實訓報告
實訓題目：可攜式感測器巡檢儀的設計
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指導教師
2023年5月20日
目錄第一章引言 1
1.1 緒論 1
1.2 設計的目的及背景 1
1.3 感測器效能指標 2
1.4 檢測內容 2
1.4.1檢測條件和範圍 2
1.4.2檢測評價標準 3
第二章可攜式巡檢儀 4
2.1 巡檢儀簡介 4
2.2 可攜式巡檢儀特點 4
2.3 巡檢儀技術引數 4
第三章總體設計 6
3.1 設計思路 6
3.2系統總體構成 6
3.3控制晶元的選擇及最小系統 7
3.3.1控制晶元stm32介紹 7
3.3.2最小系統 7
3.4 設計模組介紹 8
3.4.1模擬訊號輸入電路 8
3.4.2電平轉換電路 9
3.4.3按鍵功能部分 10
3.4.4 iic/eeprom_at24c04 10
3.4.5 諾基亞5110顯示器 14
3.4.6 濾波電路 17
第四章軟體設計 19
4.1 程式模組介紹 19
4.2 部分模組功能介紹 19
4.2.1主函式流程控制 19
4.2.2讀取eeprom儲存模組 21
4.2.3 選單模組 22
4.3 設計採用數學方法 23
4.3.1標度變換 23
4.3.4濾波演算法 24
第五章實訓總結 25
5.1 設計結果分析 25
5.2 設計心得體會 25
附錄 26
在現代工業生產尤其是自動化生產過程中，要用到各種感測器來監視和控制生產過程中的各個引數，尤其是資料的實時性和正確性更是重中之重，比如在鋼鐵冶煉中對冷卻水溫度的實時控制，保證所生產出產品的質量，或保證使裝置工作在正常狀態或最佳狀態，並使產品達到最好的質量，因此可以說，沒有眾多的優良感測器，現代化生產也就失去了基礎。感測器成為感知、獲取與檢測資訊的視窗，一切科學研究與自動化生產過程要獲取的資訊，都要通過感測器獲取並通過它轉換為容易傳輸與處理的電訊號，所以感測器的作用與地位就特別的重要了。
感測器早已滲透到諸如工業生產、宇宙開發、海洋探測、環境保護、資源調查、醫學診斷、生物工程、甚至文物保護等極其之泛的領域。可以毫不誇張地說，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各種複雜的工程系統，幾乎每乙個現代化專案，都離不開各種各樣的感測器。而對感測器的檢測也是一件很重要的工作。
隨著感測器使用的重要性，對其實時好壞的檢測也是一項十分重要的工作，通過對熱力控制站的實地考察，其溫度、壓力感測器主要用於一次供水一次回水和二次供水二次回水中水溫的檢測和壓力的檢測，且數量居多，通過控制櫃對各路感測器採集回來的資訊進行顯示，但這也產生了乙個問題，當顯示器上出現某一通道的資料與此通道正常顯示出現偏差時，即通過感測器採集回來的資訊發生了異常，如何去判斷發生故障的地方，即是感測器發生故障還是a/d轉換時發生錯誤或者還是其他硬體發生故障等。
由於考慮到感測器使用數量之多，且都是採用多路採集，對其實時性要求比較高，隨時保證感測器採集回來資料的正確性，以保證裝置正常執行，對於感測器好壞的檢測有時候也是只侷限在傳統意義上的檢測，比如使用萬用表對其電路進行檢測，這不僅需要認真細心而且工作量也比較大，那麼可以採用什麼樣的方法才能很方便的測試出感測器的好壞。這也是本次實習的主要目的。
基於上述提出的問題，本次實習只針對感測器的檢測為目的，也就是通過巡檢儀排除是不是感測器出現故障。這就需要設計乙個既方便又實用的檢測儀器，且使用範圍也是只針對熱力控制站溫度、壓力感測器檢測的場合下使用，比如只對一定檢測量程範圍內和一定溫度條件下的某水溫或壓力而設計，是一種專用巡檢儀，而不是對所有的感測器都實用的通用巡檢儀，通過巡檢儀對感測器採集回來的資訊經過a/d轉換後在顯示器上顯示，根據顯示的資料來判斷感測器的好壞，最簡單就是顯示器沒有讀數，那麼很輕鬆的判斷是感測器出現故障，當顯示資料在誤差範圍內表示感測器正常，反之，超過誤差限時則認為感測器出現故障，當感測器正常時，可以排除是感測器故障，這就需要對其他電路進行檢查，通過對巡檢儀的設計不僅在於了解現場控制的過程更在於在實踐中鍛鍊動手能力和思維創新能力。
