自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-02-14 19:48 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 須選擇好被測(cè)參數(shù)的測(cè)量元件。如何根據(jù)具體的檢測(cè)目的、檢測(cè)對(duì)象以及檢測(cè)環(huán)境合理地選用傳感器，是在進(jìn)行某個(gè)量的測(cè)量時(shí)首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備也就可以確定了。傳感器必須根據(jù)一下原則進(jìn)行選擇。 （ 1）靈敏度 傳感器的靈敏度越高，可以感知的變化量越小，即被測(cè)量稍有微小變化，傳感器即有較大的輸出。但靈敏度越高，與測(cè)量信號(hào)無關(guān)的外界噪聲也容易混入，并且噪聲也會(huì)被放大。因此，對(duì)傳感器往往要求有較大的信噪比。 （ 2）線性范圍 任何傳感器都有一定的線性范圍，在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系。線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。 （ 3）響應(yīng)特性 傳感器的響應(yīng)特性必須在所測(cè)頻率范圍內(nèi)盡量保持不失真。實(shí)際傳感器的響應(yīng)總有一定延遲，但延遲時(shí)間越短越好。 ? （ 4）穩(wěn)定性 傳感器的穩(wěn)定性是指經(jīng)過長期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時(shí)間與環(huán)境。為了保證穩(wěn)定性，在選用傳感器之前應(yīng)對(duì)使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，以選擇合適的傳感器類型。 （ 5）精確度 傳感器的精確度表示傳感器的輸出與被測(cè)量真值的對(duì)應(yīng)程度。因?yàn)閭鞲衅魈幱跈z測(cè)系統(tǒng)的輸入端，因此，傳感器能否真實(shí)地反映被測(cè)量，對(duì)整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)具有直接影響。然而，傳感器的精確度也并非越高越好，因?yàn)檫€要考慮到經(jīng)濟(jì)性。傳感器精確度愈高，價(jià)格越昂貴，因此應(yīng)從實(shí)際出發(fā)來選擇傳感器。 ? 總之，除了以上選用原則以外，還應(yīng)盡可能兼顧結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、價(jià)格便宜、易于維修和便于更換等條件。 模擬量輸入通道的設(shè)計(jì) ? （ 1）數(shù)據(jù)采集通道的結(jié)構(gòu)形式 ? 在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中，選擇何種結(jié)構(gòu)形式采集數(shù)據(jù)，是進(jìn)行模擬量輸入通道設(shè)計(jì)中首先要考慮的問題。圖 73所示給出兩種結(jié)構(gòu)形式。 圖 73 兩種模擬量輸入通道 ?（ a）圖由于各參數(shù)是串行輸入的，所以轉(zhuǎn)換時(shí)間比較長。但它的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省硬件開銷。 （ b）圖中，每個(gè)模擬量輸入通道都增加了一個(gè) S/H。其目的是可以采用同一時(shí)刻的各個(gè)參數(shù)，以便進(jìn)行比較。 （ 2） A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 一般根據(jù)被測(cè)對(duì)象的實(shí)際要求選擇 A/D轉(zhuǎn)換器。 A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)不僅決定采集電路所能轉(zhuǎn)換的模擬電壓動(dòng)態(tài)范圍，也很大程度影響采集電路的轉(zhuǎn)換精度。因此，應(yīng)根據(jù)對(duì)采集電路轉(zhuǎn)換范圍與轉(zhuǎn)換精度兩方面要求選擇 A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。 ? （ 3）采樣 /保持器的選擇 ? 為了保證 A/D轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定輸出，要求在 A/D轉(zhuǎn)換期間其被轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)保持不變，因此，在 A/D轉(zhuǎn)換器前必須加設(shè)采樣 /保持器。