船舶机舱环境检测系统的设计2

1、.：.；山东交通学院届毕业生毕业论文设计标题：船舶机舱环境监测系统设计院(系)别 信息科学与电气工程学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气 学 号 姓 名 闫志勇 指点教师 刘文江 年 月原 创 声 明本人闫志勇郑重声明：所呈交的论文“船舶机舱环境监测系统设计，是本人在导师刘文江的指点下开展研讨任务所获得的成果。除文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何其他个人或集体曾经发表或撰写过的研讨成果，对本文的研讨做出重要奉献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全认识到本声明的法律后果，尊重知识产权，并愿为此承当一切法律责任。 论文作者(签字)： 日期： 年 月 日PAGE 4

2、0PAGE 39摘 要 随着船舶制造及船舶航运业的开展，从人性化角度出发，人们越来越注重船上人员任务及生活条件，从船舶的经济性思索，动力设备的任务环境也至关重要。在船舶的设计过程中，机舱环境监测系统的设计是非常重要的一个环节。不论是人员还是机器设备的正常任务都需求适宜的环境。 机舱内的动力安装正常任务，首先需求耗费一定量的新颖空气，用于动力机械的熄灭，其次要带走机器设备运转、熄灭产生的热量。机舱通风用以建立机舱内给定的环境条件，如需求的舱内温度、湿度、空气流速、清洁度及空气成份等，以保证柴油机、锅炉及熄灭炉熄灭时所必需的空气量，同时也要保证机内良好的任务环境，改善轮机人员的任务及卫生条件。本设

3、计是以单片机ATS为中心，配合温度传感器AD和湿度传感器(HIH-)，以及相关的外围电路组成的检测系统，可以接纳所测环境的温度、湿度、光照强度和氧气含量信号，检测人员可以经过数码管显示的数据，实时监控环境的温度和湿度情况。一切的丈量操作都可以经过主机控制软件来实现，温度、湿度、光敏和氧气传感器得到的丈量信号，经电路转换为电信号，然后经过一定的放大经过芯片TLCA/D转换送到单片机进展数据处置，经软件分析处置后送显示安装，并控制控制风机的运转。本文所开发的系统具备完好的环境监测功能，满足相关规范要求，实时性较好，可以运用于实船。并对该系统作了一些突破以往设计的优化设计，对以后船舶环境监测系统的设

4、计有一定的指点作用。关键词：机舱,环境,单片机,传感器Abstract With the development of shipbuilding and ship navigation, personally, the environment of working place and accommodation place being required more and more economically, the working environment of power installation is more important, too. During the ship design,

5、the ventilation system design is one of the important aspects of the whole design. A suitable environment should be considered for good working of person and power installation. In order to keep the power installation work well, it will need a mount of fresh airfor the burning of engine and bring aw

6、ay the heat emission from the engineEngine room ventilation system design is doing for building a special condition，such as thetemperatures, humidity, air speed, the cleanliness of the air and the element percent of air, to insure the amount of air needed by the engine，boiler and incinerator burning

7、，and improve the working environment of the working person in engine roomThe design is based on SCM (ATC) as the core, with a temperature sensor (AD) and humidity sensors (HIH- ), as well as the detection system, the peripheral circuit can receive the measured ambient temperature, humidity, light in

8、tensity and oxygen content of signal detection can be digital display data, real-time monitoring of environmental temperature and humidity. All the measurement operation by the host control software to achieve the measurement of temperature, humidity, photosensitive, and oxygen sensor signal, the ci

9、rcuit converted into electrical signals, and then by a certain degree of amplification after the chip TLCA / D conversion to the microcontroller for data processing evacuation by the software analysis and processing, display devices, and control the running of the fan control.Have a complete environ

10、mental monitoring system developed to meet the relevant regulatory requirements, real-time, can be used in a real ship. And made some breakthrough designed to optimize the design of the system, after the design of the Marine Environment Monitoring System has a guiding role. Key words：Cabin, Environm

11、ent, Microcontroller, Sensor目 录 TOC o - h z u HYPERLINK l _Toc 绪 论 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .课题研讨背景 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 船舶机舱监测系统开展与现状 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .本次设计的主要任务 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 控制系统的方案设计 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .系统的构成 PAGEREF _Toc h HYPERL

12、INK l _Toc . 单片机ATS的引见 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . A/D转换器 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 主要特性 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . TLC任务原理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 温度传感器的选型 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 温度传感器主要特性 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . AD的任务原理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l

13、 _Toc . 电路设计 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .湿度传感器的选型 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .湿度传感器的选择 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . HIH主要特性 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 光电器件的种类与选择 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .光电器件的选择 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .光照度采集电路的组成与原理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _

