第六章自动检测技术应用举例.

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四、键盘、显示与打印



为了节省I/O口，本测量仪采用3×4的矩阵式键盘，它由 行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。采用函数 char key(chart)实现对键盘的查询与结果的返回。 显示采用液晶图形显示器，它具有低压、微功耗、寿命长、 无辐射等特点，是目前流行的显示方法。本测量仪选用香 港精电公司的MGLS19264，液晶显示驱动控制套件为 HD61203U、HD61202U。 打印机采用荣达MP系列微型打印机，它具有串行/并行打 印接口，并口采用26线针型扁平电缆插座，与标准并行口 Centyonics兼容，可直接由单片机控制。
1.入口安全保护
电梯门有层门和轿门之分，层门设在每层的入口处，在层门旁有指示 往上、往下的按钮，轿门设在轿厢靠近层门的一侧，供乘客或货物进 出。开门电动机通过带轮和曲柄摇杆机构推动左右两扇轿门完成开门 行程。当电梯在预定的楼层平层停靠时，轿门通过门刀、门锁等装置 带动层门运动，从而实现轿门和层门的同步开关。层门和轿门的开启 和关闭是同步进行的，为保证乘客或货物的安全，在电梯门的入口处 都带有安全保护装置。
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(1)光电式保护装置 光电式保护装置是在轿门边上安装两道水平光电装 置，选用对射式红外光电并关，对整个开门宽度进行检侧，如图6-10所 示．在轿门关闭的过程只要遮断任一道光路，门都会重新开启，待乘客 进人或离开轿厢后才继续完成关闭动作。
图6-10 光电式保护装置
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(2)防夹条
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图6-9 给排水系统监控原理框图
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三、火灾监视与控制系统

火情、火灾报警传感器主要有感烟传感器、感温传感器以及此外线火焰传感 器。从物理作用上区分，可分为离子型、光电型；从信号方式区分，可分为 开关型，模拟型及智能型。在重点区域必须设置多种传感器，同时对现场火
情加以监测，以防误报警，还应及时将现场数据经控制网络向控制系统汇总。
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第三节 检测技术在全自动洗衣机中的应用


全自动洗衣机单片机控制系统逻辑机构 模糊全自动洗衣机的模糊推理 洗衣机物理量检测 控制软件
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一、全自动洗衣机单片机控制系统逻辑机构

单片机MC6805R3对洗衣机的控制系统逻辑结构如图6-12所示。这个系统中包 括电源电路、洗衣机状态检测电路、显示电路和输出控制电路。
图6-7 滤波器频率响应图
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第二节 检测技术在智能楼宇中的应用


空调系统的监控 给排水系统 火灾监视与控制系统 门禁与防盗系统 电梯的运行管理
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智能楼宇包括5大主要特征：楼宇自动化（BA）、防火自动化（FA）、
通信自动化（CA）、办公自动化（OA）、信息管理自动化（MA）。 上述5A特征通过布线综合化来实现。综合布线系统犹如智能楼宇内的一 条高速公路，人们可以在土建阶段，将连接5A的线缆综合布线到建筑物 内，然后可根据用户的需要及时代的发展，安装或增设其他系统。
图6-4 信号电路框图
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三、 单片机及其扩展

单片机内部虽然设置了一定容量的存储器和若干并行I/O 口，但这远远满足不了实际需要。系统中采用74HC573作 为锁存器，GAL16V8提供片选信号，扩展了程序存储器 27512、外部数据存储器62256、I/O口8155、时钟芯片 DS12887、模数转换器AD574及与其相联的八选一模拟开 关CD4051，扩展电路如图6-5所示。
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滤波器频率响应如图6-7所示。尽管测量头的测量精度很高，但是，测 量头并不是线性的，它存在着一定的非线性，如果近似认为其为线性关 系，那么在高精度测量中将会带来非常大的误差。所以我们先在标准仪 器上按较小步长记录下AD转换器的结果，并列成表格。实践表明采用拟 合的方法不能取得较好效果。所以采用查表插值的方法。
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五、数字低通滤波与插值
由于系统在使用过程中将会受到各种干扰，且在A/D转换中存在量化误 差，故需将A/D转换结果进行低通滤波处理。低通滤波采用FIR系统比较 简单，易于实现线性相位，即输出只对输入有一段延时，不使信号发生 畸变。理想的低通滤波器如图6-6所示。

图6-6 理想低通滤波器


测量仪的组成 传感器及其信号处理电路 单片机及其扩展 键盘、显示与打印 数字低通滤波与插值
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一、测量仪的组成

