牛奶雜質(zhì)濃度測(cè)試儀的硬件設(shè)計(jì)

牛奶雜質(zhì)濃度測(cè)試儀的硬件設(shè)計(jì),牛奶,雜質(zhì),濃度,測(cè)試儀,硬件,設(shè)計(jì) 南京工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 題目： 牛奶雜質(zhì)濃度測(cè)試儀硬件設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 班 級(jí)： 測(cè)控031 學(xué) 號(hào)： 203030612 學(xué)生姓名： 顧旭東 指導(dǎo)教師： 潘松奇 工程師 起迄日期： 2007.3.1～2007.6.15 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告 學(xué)生姓名 顧旭東 學(xué) 號(hào) 203030612 專 業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器 指導(dǎo)教師 潘松奇 職 稱 工程師 所在院系 自動(dòng)化學(xué)院 課題來源 自擬課題 課題性質(zhì) 工程技術(shù)研究 課題名稱 牛奶雜質(zhì)濃度測(cè)試儀硬件設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和意義? 采用傳感器將溫度值轉(zhuǎn)變成石英晶體震蕩頻率值，再通過89C51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)溫度值的記錄、修正和顯示，進(jìn)行牛奶冰點(diǎn)溫度采樣來檢驗(yàn)液體雜質(zhì)濃度是否超標(biāo)的研究。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容： 1、熟悉課題，查詢收集資料，熟悉單片機(jī)，數(shù)字邏輯，Protel等相關(guān)知識(shí)； 2、硬件電路設(shè)計(jì)：主要包括補(bǔ)償電路、采樣電路、數(shù)據(jù)選擇電路、硬件與顯示電路等； 3、電路仿真與調(diào)試； 4、用Protel99軟件畫出原理圖和PCB文件； 5、編寫設(shè)計(jì)說明書、完成答辯。 本課題研究的意義： 本課題對(duì)牛奶雜質(zhì)濃度測(cè)試儀的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，其研究意義如下： 1、可以利用牛奶雜質(zhì)濃度測(cè)試儀準(zhǔn)確地檢測(cè)出牛奶中摻水的情況。另外也可用于噴氣燃料油冰點(diǎn)和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液冰點(diǎn)的測(cè)定，來對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定； 2、畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)四年對(duì)我們所學(xué)知識(shí)的一次應(yīng)用和總結(jié)，是一次難得的鍛煉學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，為我們踏上社會(huì)，踏上工作崗位做好準(zhǔn)備。另外，設(shè)計(jì)中也能反映出我們的錯(cuò)誤和不足，通過不斷的改正來充實(shí)自我。 文 獻(xiàn) 綜 述 針對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我查找和收集了些相關(guān)文獻(xiàn)，這些文獻(xiàn)在我的設(shè)計(jì)過程中給我提供了很大的幫助。 設(shè)計(jì)剛開始，首先就是先徹底地熟悉單片機(jī)，在文獻(xiàn)中我選用了文獻(xiàn)4和文獻(xiàn)5作為我學(xué)習(xí)和熟悉單片機(jī)的資料。單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器。單片機(jī)具有集成度高，功能強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單，易于掌握，應(yīng)用靈活，可靠性高，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制、機(jī)電一體化、通訊終端、智能儀表家用電器等諸多領(lǐng)域中，已成為傳統(tǒng)急電設(shè)備升級(jí)為智能化機(jī)電設(shè)備的重要手段。