14、Toc .气体传感器的选择 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .机舱通风系统的选型 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 系统的硬件设计和衔接 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .主控模块 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .显示模块 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . AD转换模块 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 温度和湿度采集模块 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .光照度采集电

15、路的设计 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .光照度采集电路的设计 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .光照度采集实验与分析 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .继电器控制电路 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . TLC与ATS的接口电路设计 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 键盘设计 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .输出驱动的设计 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 电源电

16、路的设计 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 报警电路设 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 系统软件方案的设计 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 程序流程图 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 温湿度主程序流程图 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 报警器流程图 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .A/D转换子程序流程图 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 键盘中断流程图 P

17、AGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 上位机软件设计 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 结 论 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 致 谢 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 参考文献 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 附录 PAGEREF _Toc h 闫志勇：船舶机舱环境监测系统设计山东交通学院毕业设计论文绪 论 .课题研讨背景 我国的水路运输具有投资少、见效快、运价低的特点，因此不断以来它都是重要的交通方式之一，在国名经济的开展中起到很重要的作用

18、。船舶机舱监控系统是对机舱重要设备的运转形状和平安参数进展监测，对值班人员和管理者声光提示，及时决策设备管理措施，保证设备系统或者人员平安的重要系统。因此实时、准确地了解船舶机舱环境动态信息显得尤为重要，特别是一下几个方面：船舶机舱环境气体含量的监测，特别是氧气含量能否到达人体适宜进入的最低规范，保证任务人员的平安。船舶机舱温度和湿度的监测，保证船舶设备的正常运转。船舶机舱光线的监测，尤其是在恶劣天气和晚上等光线缺乏的情况下保证机舱光线充足，任务人员正常任务。以往的船舶监测系统，都是经过传统的人工现场监控来获得船舶机舱环境动态信息，而且不能保证任务人员的平安。经过以往检测系统的实时性不高、操作

19、不方便，不利于管理。因此有必要研讨一种远程监测技术。 另外，船舶机舱内的任务环境是最为恶劣的，船舶机舱内的通风条件也直接影响到船员的身体情况和任务效率。按中国船级社对船舶动力安装的控制方式的规定，分为机舱有人值班、周期无人值班和集控室有人值班三种，尤其是机舱有人值班时，适宜的机舱通风可以提供人更多的新颖空气量，降低机舱温度，经过机舱通风管道的合理布置适当地降低机舱内的噪声，提高人员的任务环境规范。机舱通风用以建立机舱内给定的环境条件，如需求的舱内温度、湿度、空气流速、清洁度及空气成份等，以保证柴油机、锅炉及熄灭炉熄灭时所必需的空气量，同时也要保证机内良好的任务环境，改善轮机人员的任务及卫生条件

20、。随着计算机与网络技术的开展，船舶机舱监测系统得到了飞速开展，无线网络技术曾经逐渐被运用到远程监控系统之中，经过无线网络技术将现场设备采集的数据传输到远程控制中心，实现远程监控，具有一定的平安性、实时性、可靠性的要求。. 船舶机舱监测系统开展与现状随着计算机以及自动化技术的飞速开展，船舶机舱监测系统也得到了迅速的开展，出现三种典型方式，分别为集中式、集散式、现场总线式。 集中式机舱监控系统在上个世纪的六十年代中后期，船舶机舱开场出现了“无人值守，日本、丹麦等兴隆国家首先推出船舶机舱的集中监测系统，其方式主要是把分布于船舶机舱各处的监测点全部引入集中控制室的微机接口控制箱中，对船舶机舱设备进展集

21、中监测，实现了船舶机舱设备检测的无人值守。该方式的优点在于容易根据整体情况进展相应的控制计算与判别，从控制角度分析易于一致调度与安排，缺陷是系统的可靠性全部集中于微机本身，而机舱现场的环境相对恶劣，那么对于读取现场信号的计算机要求就相当高。可靠性问题限制了机舱集中监测系统的开展。典型的集中式监测系统有挪威NORCONTROL公司的Data Chief- = * ROMAN * MERGEFORMAT III系统。集散式机舱监控系统在上个世纪七十年代后期，随着大规模集成电路以及计算机网络技术的开展，出现了数字调制器、可编程控制器PLC以及多个计算机构成的集中与分散相互结合的集散式控制系统，也称为

22、分布式控制系统DCS-Distributed Control System。此系统不论是在功能上还是在性能上都比集中式控制系统提高很多，抑制了传统的集中式控制系统对控制器和可靠性要求高的缺陷，在集散控制系统中实现了集中控制与分散处置，即实现了集中控制室与DCS控制站或是PLC之间的网络通讯，有减少了集中控制室与机舱现场之间的电缆数目，节约了本钱。初期，集散型监测系统在各个子系统内部普通运用模拟信号传输，即控制单元与现场设备之间运用模拟信号来实现数据采集以及控制命令下传，这样就需求在控制单元与现场设备之间铺设大量电缆，同时添加了船舶造价。此外，传输间隔 较长会使得模拟信号遭到严重干扰。这个时期典