為了達到此次實訓的目的，必須對感測器的一些基本引數、效能指標進行了解，才能設計出符合要求的產品。
基本引數指標：
1.量程指標：量程範圍、過載能力
2.靈敏度指標：靈敏度、滿量程輸出、分辨力、輸入輸出阻抗等。
3.精度指標：精度誤差、重複性、線性、滯後、靈敏度誤差、閥值、穩定性、漂移等。
4.動態效能指標：固有頻率、阻尼係數、頻率範圍、頻率特性等
分辨力：感測器在規定的測量範圍內能夠檢測出的被測量的最小變化量稱為分辨力。
測量範圍和量程：在允許誤差限內，被測量值得下限到上限之間的範圍稱為測量範圍。
溫度、壓力感測器由於其使用範圍廣、數量多，居各種感測器之首，一般溫度感測器以使用熱電阻和熱電偶居多，通過對熱力控制站供水回水的溫度以及壓力的各項引數和常用感測器的基本效能指標可以得知，目前常用感測器其標準輸入為，電壓訊號：1-5v，電流訊號：4-20ma，基於以上對感測器引數的了解，巡檢儀測量的量程範圍，其下限範圍在0-999℃，上限範圍在0-999℃，下限要小於上限，巡檢儀檢測的內容為一次供水回水溫度壓力、二次供水回水溫度壓力，感測器的量程範圍不能超過上下限量程範圍，超出這個範圍的感測器將不能檢測，測得的值也將是不正確的。
此可攜式巡檢儀只是針對熱力控制站回水、供水管道上的溫度、壓力感測器的測試，通過控制櫃上顯示器顯示各路感測器採集回來的資料，控制溫度、壓力的大小，當某一路的顯示出現異常時，通過巡檢儀對此路進行測試。根據感測器從現場採集回來的溫度和壓力資料，以及裝置正常執行時的引數作為對感測器好壞評價標準，即感測器到底是好是壞，有時候憑長期的工作經驗，在實際生產中根據某一裝置在正常工作時的溫度、壓力作為評價感測器好壞的乙個參照，即測得的資料在一定範圍內時，則認為好，如果所測的資料與實際相比相差很大，超出或低於這個範圍時，則認為感測器出現故障，本次實訓所設計的巡檢儀的精度在±5℃，高於現場溫度、壓力感測器的精度，故理論上具有一定的可用性。
本巡檢儀是以stm32f103rbt6微控制器的adc模數轉換通道為主，通過溫度、壓力感測器將採集的模擬訊號轉換為電壓值或電流值，採集並轉換成微控制器識別的數碼訊號，進而通過運算、標度變換等，利用lcd液晶屏顯示出來。同時該儀器還可以通過按鍵進行量程設定，可以進行溫度壓力測量的轉換。其硬體主要由stm32微控制器、adc模擬訊號介面轉換電路、鍵盤電路、液晶顯示電路、max485通訊轉換電路、eeprom儲存器介面電路、**電路以及電源電路等部分組成。
本次實訓設計的可攜式巡檢儀最主要是具有攜帶方便、操作簡單、重量輕等特點，主要以檢測輸出電壓訊號為1-5v、電流訊號為4-20ma為主的溫度、壓力感測器，由外接9v直流電源為整個系統提供電源，外面還有一排接線，包括感測器接線引腳，max485通訊介面，方便與上位機進行通訊，乙個電源開關以及四個功能按鍵，電源指示燈和功能指示燈等幾部分組成，顯示器採用諾基亞5110液晶顯示器。當進行裝置檢測時，操作人員只需拿在手上，接好與感測器引腳的接線，根據選單選項進行相應量程的設定後，顯示器上所顯示的資料與實際比較來判斷感測器的好壞。
本巡檢儀的相應技術引數如下：
1．工作電壓：9v直流電源
2．採集訊號範圍：4~20ma電流訊號、1~5v電壓訊號
3．量程可調範圍：下限：0~999；上限：0~999 注：上限值》下限值
4．測量單位：溫度：攝氏度；壓力：mpa
5．工作溫度範圍：-40~85℃
2.4 巡檢儀功能介紹
本巡檢儀是基於stm32微控制器最小應用系統為主以及四個控制選擇按鈕、lcd液晶顯示、模擬輸入訊號採集、at24c04的eeprom儲存晶元、max485通訊晶元等實現的硬體電路。使其通過相應的程式來實現溫度或壓力的採集、顯示、量程設定選取、儲存及通訊處理的功能。
（1）通電以後，液晶螢幕顯示「歡迎使用」介面，開始測量並轉換adc通道1（預設為通道1顯示）採集來的12位二進位制電壓轉換值，並把它通過十進位制數顯示出來，十進位制數表示的轉換範圍為0~4095。
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