温度监控报警装置.doc

测量技术基础课程设计温度监控报警装置引言温室是一种可以为植物生长创造最佳条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所,是现代农业的一个重要组成部分。随着经济的发展和科技的进步以及人们对节能减排的重视,传统的温室生产技术已不能满足当代的需要，温室环境控制技术是现代农业技术研究的重要内容，通过对温室内外监测数据的分析，结合作物生长发育的规律，控制有关设备，实现对温室环境要素的调控，达到作物优质、高产、高效的栽培目的。针对目前国内的一些温室控制系统自动化程度较低的现状,通过深入分析温室控制系统对温室温度的影响,很多科研人员致力于温室控制系统的设计与研制。一、研究目的在农业以及种植业，温室大棚的作用真是功不可没，它使我们在四季里吃上新鲜的蔬菜和水果，温室大棚里适宜的温度起到了至关重要的作用，在作物生长的温室大棚内，通过温度监控仪来测量和控制温室大棚里的温度，使农作物和植被在适合的温度下进行生长以提高其产量。针对上述背景，我们小组进行研讨，利用课本所学知识进行拓展，理论联系实际，就温室大棚温度的监控和超温报警等方面进行设计和制作。二、研究内容2.1设计步骤1. 收集资料，进行调研；2. 确定设计方案，对设计方案进行小组讨论；3. 分模块设计硬件电路，并在面包板上调试；4. 学习LABVIEW数据采集和仪器控制软件；5. 将硬件电路焊接到电路板，进行调试，实现其功能；6. 对软、硬件进行连接，同时调试，并且优化处理，实现预计功能。2.2设计要求：1. 能够对室内温度进行测量；2. 将测量到的温度以摄氏度的形式LCD液晶显示；3. 设定上限温度，实现超温报警；4. 利用LABVIEW采集数据实现硬件功能；5. 利用MATLAB软件进行波形以及大小值和频谱分析。三、研究方案3.1硬件部分方案的确定3.1.1元器件的选择1、温度传感器我们选择的温度传感器是AD590 ，AD590是AD公司利用PN结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器。AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。它采用金属壳3脚封装，其中1脚为电源正端V；2脚为电流输出端I0；3脚为管壳，一般不用。集成温度传感器的电路符号如图所示。 AD590的主特性参数如下： 工作电压：430V；工作温度：55150；保存温度：65175；正向电压：44V；反向电压：20V；焊接温度（10秒）：300；灵敏度：1AK。2、ICL7106的AD转换及LCD液晶显示ICL7106是高性能、低功耗的三位半A/D转换器。它包含有七段译码器、显示驱动器、参考源和时钟系统，ICL7106含有一背光电极驱动线，适用于液晶显示。3、LM324LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，lm324原理图如图所示。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立4、555集成定时器555集成定时器是模拟功能和数字逻辑功能相结合的一种双极型中规模集成器件。外加电阻、电容可以组成性能稳定而精确的多谐振荡器、单稳电路、施密特触发器等，应用十分广泛。3.1.2设计原理1、测温电路的设计在设计测温电路时，首先应将电流转换成电压。由于AD590为电流输出元件，它的温度每升高1K，电流就增加1A。当AD590的电流通过一个10k的电阻时，这个电阻上的压降为10mV，即转换成10mVK，为了使此电阻精确（01），可用一个96k的电阻与一个1k电位器串联，然后通过调节电位器来获得精确的10k。图5所示是一个电流电压和绝对摄氏温标的转换电路，其中运算放大器A1被接成电压跟随器形式，以增加信号的输入阻抗。而运放A2的作用是把绝对温标转换成摄氏温标，给A2的同相输入端输入一个恒定的电压（如1235V），然后将此电压放大到273V。这样，A1与A2输出端之间的电压即为转换成的摄氏温标。2、报警装置的设计电路由超低频振荡和音频振荡两部分组成，将此电路与主电路的输出电压连接，通过LM324接成电压比较器，进行上限电压设置，实现报警功能。3、AD转换和显示电路的设计其中，ICL7106是3位半显示的AD转换电路，它内含液晶显示驱动电路，可用来进行AD转换和LCD显示驱动。由ICL7106组成的三位半数字显示原理图如图所示。量程为200.0mV。若将量程改为2.000V，基准电压改为1.000V。这时可把R3改为470 k，RP1改为10k多圈电位器，同时将C3改换为0.047F。