23、型的子系统如西门子公司的SIMOS型集中监测和报警系统。后期，部分公司将传统控制网络技术运用到了机舱监测系统中，对子系统进展改良，即在控制对象附近放置现场处置单元，而二者之间那么经过RS-或电流环等网络进展数据交互，实现对模拟信号的收发。这种方式逐渐成为了船舶机舱监测系统的主流，由于这种传统控制网络存在固有缺陷，所以并不是在真正意义上实现全分布式控制。并且各个公司所建立的控制网络具有封锁性，这样就妨碍了船舶机舱中现场设备之间互操作性的实现。其中，典型的代表有德国西门子公司的SIMOSIMAC系统和挪威NORCONTROL公司的Data Chief系统。现场总线控制系统FCS-Field bus

24、 control system，是从DCS系统上开展起来的，以实现机舱现场和微机化丈量设备之间双向多节点数字通讯的系统。现场总线式控制系统是在传统的丈量控制仪表处装上公用的微处置，同时使它们获得了数字计算与数字通讯才干，并运用方便于衔接的双绞线等作为总线，将需求丈量的多个控制仪表衔接成网络系统，按照一定的通讯协议，实现船舶机舱现场的多个微机化丈量控制设备之间，以及船舶机舱现场仪表与远程的监测主机之间的数据传输与信息交互，从而出现了各种满足现场需求的自动化控制系统。其中，典型代表有挪威NORCOINIROL公司的Data Chief C系统和上海船舶运输研讨所下属的上海三进科技开展的CJBW型系

25、统。我国船舶机舱监测系统运用的起步相对于国际较晚一些，到了八十年代后期自助研发出了一些以CJBW,JK-YK,DYT-J型为典型代表的船舶机舱监测系统。国产的船舶机舱监测系统由于系统功能、构造以及制造本钱等缘由，运用于实践较少。在技术方面，大部分产品仅仅相当于国际九十年代初期的程度。机型的种类较少，性能较低、可靠性较差，规范化、系列化、智能化程度相对较低，总体的技术目的落后，技术贮藏差距大，已无法顺该当前国内船舶机舱自动化的突飞猛进开展。目前与船舶自动化技术兴隆的国家相比，还存在一定的差距，主要包括一下几点：以船舶机舱为整体对象的集成自动化技术程度较低，配套才干较差。虽然运用了大规模集成芯片，

26、但完成整个系统的信号采集、处置、通讯、管理等过程，均运用零散的设备，缺乏模块化、系列化的产品。目前，船舶机舱监测系统技术还处于部分或全部引进形状，相关技术的科研单位研发力量不集中，国产化效率低、自主创新的成分较少。系统的构造复杂，可维护性较差。信号从传感器到上位机传输途径复杂，监控对象庞大，其通讯布线错综复杂，给缺点检测带来相当大的困难。系统本身构造模块化较低，产品可再研发性较差，技术更新与换代困难。设计安装工艺落后，消费制造技术低，制约了系统整体性能的提升。 以上各个问题，给机舱自动化技术的开展提出了新的要求，迫切的需求一种能在最大程度上满足各种需求的、综合程度较高的、全新的船舶机舱监测系统

27、的出现。.本次设计的主要任务 设计船舶机舱环境监测系统方案船舶机舱环境监测系统为多变量的输入输出控制系统。经过传感器监测机舱中的各环境参数，得到输入模拟量，经过模数转换变成数字信号，经接口板采集数据，计算机进展分析处置，将输入量与设定量比较后，输出开关量，经过驱动电路控制各执行机构。硬件设备的选型与设计 根据所设计的控制方案合理地选择监测元件、执行机构和控制设备以及其它必要设备，并在此根底之上根据控制方案合理地进展硬件设计，完成各种设备之间的接线与配置，并进展设备的安装调试。为整个系统的实现以及稳定、可靠运转打下根底。控制软件的设计软件运用汇编言语进展编程设计，具有计时、键盘扫描处置、显示、温

28、度、湿度、氧气含量采样，并对其进展数据处置，控制执行机构。 控制系统的方案设计船舶机舱设在轮船的下部，由于数KW大功率发动机、数百KW 的发电机组、锅炉和制冷机组的延续任务，再加之机舱的通风、透光情况很差，给任务人员和船舶发动机的任务环境带来了严重的影响。为了改善机舱的环境，提高轮机系统的运转效益，保证船舶及任务人员的平安，需求对机舱的环境进展实时控制。船舶机舱的主要控制参数有温度、湿度、光线和通风控制系统。.系统的构成船舶机舱环境监测系统为多变量的输入输出控制系统。经过传感器监测机舱中的各环境参数，得到输入模拟量，经过模数转换变成数字信号，经接口板采集数据，单片机进展分析处置，将输入量与设定

