牛奶雜質(zhì)濃度測試儀的硬件設計,牛奶,雜質(zhì),濃度,測試儀,硬件,設計 南京工程學院 自動化學院 本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 題目： 牛奶雜質(zhì)濃度測試儀硬件設計 專 業(yè)： 測控技術與儀器 班 級： 測控031 學 號： 203030612 學生姓名： 顧旭東 指導教師： 潘松奇 工程師 起迄日期： 2007.3.1～2007.6.15 本科畢業(yè)設計(論文)開題報告 學生姓名 顧旭東 學 號 203030612 專 業(yè) 測控技術與儀器 指導教師 潘松奇 職 稱 工程師 所在院系 自動化學院 課題來源 自擬課題 課題性質(zhì) 工程技術研究 課題名稱 牛奶雜質(zhì)濃度測試儀硬件設計 畢業(yè)設計的內(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單片機來實現(xiàn)溫度值的記錄、修正和顯示，進行牛奶冰點溫度采樣來檢驗液體雜質(zhì)濃度是否超標的研究。 畢業(yè)設計的具體內(nèi)容： 1、熟悉課題，查詢收集資料，熟悉單片機，數(shù)字邏輯，Protel等相關知識； 2、硬件電路設計：主要包括補償電路、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、編寫設計說明書、完成答辯。 本課題研究的意義： 本課題對牛奶雜質(zhì)濃度測試儀的硬件進行設計，其研究意義如下： 1、可以利用牛奶雜質(zhì)濃度測試儀準確地檢測出牛奶中摻水的情況。另外也可用于噴氣燃料油冰點和發(fā)動機冷卻液冰點的測定，來對產(chǎn)品質(zhì)量進行評定； 2、畢業(yè)設計是大學四年對我們所學知識的一次應用和總結，是一次難得的鍛煉學習機會，為我們踏上社會，踏上工作崗位做好準備。另外，設計中也能反映出我們的錯誤和不足，通過不斷的改正來充實自我。 文 獻 綜 述 針對本次畢業(yè)設計，我查找和收集了些相關文獻，這些文獻在我的設計過程中給我提供了很大的幫助。 設計剛開始，首先就是先徹底地熟悉單片機，在文獻中我選用了文獻4和文獻5作為我學習和熟悉單片機的資料。單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式微控制器。單片機具有集成度高，功能強，結構簡單，易于掌握，應用靈活，可靠性高，價格低廉等優(yōu)點，廣泛應用在工業(yè)控制、機電一體化、通訊終端、智能儀表家用電器等諸多領域中，已成為傳統(tǒng)急電設備升級為智能化機電設備的重要手段。文獻4全面系統(tǒng)地講述了MCS-51系列單片機的發(fā)展概況和基本結構、工作原理、基本系統(tǒng)、指令系統(tǒng)、匯編語言程序設計、并行擴展和串行擴張方法、人機接口，以及單片機的開發(fā)應用等方面內(nèi)容，重點查閱了單片機定時器/計數(shù)器T0和T1的結構和工作原理，工作于定時方式和計數(shù)方式下的情況。了解了定時器/計數(shù)器T0和T1的初始化，通過對TH0、TL0和TH1、TL1的初始化編程來設置T0、T1計數(shù)器初值，通過對TCON和TMOD的編程來選擇T0、T1的工作方式和控制T0、T1的運行；文獻5主要介紹利用MCS-51單片機設計和開發(fā)，針對大多數(shù)場合，討論單片機應用系統(tǒng)的研制過程，并介紹單片機系統(tǒng)設計的例子。 在查閱資料和熟悉單片機后，構思出此次硬件設計的基本框圖，然后需要選取相關的元器件，首先先查閱了文獻1，對大部分的元器件有一定的了解，文獻1 講述了電子電路常用的元器件，并列出了各個元器件的型號，性能和應用場合，結合文獻2和文獻3，幫助我選取相關元件。文獻2和文獻3通過對TTL集成電路門的分析，了解TTL門電路的結構特點及外部特性。TTL門電路的結構特點可以把TTL與非門典型電路分解成三個組成部分：輸入級，中間級和輸出級。 此次牛奶雜質(zhì)濃度測試儀硬件設計采用了74LS161A，74LS244，74LS164等元器件。參閱文獻1和2，了解了74LS161、74HC244等芯片的引腳排列、集成電路功能表、引出端符號表。還知道了包括三態(tài)門74LS161的功能和應用，同時也介紹了如何通過2片74LS161異步級聯(lián)形成8位二進制計數(shù)器。 此次牛奶雜質(zhì)濃度測試儀硬件設計采用的是LC切割型石英溫度變送器。石英晶體傳感器以高分辨力、高準確度、熱響應時間小、頻率輸出、便于遠傳、便于測量等特點著稱，主要用于高準確度、高分辨力的溫度測量和作為量值傳遞的標準溫度計中。