下時，接收管 可以接收到光 線強度正常的光線 。 當 有液滴落下時，紅外光 會發(fā)生 漫反射 ，液滴 吸收 光線并且會產(chǎn)生 一定的散射作用，導(dǎo)致 光線強度發(fā)生減弱 變 化 。接中北大學信息商務(wù)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 9 頁 共 30 頁 收管 接信號將其經(jīng)過整形 ，送 到 單片機的計數(shù)器 T0， 如此就能檢測到液滴的滴數(shù) [6]。 傳感器滴數(shù)檢測電路的電路圖 如 圖 。 圖 傳感器檢測電路 4 發(fā)射器與接收器 紅外發(fā)光二極管 首先根據(jù) 紅外發(fā)光二極管的特性曲線 ， 確定正常工作時二極管的正向電壓 ，以及 發(fā)光波長 和 工作電流 等 [7]。 在下 圖 中，左圖 是 正向伏安特性曲線， 而 右圖 是 發(fā)射光譜特性曲線。 通過 左圖可以 得出 ， 當 正向電壓小于 1V時，正向電流 約等于零 ， 幾乎沒有變化 ；當正向電壓大于 1V時， 正向電流發(fā)生了很大的變化，隨著電壓的增大急劇增大 。 可以看出 電壓大約為 ，紅外二極管可以正常工作 。通過 右圖曲線可以看出，相對發(fā)光強度達到頂峰 時 紅外發(fā)光二極管 的 發(fā) 光波長 約為 ，因此光敏三極管也應(yīng)該在 波長為 有中北大學信息商務(wù)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 10 頁 共 30 頁 相應(yīng)的 敏感響應(yīng) ，這將成為 選擇光敏三極管的重要依據(jù)。 圖 發(fā)光二極管特性曲線圖 光敏三極管 如 下圖所 示， 1腳 為 發(fā)射極， 2腳 為 基極， 3腳 為 集電極。光敏三極管由這 三個引腳 構(gòu)成。 圖 光敏三極管 上面分析到光敏三極管的理想響應(yīng)波長應(yīng)為 。外界環(huán)境 對 光敏三極管 有著很大的影響 。當 周圍 光線增強 、 溫度升高時，光電流也 會 隨之增強 。 從而可見，光線和溫度 對光敏三極管有很大 的影響。在設(shè)計過程中必須避免這樣的影響 ，不能由于環(huán)境而影響結(jié)果 。 5 電路參數(shù)的計算 在圖 ，當 發(fā)射器與接收器 之間沒有液滴滴下時， 發(fā)射器發(fā)出的光中北大學信息商務(wù)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 11 頁 共 30 頁 可以正常的吧被接收器收到，這時 輸出端 會 產(chǎn)生高電平信號 。當發(fā)射器與接收器 之間有液滴滴下時， 發(fā)射器發(fā)出的光被液滴遮住，接收器不能接受到強烈的光信號， 輸出端產(chǎn)生低電平信號 。通過信號整形，將 產(chǎn)生的高低電平信號送入單片機 。 通過事先設(shè)定的程序算法計算出液體滴落的速度，實現(xiàn)滴速的檢測 。 根據(jù) 圖 ， 選取合適的 紅外發(fā)光二極管，確定紅外發(fā)光二極管的正向壓降最大正向電流， 于是 根據(jù)電源電壓， 就 可以算出電阻 3R ,如式 。 ??????? ? 1 1 71030 33 AVVI VVR h hCC （ ） 式中： CCV ：電源電壓 hV ：正向壓降 ( ) hI ：最大正向電流 當選定 適合的 光敏三極管后， 就可以知道 三極管的發(fā)射 和 極集電極間的飽和電壓、集電極電流，可以通過式 1R 。 ???? ???? ? 331 11 AVVI VVR CC （ ） 式中： CCV ：電源電壓 V 1 ：光敏三極管集電極與發(fā)射極間的飽和電壓 1I ：光敏三極管集電極電流 當 選定合適的 三極管 9014后，可以 由 式 2R 。 ???? ???? ? 332 45 AVVI VVR C CECC （ ） 中北大學信息商務(wù)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 12 頁 共 30 頁 式中： CCV ：電源電壓 CEV ： 9014集電極與發(fā)射極間的飽和電壓 CI ： 9014集電極電流 通過 選定 合適的 的三極管 9014，可以 由 式 4R 。 ?????? ? 334 105502801VIVRCBE? （ ） 式中： BEV ： 9014基極 發(fā)射極飽和壓降 ? ： 9014電流放大倍數(shù)額定值 CI ： 9014集電極電流 根據(jù) 以上 電路值計算，來 設(shè)計傳感器檢測電路。 6 單片機的選擇 現(xiàn)有主流單片機的概述 單片機產(chǎn)品 多種多樣，目前市場上 多達 70 多個系列， 500多個品種 其中 。那些 廠家定制的 專用單片機 、 針對專門業(yè)務(wù) 和 專門市場 的單片機品種還沒有包括在內(nèi) [8]。 Intel公司在 20世紀 80年代初研制出 了 MCS 51系列單片機， 并且很快就 得到 全世界 的認同， 廣泛的推廣應(yīng)用。 通過對 Intel公司 的 MCS51系列和MCS51兼容的微控制器系列 研究， ATMEL公司生產(chǎn) 出了 89系列單片機。 最早由 Intel公司推出的 8051/31類單片機也是世界上用量最大的 幾 種單片機之一。 在 Intel公司將 80C51對外開放后，將 使用權(quán) 通過 專利互換 將中北大學信息商務(wù)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 13 頁 共 30 頁 其出讓給世界上許多著名的生產(chǎn)商 。 一些 公司 發(fā)揮自身 的優(yōu)勢 ， 針對不同測控對象 將其 要求的外圍電路與 80C51單片機 進行 兼容 ， 如 A/D、 PWM、HSL/HSO、 I2C、 WDT、 Flash ROM等，開發(fā)出 功能多種多樣的 的新品種。這樣 80C51單片機就 成為了眾多廠家所支持和發(fā)展的單片機 ，統(tǒng)稱為 80C51系列單片機 80C51在市場上 成為 8位單片機的主流， 這已是客觀事實 ， 實際上已 成 為 了 事實的 標準 MCU芯片 。 單片機的選用 本檢測儀 對 數(shù)據(jù)處理速度 沒有很高的要求 ， 則 采用 由 美國 ATMEL公司生產(chǎn)的 8位 AT89C51單片 機 即可 。 AT89C51內(nèi)含 4kb的 可擦 只讀 程序 存儲 器 和128b的隨機存儲器， 是由 美國 ATMEL公司生產(chǎn) 的一種低電壓、高性能 8位單片機 。 器件兼容 MCS51指 令系統(tǒng)，片內(nèi)含有 Flash存儲單元與通用 8位中央處理器。 主要性能 （ 1）與 MCS51 微控制器產(chǎn)品系列兼容。 （ 2） 4K字節(jié) 可重 擦寫 FLASH閃速 存儲器 。 （ 3） 1000字擦寫周期。 （ 4）全靜態(tài)工作： 0Hz至 24MHz。 （ 5） 3級加密程序存儲器 。 （ 6） 128*8位內(nèi)部 RAM。 （ 7） 32條可編程 I/O線 。 中北大學信息商務(wù)學院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 14 頁 共 30 頁 （ 8） 2個 16位