29、量比较后，输出开关量，经过驱动电路控制各执行机构。控制系统及控制过程如图.所示。 图. 环境控制系统Fig . environmental control system本系统由计算机与控制软件、传感器、数据传输、I/O接口板、电器控制柜等组成，传感器采集的信号经过放大和转换传到计算机上，计算机发出反指令，经过电器控制柜控制各执行机构的启用，完成对机舱环境的控制。前端的环境参数数据采集单元(包括空气温度、空气湿度、光照度传感器、气敏传感器及信号调理电路、A/D转换、单片机、存储器、液晶显示器、按键)，数据传输设备以及电源组成。系统由单片机控制前端的各种传感器对环境中的各参数进展采集，并经过其相应

30、的转换电路将温度、湿度、光照等信号转换为模拟电量如电压，再经A/D转换器转换为数字量，交由单片机做数据处置，或直接转换为数字量(如频率)存储显示。机舱环境数据采集和监控系统如图.所示。图. 机舱环境数据采集和监控系统Fig . cabin environment data acquisition and monitoring system. 单片机ATS的引见ATS是一种低功耗、高性能CMOS八位微控制器，具有K在系统可编程Flash存储器，运用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业C产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许ROM在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有乖

31、巧的位CPU和在系统可编程Flash，使其为众多嵌入式控制运用系统提供灵敏的处理方案。 主要特性() 与MCS-单片机产品兼容；() K字节在系统可编程Flash存储器；() 次擦写周期；() 全静态操作：HzHz；() 三级加密程序存储器；() 个可编程I/O口线；() 三个位定时器/计数器；() 八个中断源；() 全双工UART串行通道；() 低功耗空闲和掉电方式；() 掉电后中断可唤醒；() 看门狗定时器；() 双数据指针；() 掉电标识符。如图.所示ATS芯片的引脚图VCC：电源GND：地 P口：位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动个TTL逻辑电平。对P端口写“时，引脚用作

32、高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P口也被作为低位地址/数据复用。在这种方式下，P具有内部上拉电阻。在Flash编程时，P口也用来接纳指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需求外部上拉电阻。图. ATS芯片的引脚图Fig . the ATSchip pin diagramP口：具有内部上拉电阻的位双向I/O口，P输出缓冲器能驱动个TTL逻辑电平。对P端口写“时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口运用。作为输入运用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的缘由，将输出电流IIL。此外，P.和P.分别作定时器/计数器的外部计数输入P./T和定时器/计数器的触发输入P./TEX，

33、详细如表-所示。在Flash编程和校验时，P口接纳低位地址字节。表. P口引脚的功能Table . P port pin function引脚号第二功能P.T定时器/计数器T的外部计数输入，时钟输出P.TEX定时器/计数器T的捕捉/重载触发信号和方向控制P.MOSI在系统编程用P.MISO在系统编程用P.SCK在系统编程用P口：具有内部上拉电阻的位双向I/O口，P输出缓冲器能驱动四个TTL逻辑电平。对P端口写“时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口运用。作为输入运用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的缘由，将输出电流IIL。在方位外部程序存储器或用位地址读取外部数据存储器时，P口送出高八

34、位地址。在Flash编程和校验时，P口也接纳高位地址字节和一些控制信号。P口：P口是一个具有内部上拉电阻的位双向I/O口，P输出缓冲器能驱动四个TTL逻辑电平。对P端口写“时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口运用。作为输入运用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的缘由，将输出电流IIL。P口亦作为ATS特殊功能第二功能运用，如表所示。表. P口引脚的第二功能Table . P port pins of the second functions引脚号第二功能P.RXD串行输入P.TXD串行输出P.外部中断P.外部中断P.T定时器外部输入P.T定时器外部输入P.外部数据存储器写选通P.外部数

35、据存储器读选通 RST：复位输入。晶振任务时，RST脚继续个机器周期高电平将使单片机复位。DISRTO默许形状下，复位高电平有效。ALE/：控制信号ALE是访问外部程序存储器时，锁存低位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚也用作编程输入脉冲。在普通情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟运用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时， ALE脉冲将会跳过。假设需求，经过将地址为EH的SFR的第位置“，ALE操作将无效。这一位置“，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否那么，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位地址为EH的SFR的第位的设置对