文獻(xiàn)4全面系統(tǒng)地講述了MCS-51系列單片機(jī)的發(fā)展概況和基本結(jié)構(gòu)、工作原理、基本系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、匯編語言程序設(shè)計(jì)、并行擴(kuò)展和串行擴(kuò)張方法、人機(jī)接口，以及單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用等方面內(nèi)容，重點(diǎn)查閱了單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1的結(jié)構(gòu)和工作原理，工作于定時(shí)方式和計(jì)數(shù)方式下的情況。了解了定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1的初始化，通過對(duì)TH0、TL0和TH1、TL1的初始化編程來設(shè)置T0、T1計(jì)數(shù)器初值，通過對(duì)TCON和TMOD的編程來選擇T0、T1的工作方式和控制T0、T1的運(yùn)行；文獻(xiàn)5主要介紹利用MCS-51單片機(jī)設(shè)計(jì)和開發(fā)，針對(duì)大多數(shù)場(chǎng)合，討論單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過程，并介紹單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的例子。 在查閱資料和熟悉單片機(jī)后，構(gòu)思出此次硬件設(shè)計(jì)的基本框圖，然后需要選取相關(guān)的元器件，首先先查閱了文獻(xiàn)1，對(duì)大部分的元器件有一定的了解，文獻(xiàn)1 講述了電子電路常用的元器件，并列出了各個(gè)元器件的型號(hào)，性能和應(yīng)用場(chǎng)合，結(jié)合文獻(xiàn)2和文獻(xiàn)3，幫助我選取相關(guān)元件。文獻(xiàn)2和文獻(xiàn)3通過對(duì)TTL集成電路門的分析，了解TTL門電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及外部特性。TTL門電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以把TTL與非門典型電路分解成三個(gè)組成部分：輸入級(jí)，中間級(jí)和輸出級(jí)。 此次牛奶雜質(zhì)濃度測(cè)試儀硬件設(shè)計(jì)采用了74LS161A，74LS244，74LS164等元器件。參閱文獻(xiàn)1和2，了解了74LS161、74HC244等芯片的引腳排列、集成電路功能表、引出端符號(hào)表。還知道了包括三態(tài)門74LS161的功能和應(yīng)用，同時(shí)也介紹了如何通過2片74LS161異步級(jí)聯(lián)形成8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 此次牛奶雜質(zhì)濃度測(cè)試儀硬件設(shè)計(jì)采用的是LC切割型石英溫度變送器。石英晶體傳感器以高分辨力、高準(zhǔn)確度、熱響應(yīng)時(shí)間小、頻率輸出、便于遠(yuǎn)傳、便于測(cè)量等特點(diǎn)著稱，主要用于高準(zhǔn)確度、高分辨力的溫度測(cè)量和作為量值傳遞的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)中。文獻(xiàn)7講述了石英晶體傳感器本質(zhì)上是一種特殊的晶體震蕩器，所以它典型的測(cè)量電路就是晶體震蕩電路石英晶體的固有振蕩頻率是隨著溫度的變化而變化，當(dāng)切割角度不同時(shí)，溫度系數(shù)也有明顯不同。用于溫度測(cè)量控制領(lǐng)域做溫度傳感器的石英晶體應(yīng)選擇溫度系數(shù)較大，頻率對(duì)溫度很敏感的切割方向。因此我們要選用到的石英晶體是LC方式切割的。 設(shè)計(jì)所用的石英晶體溫度變送器，其相關(guān)參數(shù)如下：變送器所處環(huán)境溫度在25攝氏度時(shí)，輸出信號(hào)頻率為16.8MHz。同時(shí)，溫度每變化1攝氏度，頻率相應(yīng)升高或降低1KHz。 文獻(xiàn)6講述了LED七段數(shù)碼顯示器接口基本結(jié)構(gòu)和工作原理。具體的LED驅(qū)動(dòng)方式，包括靜態(tài)驅(qū)動(dòng)和動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。此次牛奶雜質(zhì)濃度測(cè)試儀硬件設(shè)計(jì)根據(jù)牛奶雜質(zhì)濃度測(cè)試儀溫度測(cè)試所需要的顯示精度，顯示電路采用了五個(gè)動(dòng)態(tài)共陰極八段數(shù)碼管顯示。動(dòng)態(tài)顯示的原理是單片機(jī)依次發(fā)出段選控制字和對(duì)應(yīng)哪一位LED顯示器的位選控制信號(hào)，顯示器逐個(gè)循環(huán)點(diǎn)亮，適當(dāng)選擇掃描速度，利用人眼“留光”效應(yīng)，使得看上去像幾位顯示器同時(shí)在顯示一樣。 