测量仪由电源、单片机控制板、放大板、液晶显示器、
嵌入式微型打印机和键盘等组成。结构图如图6-1所示。
图6-1 测量仪结构图
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二、传感器及其信号处理电路


电感式传感器的任务是将被测部件几何尺寸的微小变换为 电感L的变化。信号处理电路的作用是实现测量信号的变 换、放大。 轴向式传感器的基本结构如图6-2所示，电感线圈呈管状， 连接测杆的磁心置于线圈的中部。
图6-2 轴向式电感传感器
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当测杆接触被测部件时，部件位置的变化使磁芯在线圈内发
生微小位移，此位移引起线圈电感量的变化。电感量变化的 表达式为：
u0 2 L0 t 2 L u 1 r t r h2 h R 2 1 1 t0 t0 r u r 1

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一、空调系统的监控

空调系统监控的目的是：既要提供温湿度适宜的环境，又要节约能源。 其监控范围为制冷机、热力站、空气处理设备、送排风系统、变风量末 端等，其原理框图如图6-8所示。现代空调系统均具有完整的制冷、制 热、通风功能，它们都在传感器和计算机的监控下工作。
图9-2 虚拟电子秤系统构成
图6-3 转换电路原理图
电桥的两臂 Z 和 Z 为电感传感器中两个线圈的阻抗（线圈电感L与电 阻r的等效阻抗），另外两臂为电源变压器次级线圈的两半绕组（每半 绕组的电势为u）。输出电压 u sc为：
1 2
usc
Z1 Z 2 u Z1 Z 2
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当电感传感器的铁芯处于中间位置时，两线圈的阻抗相等，即, Z1 Z 2
第6章 自动检测技术应用举例



第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
电感式微位移测量仪 检测技术在智能楼宇中的应用 检测技术在全自动洗衣机中的应用 检测技术在环境检测中的应用 检测技术在数控机床中的应用 布匹长度自动记录与控制仪
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第一节 电感式微位移测量仪

图6-12 控制系统逻辑结构图
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1．电源电路

电源电路由变压器TF、桥式整流器、滤波电容和集成稳压电路7805组成。 电源电路中还有二极管D1，，它用于隔离滤波电容与桥式整流电路，使 之进行过零检测。7805输出的士5V电压和交流电源的一端相接，以组成
双向晶闸管的直接触发电路。
轿门和层门立即微开一段距离，待报警消除后再重新关闭。
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2．选层控制

乘客进入轿厢后，就要在控制面板上键入所要到达楼层的数字，控制 电梯的电脑必须知道电梯所在的位置，才能正确指层，选择减速点， 正确平层。目前不少电梯采光电脉冲编码器来实现测距，如图6-11所 示。
图6-11 安装在曳引电动机上的光电编码器
sc
则，
＝0，电桥处于平衡状态，无输出电压。当测杆上升时，上线圈阻抗增加， u
即
Z,1下线圈阻抗减少，即 Z Z
，则有： Z2 wk.baidu.com Z Z
Z u sc u Z

当测杆下降同样位移时，上述变化相反，有：
Z u sc u Z
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由测量电桥输出的测量信号是一个交流电压信号，此信号经过交流放 大器放大后，其幅度与传感器测杆的位移成正比，但无法判断测杆是 上升还是下降，也就是无法知道被测尺寸具有正偏差还是负偏差。为 了判断信号的相位（方向），在交放之后、直放之前加一级相敏检波 器输出的直流缓变信号，再经一级直流放大，得到A/D转换器所需的直 流电压。其原理框图如图6-4所示。
获得火情后，系统就会采取必要的措施，经通信网络向有关职能部门报告火 情，并对楼宇内的防火卷帘门、电梯、灭火器、喷水头、消防水泵、电动门 等联动设备下达起动或关闭命令，以使火灾得到及时控制，还应起动公共广 播系统，引导人员疏散。
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四、门禁与防盗系统