文獻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，當切割角度不同時，溫度系數(shù)也有明顯不同。用于溫度測量控制領域做溫度傳感器的石英晶體應選擇溫度系數(shù)較大，頻率對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。 設計所用的石英晶體溫度變送器，其相關參數(shù)如下：變送器所處環(huán)境溫度在25攝氏度時，輸出信號頻率為16.8MHz。同時，溫度每變化1攝氏度，頻率相應升高或降低1KHz。 文獻6講述了LED七段數(shù)碼顯示器接口基本結構和工作原理。具體的LED驅(qū)動方式，包括靜態(tài)驅(qū)動和動態(tài)驅(qū)動。此次牛奶雜質(zhì)濃度測試儀硬件設計根據(jù)牛奶雜質(zhì)濃度測試儀溫度測試所需要的顯示精度，顯示電路采用了五個動態(tài)共陰極八段數(shù)碼管顯示。動態(tài)顯示的原理是單片機依次發(fā)出段選控制字和對應哪一位LED顯示器的位選控制信號，顯示器逐個循環(huán)點亮，適當選擇掃描速度，利用人眼“留光”效應，使得看上去像幾位顯示器同時在顯示一樣。 設計中的八段數(shù)碼管為共陰型，段碼采用同相驅(qū)動，由移位寄存器輸出。位碼加反相驅(qū)動器，輸入端高電平選中，由單片機端口直接驅(qū)動。 文獻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： 1. 電子技術常用器件應用手冊.北京理工大學出版社.2001 2. 郭永貞主編，龔克西副主編.數(shù)字邏輯.東南大學出版.2003 3. 王益久譯.TTL集成電路電氣特性及應用.2000 4. 趙德安等編著.單片機原理與應用.機械工業(yè)出版.2004 5. 張有得，楊勝球編.MCS-51單片機實驗指導.復旦大學出版社.2002 6. 朱欣華等編著.智能儀器原理與設計.中國計量出版社.2005 7. 朱蘊璞等編.傳感器原理及應用.國防工業(yè)出版社.2002 8. 夏路易等.電路原理圖與電路板設計教程.北京希望電子出版社.2002 9. 楊吉祥等編.電子測量技術基礎.東南大學出版社.2003 10. 張靖主編.檢測系統(tǒng)與系統(tǒng)設計.中國電力出版社.2004 11. 孫傳友等編.測控系統(tǒng)原理與設計.北京航空航天大學出版社.2002 研 究 內(nèi) 容 本次畢業(yè)設計的內(nèi)容為牛奶雜質(zhì)濃度測試儀的硬件設計，液體降溫到一定程度轉(zhuǎn)化成固態(tài)時所保持的溫度稱為冰點，冰點溫度可持續(xù)20秒到1分鐘左右。利用這一特性，設計8位單片機為控制和數(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溫度值，5位共陰極8段數(shù)碼管對獲取的溫度值進行顯示。把顯示的溫度和正常牛奶的冰點溫度（通常為-0.54℃）進行比較，超出標準范圍即說明牛奶雜質(zhì)濃度超標。 在電路設計中，利用數(shù)據(jù)選擇電路讓采樣電路和補償電路分時工作，再經(jīng)過單片機處理后進行對溫度的LED顯示。 研 究 計 劃 第一周 熟悉課題,查詢相關資料 第二周 熟悉AT89C51單片機，包括電路組成方法 第三周 熟悉AT89C51單片機 第四周 熟悉AT89C51單片機 第五周 電路設計 第六周 電路設計 第七周 電路設計 第八周 電路設計 第九周 電路設計 第十周 電路設計 第十一周 電路設計 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)設計論文 第十五周 做畢業(yè)設計論文 第十六周 做畢業(yè)設計論文，準備答辯 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)測試儀的硬件設計以單片機的控制和數(shù)據(jù)處理為核心，盡量減少硬件的用量，利用單片機內(nèi)部T0計數(shù)器減少了外部計數(shù)器的使用量；對于采樣時間的選擇沒有選用外部秒信號發(fā)生器，而是利用單片機內(nèi)部T1定時器來確定采樣時間，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，實現(xiàn)便攜式快速測量。 指導教師 意 見 指導教師簽名： 年 月 日 教研室意見 主任簽名： 年 月 日 系部意見 教學主任簽名： 年 月 日