【正文】 67R7G N D8U L N 20xxM1M2M3M4 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的刷卡排污遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控采樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13 方向和轉(zhuǎn)子磁場方向不在同一條直線 上，那么定子和轉(zhuǎn)子的磁場將產(chǎn)生一個扭力將定子扭轉(zhuǎn)。同理，當(dāng)依次改變繞組的磁場時，就可以使步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn) (比如通電次序?yàn)?ABCD正轉(zhuǎn)，反之則反轉(zhuǎn) )。而改變磁場切換的時間間隔，就可以控制步進(jìn)電機(jī)的速度了，這就是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動原理。 采樣子系統(tǒng)的功能器件介紹 DS1302 時鐘芯片 DS1302 是 DALLAS 公司推出的一款涓流充電時鐘芯片，其內(nèi)部含有一個實(shí)時時鐘 /日歷和 31 字節(jié)靜態(tài) RAM，可以通過串行接口實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)之間的通信。實(shí)時的時鐘 /日歷電路提供秒、分、時、日、星期、月、年 的信息，每個月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，在時鐘操作中，可通過 AM/PM 標(biāo)志位決定到底采用24 還是 12小時的時間格式。 芯片的結(jié)構(gòu) DS1302 的外部引腳功能說明如表 所示： X1， X2 晶振引腳 GND 地 RST 復(fù)位 I/O 數(shù)據(jù)輸入 /輸出 SCLK 串行時鐘 VCC1 電池引腳 VCC2 主電源引腳 DS1302 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由移位寄存器、控制邏輯、振蕩器、實(shí)時時鐘以及RAM 組成。 如圖 所示： 表 DS1302 芯引腳介紹 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的刷卡排污遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控采樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14 DS1302 在模塊中的運(yùn)用 采樣模塊具有信息記錄的功能，其中采樣時間的實(shí)時顯示和記錄，就用到時鐘芯片，還有在采樣的時候，我們需要設(shè)定采樣時間間隔，這個時間就有時鐘芯片來提供。這樣可以方便樣本的實(shí)時提取，和對采樣時間的記錄。 蠕動泵 蠕動泵的工作原理 如圖 所示： 蠕動泵很形象的可以比喻成用手指夾擠壓一根充滿流體的軟管，當(dāng)我們的手指擠壓軟管不斷向前 滑動時就可以驅(qū)動軟管內(nèi)流體向前移動。蠕動泵的實(shí)際工作原理也是如此，它的滾輪就像我們的手指，不斷擠壓流體。蠕動泵通過對泵的彈性輸送軟管交替進(jìn)行擠壓和釋放來實(shí)現(xiàn)對流體的輸送。在泵內(nèi)，隨著滾輪的移動，管內(nèi)形成負(fù)壓，液體隨之開始流動。 蠕動泵在模塊中的運(yùn)用 圖 蠕動泵工作原理 圖 DS1302 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的刷卡排污遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控采樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 本模塊中主要使用蠕動泵來完成抽水的工作，當(dāng)模塊接收到數(shù)據(jù)采集模塊的采樣命令時，便開始工作。蠕動泵在步進(jìn)電機(jī)的帶動下開始轉(zhuǎn)動滾輪，通過滾輪對流體的擠壓進(jìn)行抽水操作，而且可以通過控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)來控制蠕動泵滾輪的正反轉(zhuǎn)，這樣也就可以實(shí)現(xiàn)對 污水的正抽水和反抽水操作。 流量傳感器 流量傳感器的工作原理 在本系統(tǒng)中，我們是使用的超聲波流量傳感器。此儀器主要是由超聲波換能器、電子線路和流量顯示以及累積系統(tǒng)這幾個部分組成。超聲波發(fā)射換能器主要的是完成將電能轉(zhuǎn)換成超聲波的器件，并將其發(fā)射到被測流體中，接收器接收到的超聲波信號，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量值的電信號供給顯示和積算儀表進(jìn)行數(shù)值處理。那么通過這個過程，我們就可以完成對污水采集的具體流量進(jìn)行計(jì)算、監(jiān)測。 超聲波流量傳感器在采樣子系統(tǒng)中的運(yùn)用 在本系 統(tǒng)中，超聲波流量傳感器主要是安裝在污水輸送管道出水口上部，當(dāng)采樣模塊接收到數(shù)據(jù)采集器的采樣命令后，開始采樣。超聲波流量傳感器主要的工作就是感應(yīng)是否有污水流過輸水管，如果檢測到油污水流過，就開始記流量，如果沒有，就等待工作。 DSl8B20 溫度傳感器 單線數(shù)字溫度計(jì) DSl8B20 介紹 如圖 所示： DS18B20 數(shù)字溫度傳感器本身提供了 9 位 (二進(jìn)制 )溫度讀數(shù)，來指示器件的 圖 DS18B20 圖 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的刷卡排污遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控采樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16 溫度。在此之間，信息經(jīng)過單線接口送入 DS18B20 或從 DS18B20 送出，因此從主機(jī) CPU 到 DS18B20 僅需一條線 (和地線 )。