3.1.3数字温度测量系统组成框图温度传感器AD590运算放大器LM324AD转换器7106液晶显示器LCD电压比较器LM324报警器“555”扬声器8欧0.25瓦3.2软件部分方案的确定3.2.1应用软件简介在当代测试系统中，任何一个完整系统都由硬件和软件共同组成，硬件侧重于被测量的获取，而软件侧对被测量进行理论分析。在测控领域，美国NI公司的labview软件和MathWorks公司的matlab软件占有绝对的统治地位，其中，labview软件的模块化程度更高，操作也更加方便，但它的在数学运算方面的功能要远逊色于matlab，而matlab的数学运算分析能力极强，但它的专业程度不高，它涉及到各个领域，但在具体的建模应用中并不是非常容易实现。3.2.2设计方案结合abview软件和matlab软件各自的优缺点，我们最终选择利用labview软件和matlab软件综合开发该系统来共同实现我们的软件功能，其中labviwe用于数据采集和实时分析；而matlab用于对大批记录数据的综合分析处理1、Labview部分：图1 前面板 图2 程序框图2、Matlab部分：X=importdata(test.lvm); %创建列向量n1=在本次试验中，共采集到了 num2str(length(X) 个温度样点.; disp(n1); %统计显示采样点个数mx=在本次试验中，采集到的温度最大值为 num2str(max(X) 摄氏度.;disp(mx); %统计显示采用点最大值mi=在本次试验中，采集到的温度最小值为 num2str(min(X) 摄氏度.;disp(mi); %统计显示采样点最小值ma=在本次试验中，平均温度为 num2str(mean(X) 摄氏度.;disp(ma); %统计显示所有采样点的平均值a=length(find(X32); %统计大于32度的采样点个数b=100*a/length(X);c= num2str(b) %;d=在本次采用中，危险点占总采样点的 num2str(c) .; %统计显示本次采样中危险点的个数disp(d);if (a/length(X)0.3 msgbox(系统状态危险，请及时采取降温措施,阶段状态统计,warn)end %若危险点个数超过设定的阈值比例，则弹出对话框提示用户“状态危险”subplot(2,2,1);plot(X,k-diamond); %作采样温度点曲线图title(采样温度点曲线图);xlabel(采样点);ylabel(温度值);box on;grid on;hold off;Fs=100;%设定采样频率 a,b=xcorr(X,unbiased);subplot(2,2,3);plot(b*1/Fs,a); %作自相关分析图title(自相关函数分析图);xlabel(时间延迟(s);ylabel(自相关函数Rx);box on;grid on;hold off;n=0:1/Fs:1; xn=cos(2*pi*40*n)+3*cos(2*pi*100*n)+randn(size(n);%产生含有噪声的序列window=boxcar(length(xn); %矩形窗 nfft=1024; Pxx,f=periodogram(xn,window,nfft,Fs); %直接法subplot(2,2,4);plot(f,10*log10(Pxx); %作自功率谱密度分析图title(自功率谱密度分析图);xlabel(频率（Hz);ylabel(自功率谱密度函数10*log10(Pxx)grid on;box on;disp(输入quit或exit离开统计界面); %提示用户退出界面3.2.3主要功能（1）采集传入波形，并对之进行低通处理显示出来；（2）进行状态设定，阈值温度下显示“状态正常”、虚拟绿灯亮；当温度超过设定阈值后显示“危险状态”，虚拟红灯亮；(3)对采集到温度信号进行文件长期备份，以便分析和日后查阅；(4)对采集到的信号进行统计分析、相关分析和功率谱分析。四、小结通过这次课程实践，不仅锻炼我们的动手能力和独立思考的能力，而且使我们对理论知识掌握的更加的牢固，对于知识点的理解也更加的深入。从小组讨论确定题目，到图书馆和网上查阅资料，不断的向学长和老师请教，最后确定了方案，从一次又一次的调试和一次又一次的失败中锻炼我们的意志，同时也让我们感觉到做学问是艰辛的。过程的每一步我们都高度重视，严格要求，以严肃认真的态度积极主动地投身到实践环节中去。小组里的每个人必须完成分配的工作，同时又要求小组通力协作，通过努力，高质量地完成课程设计。每个人都学会了运用学习到的专业知识和理论，去分析和处理实践中的各种问题。最终的成功包含了小组成员的共同努力，感谢老师一次又一次不厌其烦的讲解和帮助，这次