設(shè)計(jì)中的八段數(shù)碼管為共陰型，段碼采用同相驅(qū)動(dòng)，由移位寄存器輸出。位碼加反相驅(qū)動(dòng)器，輸入端高電平選中，由單片機(jī)端口直接驅(qū)動(dòng)。 文獻(xiàn)8主要介紹了Protel軟件的使用，利用軟件畫出電路原理圖，生成PCB文件。 參考文獻(xiàn)： 1. 電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊(cè).北京理工大學(xué)出版社.2001 2. 郭永貞主編，龔克西副主編.數(shù)字邏輯.東南大學(xué)出版.2003 3. 王益久譯.TTL集成電路電氣特性及應(yīng)用.2000 4. 趙德安等編著.單片機(jī)原理與應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版.2004 5. 張有得，楊勝球編.MCS-51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo).復(fù)旦大學(xué)出版社.2002 6. 朱欣華等編著.智能儀器原理與設(shè)計(jì).中國計(jì)量出版社.2005 7. 朱蘊(yùn)璞等編.傳感器原理及應(yīng)用.國防工業(yè)出版社.2002 8. 夏路易等.電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程.北京希望電子出版社.2002 9. 楊吉祥等編.電子測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ).東南大學(xué)出版社.2003 10. 張靖主編.檢測(cè)系統(tǒng)與系統(tǒng)設(shè)計(jì).中國電力出版社.2004 11. 孫傳友等編.測(cè)控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì).北京航空航天大學(xué)出版社.2002 研 究 內(nèi) 容 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容為牛奶雜質(zhì)濃度測(cè)試儀的硬件設(shè)計(jì)，液體降溫到一定程度轉(zhuǎn)化成固態(tài)時(shí)所保持的溫度稱為冰點(diǎn)，冰點(diǎn)溫度可持續(xù)20秒到1分鐘左右。利用這一特性，設(shè)計(jì)8位單片機(jī)為控制和數(shù)據(jù)處理核心，通過石英晶體傳感器的溫度變送器獲取牛奶的冰點(diǎn)溫度值，5位共陰極8段數(shù)碼管對(duì)獲取的溫度值進(jìn)行顯示。把顯示的溫度和正常牛奶的冰點(diǎn)溫度（通常為-0.54℃）進(jìn)行比較，超出標(biāo)準(zhǔn)范圍即說明牛奶雜質(zhì)濃度超標(biāo)。 在電路設(shè)計(jì)中，利用數(shù)據(jù)選擇電路讓采樣電路和補(bǔ)償電路分時(shí)工作，再經(jīng)過單片機(jī)處理后進(jìn)行對(duì)溫度的LED顯示。 研 究 計(jì) 劃 第一周 熟悉課題,查詢相關(guān)資料 第二周 熟悉AT89C51單片機(jī)，包括電路組成方法 第三周 熟悉AT89C51單片機(jī) 第四周 熟悉AT89C51單片機(jī) 第五周 電路設(shè)計(jì) 第六周 電路設(shè)計(jì) 第七周 電路設(shè)計(jì) 第八周 電路設(shè)計(jì) 第九周 電路設(shè)計(jì) 第十周 電路設(shè)計(jì) 第十一周 電路設(shè)計(jì) 第十二周 熟悉Protel99,畫PCB圖 第十三周 熟悉Protel99,畫PCB圖 第十四周 做畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第十五周 做畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第十六周 做畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，準(zhǔn)備答辯 特 色 與 創(chuàng) 新 本論文特色與創(chuàng)新如下： 本次牛奶濃度雜質(zhì)測(cè)試儀的硬件設(shè)計(jì)以單片機(jī)的控制和數(shù)據(jù)處理為核心，盡量減少硬件的用量，利用單片機(jī)內(nèi)部T0計(jì)數(shù)器減少了外部計(jì)數(shù)器的使用量；對(duì)于采樣時(shí)間的選擇沒有選用外部秒信號(hào)發(fā)生器，而是利用單片機(jī)內(nèi)部T1定時(shí)器來確定采樣時(shí)間，這樣在保證采樣精度滿足要求的前提下，可以使硬件電路得到簡化，縮小儀器的體積，實(shí)現(xiàn)便攜式快速測(cè)量。 指導(dǎo)教師 意 見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 教研室意見 主任簽名： 年 月 日 系部意見 教學(xué)主任簽名： 年 月 日