元件的電源可以由數(shù)據(jù)線本身直接提供而不需要外接電源。它的的測量范圍從 55℃到 +125℃增量值為 ℃可在 l s(典型值 )內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。 溫度計(jì)算 DS18B20 用 9個位來存貯溫值度，最高位為符號位，元件的溫度存儲方式如表 4 所示： 負(fù)溫度 S=1，正溫度 S=0 例如： 00AAH 為 +85， 0032H 為 25℃， FF92H 為 55℃ 表 9 位溫度存儲方式 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit7 26 25 24 23 22 21 20 21? Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8 S S S S S S S S DS18B20 用 12 個位來存貯溫值度，最高位為符號位，元件的溫度存儲方式如表 5所示： 負(fù)溫度 S=1，正溫度 S=0 例如： 0550H 為 +85， 0191H 為 ℃， FC90H 為 55℃ 表 12 為溫度存儲方式 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit7 23 22 21 20 21? 22? 23? 24? LS Byte： MS Byte： LS Byte： MS Byte： 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的刷卡排污遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控采樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 17 Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8 S S S S S 26 25 24 DS18B20 在采樣子系統(tǒng)中的運(yùn)用 采樣模塊具有低溫保存樣本的功能，防止某些樣本在常溫或高溫狀態(tài) 下腐敗變質(zhì)，不利于樣本監(jiān)測因子真實(shí)情況的反映，所以在采樣模塊的采樣瓶分布處，設(shè)有低溫控制裝置， DS18B20 傳感在保溫箱中起到對溫度檢測的作用，方便系統(tǒng)對樣本保存溫度的控制操作。在實(shí)際工作中， DS18B20 傳感器與繼電器相連，繼電器主要用來控制低溫控制裝置電源的開合，當(dāng)溫度大于樣本保存適宜值時，傳感器就給繼電器傳送啟動信號，使得繼電器吸合通電，啟動低溫控制裝置，形象的說就像冰箱的制冷過程，當(dāng)溫度降至樣本保存溫度適宜值時，傳感器發(fā)送斷開信號，使得繼電器與電源斷開鏈接，讓低溫控制裝置停止繼續(xù)降溫。這就是DS18B20 在采樣子系統(tǒng)中的作用。 采樣子系統(tǒng)的智能控制執(zhí)行部件 執(zhí)行部件主要由步進(jìn)電機(jī)、分配懸臂、采樣瓶等組成。本設(shè)計(jì)設(shè)置了 0～ 7號 8 個采樣瓶，有 1 號步進(jìn)電機(jī)控制縱向臂桿，由 2號步進(jìn)電機(jī)控制橫向臂桿，橫向臂桿控制污水輸送管與瓶口對位。等對位成功后，步進(jìn)電機(jī)就開始帶動蠕動泵抽水，當(dāng)采樣瓶中水量達(dá)到規(guī)定值時，縱向臂桿控制將橫向臂桿旋轉(zhuǎn) 45176。繼續(xù)按找操作要求進(jìn)行抽水操作。在每次重啟系統(tǒng)后，橫向臂桿自動復(fù)位，回到 0號瓶口。 簡圖如圖 所示： 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的刷卡排污遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控采樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18 7 采樣子系統(tǒng)的軟件環(huán)境 程序設(shè)計(jì)的語 言選擇 本模塊的軟件環(huán)境主要是選擇了 C 語言進(jìn)行編寫。相對于單片機(jī)匯編語言，C 語言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語言，它不但兼有多種高級語言的特點(diǎn)，而且也兼有匯編語言的功能。還有， C語言具有功能豐富的庫函數(shù)、運(yùn)算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。 C語言它又是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，它支持當(dāng)前程序設(shè)計(jì)中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)。此外， C語言程序還具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法提供了有力的保障。所以，在當(dāng)今單片機(jī)程序設(shè)計(jì)中，C 語言已逐漸成為軟 件開發(fā)的一個主流。 總的來說，使用 C語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的目標(biāo)系統(tǒng)。 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)流程如圖 所示： 污水輸送管 圖 智能執(zhí)行部件 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的刷卡排污遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控采樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19 主要軟件模塊介紹 本模塊程序主要完成功能是驅(qū)動兩個步進(jìn)電機(jī)按要求進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。下面所示程序?yàn)檎麄€程序的一部分： void ZHU