由于采樣 /保持器在保持階段一直保持著采樣階段結(jié)束時(shí)刻的輸入模擬信號(hào)的瞬時(shí)值，因此， A/D轉(zhuǎn)換器只要在采樣 /保持器的保持階段內(nèi)進(jìn)行和完成 A/D轉(zhuǎn)換，就能得到準(zhǔn)確穩(wěn)定的數(shù)字輸出。 自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)硬件電路可以先采用某種信號(hào)作為激勵(lì)，然后通過檢查電路能否得到預(yù)期的響應(yīng)來驗(yàn)證電路是否正常。但是檢測(cè)系統(tǒng)的硬件電路功能的調(diào)試沒有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序很難實(shí)現(xiàn)。通常采用的方法是編制一些小的調(diào)試程序，分別對(duì)相應(yīng)的各硬件單元電路的功能進(jìn)行檢查，而整各系統(tǒng)的硬件功能必須在硬件和軟件設(shè)計(jì)完成之后才能進(jìn)行。 硬件調(diào)試 四、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接關(guān)系到系統(tǒng)的正確使用和效率。軟件的設(shè)計(jì)、開發(fā)、調(diào)試及維護(hù)常要花費(fèi)巨大的精力和時(shí)間。一個(gè)好的軟件應(yīng)具有正確性、可靠性、可測(cè)試性、易使用性及易維護(hù)性等多方面的性能。 軟件的總體結(jié)構(gòu) 當(dāng)明確軟件設(shè)計(jì)的總?cè)蝿?wù)之后，即可進(jìn)入軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。一般采用模塊化結(jié)構(gòu)自頂向下把任務(wù)從上到下逐步細(xì)分，一直分到可以具體處理的基本單元為止，如圖 74所示 。 圖 74 模塊化結(jié)構(gòu) 模塊的劃分有很大的靈活性，但也不能隨意劃分，劃分時(shí)應(yīng)遵循以下原則： （ 1）每個(gè)模塊應(yīng)具有獨(dú)立的功能，能產(chǎn)生明確的結(jié)果； （ 2）模塊之間應(yīng)盡量相互獨(dú)立，以限制模塊之間的信息交換，以便利于模塊的調(diào)試； （ 3）模塊長度適中。若模塊太長，分析和調(diào)試比較困難；若過短則模塊的連接太復(fù)雜，信息交換太頻繁，附加開銷太大。 軟件開發(fā)平臺(tái) 開發(fā)環(huán)境的任務(wù)是提供用戶編寫程序代碼，編譯和連接程序并生成可執(zhí)行程序的環(huán)境。根據(jù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)硬件組成形式不同，其軟件開發(fā)環(huán)境也不盡相同。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)總線檢測(cè)系統(tǒng)，只需選擇一種高級(jí)語言進(jìn)行編程，所以可以直接采用現(xiàn)有的商品程序開發(fā)環(huán)境，如 LabVIEW、 VC++、 VB等，對(duì)于單片機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，需要選擇匯編語言或 C語言進(jìn)行開發(fā)。 軟件程序設(shè)計(jì) 軟件程序設(shè)計(jì)是按照“自頂向下”的方法，不管檢測(cè)儀器或系統(tǒng)的功能怎樣復(fù)雜，分析設(shè)計(jì)工作都能有計(jì)劃有步驟地進(jìn)行。并且為了使程序便于編寫、調(diào)試和排除錯(cuò)誤，也為了便于檢驗(yàn)和維護(hù)，總是 設(shè)法把程序編寫成一個(gè)個(gè)結(jié)構(gòu)完整、相對(duì)獨(dú)立的程序段， 這就是所謂的一個(gè)程序模塊。“自頂向下”的軟件設(shè)計(jì)方法編寫程序模塊應(yīng)遵守下列原則。 ? （ 1）適當(dāng)劃分模塊。對(duì)于每一個(gè)程序模塊，應(yīng)明確規(guī)定其輸人、輸出和模塊的功能； ? （ 2）模塊功能獨(dú)立。一旦認(rèn)定一部分問題能夠歸入一個(gè)模塊之內(nèi)，就不要再進(jìn)一步設(shè)想如何來實(shí)現(xiàn)它，即不要糾纏細(xì)枝末節(jié)； ? （ 3）對(duì)每一個(gè)模塊作出具體定義，包括解決某問題的算法、允許的輸入輸出值范圍； ? （ 4）在模塊中只有循環(huán)、順序、分支三種基本程序結(jié)構(gòu)； ? （ 5）可利用已有的成熟的程序模塊。如加、減、乘、除、開方、延時(shí)程序、顯示程序等。 軟件調(diào)試 為了驗(yàn)證編制出來的軟件無錯(cuò)，需要花費(fèi)大量的時(shí)
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