自动检测与转换技术论文

湖南科技大学潇湘学院

《检测与转换技术》课程设计任务书

系电气工程

专业电气工程及其自动化

班级一班

学号1254010103

姓名余波军

指导教师沈红远

一.环境监测目的

环境监测的目的是准确、及时、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为环境管理、污染源控制、环境规划等提供科学依据。具体可归纳为:

（1）根据环境质量标准，评价环境质量。

（2）根据污染分布情况，追踪寻找污染源，为实现监督管理、控制污染提供依据。

（3）收集本底数据，积累长期监测资料，为研究环境容量、实施总量控制、目标管理、预测预报环境质量提供数据。

（4）为保护人类健康、保护环境、合理使用自然资源、制订环境法规、标准、规划等服务。

（一）按监测目的分类

1、监视性监测（又称为例行监测或常规监测）

对指定的有关项目进行定期的、长时间的监测，以确定环境质量及污染源状况、评价控制措施的效果，衡量环境标准实施情况和环境保护工作的进展。这是监测工作中量最大面最广的工作。

监视性监测包括对污染源的监督监测（污染物浓度、排放总量、污染趋势等）和环境质量监测（所在地区的空气、水质、噪声、固体废物等监督监测）。

2、特定目的监测（又称为特例监测或应急监测）

根据特定的目的可分为以下四种：

（1）污染事故监测：在发生污染事故时进行应急监测，以确定污染物扩散方向、速度和危及范围，为控制污染提供依据。这类监测常采用流动监测（车、船等）、简易监测、低空航测、遥感等手段。

（2）仲裁监测：主要针对污染事故纠纷、环境法执行过程中所产生的矛盾进行监测。仲裁监测应由国家指定的具有权威的部门进行，以提供具有法律责任的数据（公证数据），供执法部门、司法部门仲裁。

（3）考核验证监测：包括人员考核、方法验证和污染治理项目竣工时的验收监测。

（4）咨询服务监测：为政府部门、科研机构、生产单位所提供的服务性监测。例如建设新企业应进行环境影响评价，需要按评价要求进行监测。

3、研究性监测（又称科研监测）

研究性监测是针对特定目的科学研究而进行的高层次的监测。例如环境本底的监测及研究；有毒有害物质对从业人员的影响研究；为监测工作本身服务的科研工作的监测，如统一方法、标准分析方法的研究、标准物质的研制等。这类研究往往要求多学科合作进行。

（二）按监测介质对象分类

可分为水质监测、空气监测、土壤监测、固体废物监测、生物监测、噪声和振动监测、电磁辐射监测、放射性监测、热监测、光监测、卫生（病源体、病毒、寄生虫等）监测等。文章由华晨仪器整理。

二.系统工作原理

本次设计的目的是设计一种基于单片机控制的环境监测系统。本系统属于多功能系统，可以设定温湿度和有害气体浓度的报警上下限，当温度不在设置范围内时，则报警提示；当有害气体浓度超过设定值时，则报警提示。该设计控制器使用单片机。本监测系统由温湿度传感器电路、单片机系统、温湿度显示电路、有害气体浓度监测的A/D转换电路、键盘、报警电路构成。其基本工作原理：温湿度传感器内部的温度敏感元件和湿度敏感元件分别将温度和湿度转换成电信号，该信号首先进入内部的微弱的信号放大器进行放大，然后进入一个14位的内部A/D转换器，最后经过二线串行数字接口输出数字信号传给单片机系统，单片机系统根据显示需要对数字信号进行处理，再送入液晶显示系统，温湿度值便在液晶屏上显示出来了。同理，有害气体浓度检测电路接收到电信号，经过A/D转换器将其转换成数字信号传给单片机系统，由单片机系统判断是否超过设定值，超过则报警。总体设计方案框图如下图所示：

系统工作原理图

2.1A/D转换器的选择

在工业控制和智能化仪表中，常用单片机进行实时控制及实时数据处理。单片机加工的信息都是数字量，而被控制或测量对象的有关参量往往是连续变化的模拟量，如温度、压力、流量等，通过传感器将这些信号转成模拟信号。单片机要处理这种信号，首先必须将模拟量转换成数字量，这一转换过程就是模/数转换，现实的模/数转换的设备称为A/D转换器或ADC。

A/D转换电路种类很多，目前在实用、教学方面使用较多的两种A/D转换器是ADC0809和TLC1543。在选择A/D转换器时，主要考虑以下的一些技术指标：转换时间和转换频率、量化误差与分辨率、转换精度、接口形式等。目前，较为流行的A/D转换器很多都采用了串行接口，这使得这类芯片与单片机的硬件连接非常简单。出于成本考虑，本次的设计采用串行接口的TLC1543而非并行接口的ADC0809。下面将简单介绍一下TLC1543。下图是TLC1543的引脚示意图。

TLC1543芯片模型

TLC1543是由TI公司开发的开关电容式A/D转换器，该芯片具有如下特点：10位精度、11通道、三种内建的自测模式、提供EOC（转换完成）信号等。该芯片与单片机的接口采用串行接口方式，引线很少，与单片机连接简单。其中AIN0~AIN10是11路输入，REF+和REF-分别是参考电源的正负引脚，使用时一般将REF-接到系统的地，达到一点接地的要求，以减少干扰。其余引脚是TLC1543与CPU的接口，其中CS为片选端，如不需片选，可直接接地。CLK 是芯片的时钟端，ADDR是地址选择端，SDO是数据输出端，这三根引脚分别接到CPU的三个I/O端即可。EOC用于指示一次A/D转换已完成，CPU可以读取数据，该引脚是低电平有效，根据需要，该引脚可接入CPU的中断引脚，一旦数据转换完成，向CPU提出中断请求。此外，也可以将该引脚接入一个普通

的I/O引脚，CPU通过查询该引脚的状态来了解当前的状态，甚至该引脚也可以不接，在CPU向TLC1543发出转换命令后，过一段固定的时间去读取数据即可。

2.2显示方式选择

LED是发光二极管Light Emitting Diode的英文缩写。LED应用可分为两大类：一是LED单管应用，包括背光源LED，红外线LED等；另外就是LED显示屏，目前，中国在LED基础材料制造方面与国际还存在着一定的差距，但就LED显示屏而言，我国的设计和生产技术水平基本与国际同步。LED显示屏是由发光二极管排列组成的一种显示器件。发光二极管是由半导体发光材料做成的PN结，只要在发光二极管两端通过正向电流5-20mA就能达到正常发光，发光颜色通常有红、绿、黄、白等颜色。单个发光二极管通常是通过亮、灭来指示系统运行状态和用快速闪烁来报警。它采用低电压扫描驱动，具有：耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远等特点。