出入口控制系统又叫门禁管理系统，是对楼宇内外的出入通道进行智能 管理的系统，门禁系统属公共管理系统范畴。在楼宇内的主要管理区、 出入口、电梯厅、主要设备控制中心机房、贵重物品的库房等重要部位 的通道口，安装门禁控制装置，由中心控制室监控。 各门禁控制单元一般由门禁读卡模块、智能卡读卡器、指纹识别器、电 控锁或电动闸门、开门按钮等系统部件组成。人员通过受控制的门或通 道时，必须在门禁读卡器前出示代表其合法身分的授权卡、密码后才能 通行。 楼宇中应设置紧急按钮或脚动开关报警装置。当出现紧急情况，如当发 生强行开门、非善意闯入、突发急病、遭遇持械匪徒威胁时，可实现紧 急报警。当发生火警时，系统自动取消全部的门禁控制，并打开紧急疏 散通道门。
2.洗衣机状态检测电路
状态检测电路一共有7个。它们分别是内桶平衡检测电路、过零检测电 路、电源电压检测电路、温度检测电路、水位检测电路和浑浊度检测电 路。 (1)内桶平衡电路 由平衡开关K和电阻R35组成，它用于检测内桶运行 时的状态是否平衡稳定。 (2)衣质、衣量检测电路 由电动机，二极管D3, D4.电阻R21.光敏三 极管Tr5,电阻Rl9和反相器7404组成，其中D4是发光二极管，它和Tr组 成光电藕合管，用于隔离交直流信号以及产生衣质和衣量信号。


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五、电梯的运行管理
电梯是智能楼宇的重要设备。电梯的使用对象是人，因此必须确保万无一 失。在电梯运行管理中，传感器起到十分重要的作用，下面简要介绍传 感器在电梯中的应用。 电梯是机械、电气紧密结合的产品，有垂直升降式和自动扶梯两大类。 在电梯中，有很多检测装置用于电梯控制，如电梯的平层控制、选层控 制、门系统控制等。下面就传感器在电梯门入口处的安全保护和选层控 制作简单介绍。
式中： h , R , r , u0 均为与线圈和磁芯几何、物理参数 有关的常数； t 为磁芯在线圈内初始伸入深度； L0 为初始 电感量。由此可见，线圈电感量的变化 L 正比于测杆位移
0
量的变化量
t
，也就正比于被测部件位置的变化量。
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为了对传感器给出的电感信号进行放大、处理和显示，需将电感量 的变化 L转换为电压信号。该测量仪采用交流测量电桥完成这一 任务，其原理如图6-3所示。
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(3)过零检测电路 由电阻R1， R2.晶体管Tr1和反相器7404组成。当桥 式整流器产生全波整流信号输出时，马上通过R1送到晶体管Tr1的基极， 当整流信号为正时，Tr1导通，整流信号为0时，Tr1截止；Tr1输出的信号 再由7404反相之后送到单片机MC6805R3的INT端。很明显，只要电源过零 就会产生中断请求信号。 （4）电源电压检测电路 由整流二极管D2、滤波电容C5和调整电位器W1组 成。由于D2只是进行半波整流，所以当电源下降时，电位器W1的抽头也会 较灵敏地反映出电源下降的情况。电源电压的变化情况由MC6805R3的AN0 端进行检测。 （5）水位检测电路 由电位器W3和相应的机械部件组成，当水位变化时会 使W3的中心抽头产生位移。故送入到MCh805R3的AN2端的信号大小也产生 变化。 （6）浑浊度检测器电路 由红外发光管D3、红外接收管Tr3和有关电阻组 成。被检测的水从D3和Tr3之间流过，由于不同浑浊度的水从中流过，使 红外信号的强弱变化不同，故送到MC6805RC的AN3端的信号大小反映了衣 物的肮脏程度。
当发生乘客的手或脚还未完全进入轿厢，光电、超声传
感器未起作用时，手或脚就有被轿门夹住的危险，这时必须立即重新打 开轿门。在两扇轿门的边沿，各安装了一根防夹条。防夹条内部是有两 根距离很近帅金属条，其长度与轿门相等，外面用柔软的橡胶包裹。
当乘客被夹时，两根金属条发生短路，向电梯的控制系统发出报警信号，
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二、给排水系统

给排水系统的监控和管理也是由现场监控站和管理中心来实现，其最 终目的是实现管网的合理调度。也就是说，无论用户水量怎样变化， 管网中各个水泵都能及时改变其运行方式，保持适当的水压，实现泵 房的最佳运行；监控系统还随时监视大楼的排水系统，并自动排水； 当系统出现异常情况或需要维护时，系统将产生报警信号，通知管理 人员处理。给排水系统的监控主要包括水泵的自动启停控制、水位流 量、压力的测量与调节；用水量和排水量的测量；污水处理设备运转 的监视、控制、水质检测；节水程序控制；故障及异常状况的记录等， 给排水系统监控的原理如图6-9所示。现场监控站内的控制器按预先编 制的软件程序来满足自动控制的要求，即根据水箱和水池的高、低水 位信号来控制水泵的启、停及进水控制阀的开关，并且进行溢水和停 水的预警等。当水泵出现故障时，备用水泵自动投入工作，同时发出 报警信号。