36、微控制器处于外部执行方式下无效。：外部程序存储器选通讯号是外部程序存储器选通讯号。当S从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，将不被激活。/VPP：访问外部程序存储器控制信号。为使能从H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必需接地。为执行内部程序指令，应该接VCC。在Flash编程期间，也接纳伏VPP电压。XTAL：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL：振荡器反相放大器的输出端。. A/D转换器本电路设计A/D转换部分主要中心部分采用高性价比的A/D转换芯片TLC ，以下进展详细引见. 主要特性 TLC是德州仪器公司消费的位串行A/

37、D转换器芯片，可与通用微处置器、控制器经过I/O CLOCK、DATA 三条口线进展串行接口。具有MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路，转换时间最长s，TLC允许的最高转换速率为次/s，TLC为次/s。总失调误差最大为.LSB，典型功耗值为mW。采用差分参考电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准转换范围，VREF-接地，VREF+VREF-V，可用于较小信号的采样。TLC引脚图如以下图所示：图. TLC引脚图Fig . TLC pin diagramTLC的极限参数如下： 电源电压：.V；输入电压范围：.VVCC .V； 输出电压范围：.VVCC.V；峰值输入电流(恣意一个输入端)：mA；总峰

38、值输入电流(一切输入端)：mA；任务温度： TLCI：TLCM：. TLC任务原理TLC有片内系统时钟，该时钟与I/O CLOCK是独立任务的，无须特殊的速度或相位匹配。当CS为高时，数据输出(DATA OUT)端处于高阻形状，此时I/O CLOCK不起作用。这种CS控制造用允许在同时运用多片TLC时，共用I/O CLOCK，以减少多路(片)A/D并用时的I/O控制端口。一组通常的控制时序为：() 将置低。内部电路在测得下降沿后，再等待两个内部时钟上升沿和一个下降沿后，然后确认这一变化，最后自动将前一次转换结果的最高位(D)位输出到DATA OUT端上。() 前四个I/O CLOCK周期的下降

39、沿依次移出第、和第个位(D、D、D、D)，片上采样坚持电路在第个I/O CLOCK下降沿开场采样模拟输入。() 接下来的个I/O CLOCK周期的下降沿移出第、(D、D、D)个换位。() 最后，片上采样坚持电路在第个I/O CLOCK周期的下降沿将移出第、(D、D、D)个转换位。坚持功能将继续个内部时钟周期，然后开场进展个内部时钟周期的A/D转换。第个I/O CLOCK后，必需为高，或I/O CLOCK坚持低电平，这种形状需求维持个内部系统时钟周期以等待坚持和转换任务的完成。假设为低时I/O CLOCK上出现一个有效干扰脉冲，那么微处置器/控制器将与器件的I/O时序失去同步；假设为高时出现一次

40、有效低电平，那么将使引脚重新初始化，从而脱离原转换过程。在个内部系统时钟周期终了之前，实施步骤()()，可重新启动一次新的A/D转换，与此同时，正在进展的转换终止，此时的输出是前一次的转换结果而不是正在进展的转换结果。假设要在特定的时辰采样模拟信号，应使第个I/O CLOCK时钟的下降沿与该时辰对应，由于芯片虽在第个I/O CLOCK时钟下降沿开场采样，却在第个I/O CLOCK的下降沿开场保管。. 温度传感器的选型温度对于精细仪器来说是最重要的环境参数。传统的温度的丈量，选用热电阻为传感器，然后采用两线制、三线制、四线制等接线方式搭建电桥，根据热电阻在不同温度下的电阻来确定所处位置的温度值。

41、但是由于热电阻随温度变化而引起的变化值较小，例如，常用的铂电阻在零温度下的阻值为，铜电阻阻值为，因此在传感器与数据采集电路之间的引线过长会引起较大的丈量误差，而系统实践运用中，要求有较长间隔 的丈量。此外，热电偶是温度丈量中运用最广泛的传感器之一。其测温原理是把两种不同的导体衔接，构成闭合回路，假设是两个衔接点坚持在不同温度时，将产生热电势，即Seebeek效应。其丈量温区宽，普通在-的温度范围内均可运用;丈量的准确度和灵敏度都较高，尤其在高温范围内，有较高的精度，因此热电偶在普通的丈量和控制系统中，常用于中高温区的温度检测。但是这种测温方法需求做冷端补偿。以上两种方法都是根据温度的不同，而产

42、生微弱的电压变化信号，经过信号放大、调理电路后送入A/D转换器，然后做相应的运算得出最后的温度值。但是这些方法的采用虽然传感器廉价，但是需求很多外围电路，总本钱并没有降低。而且所要丈量温度的位置往往离测试仪器比较远，所以温电阻和热电偶要经过比较长的导线投入到丈量点，在信号送入放大和调理电路之前能够曾经衰减了一定的程度，所以还需求进展调零校准。此外信号的放大和调理电路中噪声，干扰容易串入检测信号中，呵斥误差，这样不但提高了对模拟电路设计的要求，同时也降低了检测的可靠性。所以根据所要监测的温度范围-，在本设计中放弃上面的丈量方法，而是采用集成温度传感器AD。集成温度传感器AD是美国模拟器件公司消费

43、的集成两端感温电流源。AD是电流型温度传感器，经过对电流的丈量可得到所需求的温度值。. 温度传感器主要特性流过器件的电流(A)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数：Ir/T=，式中，Ir流过器件(AD)的电流，单位为A；T热力学温度，单位为K；AD的测温范围为-+；AD的电源电压范围为V，可以接受V正向电压和V反向电压，因此器件即使反接也不会被损坏；输出电阻为m；精度高，AD在-+范围内，非线性误差仅为.。. AD的任务原理AD温度感测器是一种曾经IC化的温度感测器，它会将温度转换为电流。其规格如下：温度每添加，它会添加A输出电流。可量测范围-至。供应电压范围+V至V。温度传感器AD的外

44、观图如图.所示： 图. 温度传感器AD的外观图Fig . Appearance of the temperature sensor ADAD的输出电流是以绝对温度零度(-)为基准，每添加，它会添加A输出电流，因此在室温时，其输出电流Io=(+)=A。Vo的值为Io乘上K，以室温而言，输出值为.V(KA)。量测Vo时，不可分出任何电流，否那么量测值会不准。. 电路设计AD的输出电流I=(+T)A(T为摄氏温度)，因此量测的电压V为(+T)A K=(.+T/)V。为了将电压量测出来又需使输出电流I不分流出来，他们运用电压跟随器其输出电压V等于输入电压V。由于普通电源供应较多零件之后，电源是带噪声的

45、，因此他们运用齐纳二极管作为稳压零件，再利用可变电阻分压，其输出电压V需调整至.V。接下来他们运用差动放大器其输出Vo为K/KV-V=T/，假设如今为摄氏，输出电压为.V，输出电压接A/D转换器，那么A/D转换输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系。AD温度传感器运用原理如图.。图. AD温度传感器运用原理图Fig . AD temperature sensor schematic.湿度传感器的选型.湿度传感器的选择湿度传感器是非密封性的，为维护丈量的准确度和稳定性，应尽量防止在酸性、碱性及含有机溶剂的气氛中运用。也防止在粉尘较大的环境中运用。为正确反映欲测空间的湿度，还应防止将传感器安放在离

46、墙壁太近或空气不流通的死角处。假设被测的房间太大，就应放置多个传感器。有的湿度传感器对供电电源要求比较高，否那么将影响丈量精度.或者传感器之间相互关扰，甚至无法任务。运用时应提供适宜的、符合精度要求的供电电源。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿资料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可丈量湿度。湿敏电阻的种类很多，例如硅湿敏电阻、陶瓷湿敏电阻等。湿敏电阻的优点是灵敏度高，主要缺陷是线性度和产品的互换性差。湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其丈量精度及长期稳定性。本设计中采用

47、相对湿度传感器HIH-。HIH-是美国Honey well公司消费的相对湿度传感器，该传感器采用热固聚酯电容式传感头，同时在内部集成了信号处置功能电路，因此该传感器可完成将相对湿度值变换成电容值，再将电容值转换成线性电压输出的义务，同时该传感器还具有精度高、呼应快、高稳定性、低温漂、抗化学腐蚀性能强及互换性好等优点。 图 . 湿度传感器HIH-外观图 Fig . Humidity Sensor Appearance of the HIH-. HIH主要特性热固性聚合物电容传感器，带集成信号处置电路；针可焊塑封；宽量程：%RH非凝结，宽任务温度范围 ；高精度：%RH，极好的线形输出；VDC恒压供

48、电，.-.VDC放大线形电压输出；低功耗设计 A驱动电流；激光修正互换性；快速呼应 秒 慢流动的空气中；稳定性好,低温飘,抗化学腐蚀性能。图. HIH-电压与湿度特性曲线Fig . the HIH- voltage curve with the humidity表. HIH-主要技术目的Table . the HIH- major technical indicators丈量范围/ (%RH)丈量精度/ (%RH)电源电压/ V电源电流A输出范围或输出方式任务温度范围/主要特点+/-.V.V-+线性电压输出线，性能最好，抗污染才干最强由输出电压与相对湿度关系曲线可得出如下结论：HIH-在供电电

49、压为V时，其耗费电流仅为A，故HIH-湿度传感器对电源没有功率方面的要求，为低功耗产品的设计提供更好的处理方案。HIH-输出电压为：Vo=Vi.RH+. 公式即输出电压Vo不仅正比于温度丈量值，且与电源电压值Vi有关，假设Vi固定为V，那么其值仅由相对温度值决议。HIH-丈量的湿度值还与环境温度有关，故应进展温度补偿，补偿公式为：RH=RH/(.-.T) 公式式中：T为环境摄氏温度值。利用HIH-的线性电压输出可直接输入到控制器或其他安装。普通仅需取出A电流，HIH-系列测湿传感器就能理想地用于低引出、电池供电系统。HIH-系列测湿传感器作为一个低本钱、可软焊的单个直插式组建SIP提供仪表丈量

50、质量的相对湿度RH传感性能。RH传感器可用在二引线间有间距的配量中，它是一个热固塑料型电容传感元件，其芯片内具有信号处置功能。传感元件的多层构造对运用环境的不利要素，诸如潮湿、灰尘、污垢、油类和环境中常见的化学品具有最正确的抗力。 图.单片机与HIH-接口Fig .MCU and the HIH- interface. 光电器件的种类与选择.光电器件的选择光电式传感器的物理根底是光电效应，即半导体资料的许多电学特性都因遭到光的照射而发生变化。光电效应通常分为两大类，即外光电效应和内光电效应。在光照度丈量中，常用的光电器件是光电池和光敏二级管。光电池作为光电器件需求坚持温度恒定，以保证丈量精度。

51、光敏二极管的温度变化对暗电流影响很大，对光电流影响很小，较适宜于光照度的丈量。经过对两者的构造与任务原理及四个特性的比较可知，光电池的漏电流、结电容较大，并联电阻较小。用光电池探测辐射时，有噪声大、动态范围和线性区小、呼应慢等缺陷。同时，光电池的疲劳景象直接影响其呼应度的稳定性。另外，这两种器件的光谱特性也不同，光敏二极管的光谱特性与光谱光视效率更接近。硅光敏二极管在光照特性上、温度特性上、频率特性上等，都更适宜于智能温室控制光照度传感器的丈量。从光谱特性上可以看出，硅光敏二极管的光谱呼应范围是nmlnm，可满足设计要求的波谱范围nmnm。选择硅光敏二极管作为光照度传感器的光电转换元件。根据任

52、务环境、丈量精度、线性度、互换性、灵敏度、相应速度、稳定性、功耗、体积大小以及易于与MCU接口等，本监测仪选用集成光照度传感器TSL。.光照度采集电路的组成与原理.关于光照度的阐明根据国际照明委员会制定的规范，光通量与光谱辐射能通量有如下关系: 式中，单位为W/mm; 单位为Im; 是(Im/W); 为光谱光视效率。所谓照度，是每单位面积中入射的光通量，照度单位采用lm/mm，但这种单位跟光发射强度(从单位面积发射的光量)的单位一样。为了防止混淆，普通以Ix作单位。.采集电路的组成与原理与温度、湿度采集电路组成相比，光照采集电路的组成较为复杂。其测光原理是利用光敏器件的光电转换原理设计的。其光

53、谱灵敏度的特性在可见光区与非常接近，而对紫外光和红外光那么无呼应。设计的光照度采集电路的组成如图.所示:图 . 光照度丈量电路构造Fig. Structure of illumination measure circuit滤光片的前面加一块乳白色玻璃片，为的是使滤光片接纳的是漫射光，这样光敏二极管的呼应就与入射光的方向无关了，这就是余弦修正。.气体传感器的选择气体传感器种类繁多。按所用气敏资料及其特性不同，可分为光学式、热学式，质量式，电化学式等，其中电化学式气体传感器根据其原理可分为:电位型，电导型，电流型。电流型传感器以其既能满足普通检测所需求的灵敏度和准确性，又有体积小，操作简单，携带方

54、便，可用于现场监测且价钱低廉等优点，在目前己有的各类气体检测方法中占有重要的位置。该类传感器可检测气体浓度范围之宽(由ppb级直至百分浓度)，运用范围之广是任何一种气体传感器所难以比较的。电流型气体传感器有许多种，用于检测不同气体，其主要运用领域有:平安检测，环境监测，以及其它特殊用途。本课题中，气体传感器用于室内空气中有毒有害气体氨气、苯、甲醛的检测。气体传感器是将空气中氨气、苯、甲醛气体的浓度转化为相应电信号的元件。传感器产生的电信号在传送、放大过程中常受各种恶劣环境和各种干扰的影响，特别是固定式仪器的传感器，长期延续运转，又有防爆和供电容量的限制，因此对气体传感器的要求非常严厉。可见，传

55、感器是气体检测报警仪的根底和中心的部件，它的优劣决议了有害气体检测报警仪的质量和功能目的。普通调查传感器有以下几个工程:检测范围和分辨率;检测精度和反复性:稳定性和零点漂移;反响速度;选择性和抗干扰才干;抗中毒才干和寿命;抗环境(温湿度)影响才干;平安性，防爆性能;互换性和检修方便;体积小，分量轻、电流小、节电性好。在实践的测试中，由于本课题中不涉计到高温、易燃性气体的丈量，所以选用热线型半导体气敏传感器MR。.机舱通风系统的选型 机舱通风量确实定方法 按换气次数计算 通风量 式中 n换气次数，可根据有无集控室在换气次数每小时 次范围内选取； V机舱容积m。按设备散热量计算式中 m主机任务场所

56、余热计算因数； q主机每单位功率每小时散热量，kJ/ kwh； N主机功率kw； t任务场所与舱外空气的温度差，可取。 对于低速柴油机 q= kJ/ kwh；m.； 对于高速柴油机 q= kJ/kwh；m.； 对于汽轮机 q= kJ/ kwh；m.。 m锅炉任务场所余热因数，锅炉与任务地域有隔屏时m.，无隔屏时m。 q锅炉受热面散热量，火管锅炉q kJ/hm，水管锅炉q kJ/hm。 F锅炉受热面积m。t任务场所与舱外空气的温度差，可取。按熄灭所需的空气量计算 柴油机熄灭所需的空气量 式中 Gf延续最大功率时的燃料耗费率kg/kwh； v每公斤燃料完全熄灭时所需的空气量 约 m/kg； m过量

57、空气系数，对于大型低速二冲程柴油机m.，对于中速四冲程柴油机m.； N柴油机延续最大功率kw。 锅炉所需的空气量式中 m过量空气系数m.； v每公斤燃料完全熄灭时所需的空气量时约. m/kg； 余量系数， .； Gf燃料耗费量kg/h； 所需通风总量 QQQ m/h。 按主机功率估算 对于具有结合机、炉舱的船舶，通风量约 . m/kwh。 系统的布置 根据机舱通风量做出系统的布置。先确定风机的台数，每台风机的风管独立布置、自成体系，分别向不同的部位供风。通风管系的布置类型主要有以主管为主、或以支管为主、以及主支管结合的环管通风 种类型管系，其中第一种类型采用的最多。管系的布置：采用重点部分通风

58、，新颖空气送至主要的任务场所以及一些高温处所。吹风应防止直接吹到机身，以免产生热应力和其他一些不良影响。 风管尺寸确实定和风管阻力的计算 确定风速首先确定主管中的风速，引荐风速 m/s；然后依次确定其后各段主管和各分管中的风速。普通风量每降低，风速约降低. m/s。确定管径 根据每段管中的风量和风速查表得所需风管的当量直径，假设采用圆管，此当量直径就是管径；假设采用矩形管，再查表求得矩形的每边长。 阻力计算 进展通风管道的计算时必需确定压力损失。压力损失包括部分阻力损失和摩擦阻力损失，由于船舶通风管道短而且曲折多，所以部分阻力损失比较大，部分阻力损失为 式中 x 部分阻力系数。 部分阻力系数可

59、以查表求出。摩擦阻力损失可以根据风管的外形并根据风量和直径从图中查出单位长度的摩擦阻力再计算。 风机选型 风压和风量确定之后，根据通风机的性能就可以选用适当的风机。通风机的任务点应为管道性能曲线与通风机性能曲线的交点。通风管中总的压力损失即摩擦阻力和部分阻力之和也就是风机需求的全风压由于出口动压曾经包括在出口部分阻力之内，风机的压头应留有的余量以补偿被忽略了的阻力损失，以及应付非设计工况。管网系统的阻力取决于流经系统的气体的密度，假设实践气体的阻力大于设计阻力，会导致风机达不到设计流量见图.；假设设计阻力大于实践阻力会导致风机排量大于设计值，所需的功率增大，效率下降。风机的配置功率规范情况空气

60、条件下：规范大气压，相对湿度为 图. 性能曲线及设计流量Fig . Performance curves and design flow式中 K电动机容量平安系数； Q风量，m/h； H风机全压，Pa； 传动机械效率； 全压效率； 根据风量、风压和功率即可选用通风机型号。电动机的选择 风机电动机选择原那么：电动机任务时，其发热应接近其答应温升，但不得超越。电动机必需具有一定的过载才干，以保证在短时过载的情况下能正常运转。电动机应具有被拖动对象所需求的起动转矩，只能大不能小。在选择电机的功率时，应有适当的备用功率。电动机的负载率普通为，过大的备用功率会使电动机的运转效率降低，并且提高了投资费用。