测控电路设计与应用精选(九篇)

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第1篇：测控电路设计与应用范文

关键词 测控技术与仪器专业；校内实训；实训内容；实训大纲

中图分类号：G642 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）10-0143-03

On-campus Practical Training Exploration of Measurement and Control Technology and Instrument Specialty//YIN Lunhai， WANG Junsheng， LAN Hehui

Abstract The on-campus practical training teaching system is established. Training target， training content and training module is formulated. All the training contents are from basic to professional， and go from the easy to the difficult and complicated. The Engi-neering practice ability of the students can be increased through training. Students of three year of graduation are trained and good results have been achieved. Both the Engineering practice ability and ability to research of the students are all increased.

Key words measurement and control technology and instrument specialty； on-campus practical training； training content； training syllabus

1 引言

目前许多院校校外实习以走马观花为主，虽然学生在实习过程中可以见到许多未曾见过的仪器设备，可见识到实习单位的整个生产流程和生产工艺，但实习效果仍不理想。所以在校外实习基础上做好校内实习、实训，对提高学生实践动手能力尤为重要。

辽宁工业大学为保障学校各专业培养学生工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力，不断提高工程人才培养质量，在实验实训硬件设施方面采取了一系列保障措施。同时，测控技术与仪器专业（以下简称测控专业）教研室教师丰富的工程实践能力为测控专业学生实习提供了有力的保障。

2 校内实习实训平台建设

目前测控专业可用校内实训的实验室和实训基地条件良好，足可满足学生实训需要。

实验室建设 测控专业基础类实验室有测控技术实验室、单片机实验室、计算机控制技术实验室、“电工电子技术”辽宁省实验教学示范中心、“智能控制理论及应用”省高校重点实验室；专业实验室有过程控制实验室、智能机器人实验室、“新能源汽车智能控制技术”省重点实验室、与德国西门子共建的“PLC实验室”、与美国罗克韦尔自动化公司共建的“工业控制网络实验室”、与美国飞思卡尔半导体公司共建的“嵌入式应用实验室”。

学校实习实训基地建设 2012年，辽宁工业大学在国家发改委专项资金资助下，投资8000余万元建设工程实训中心，面积2.8万余平方米，目前完成试验设备安装并投入使用的有金工实训平台、电工电子实训平台、现代加工技术平台、电气工程综合实训平台、光网络通信实训平台、新能源技术综合实训平台、汽车检测与维修工程训练平台、工业生产过程自动化训练平台、化工生产工艺实训平台和材料工程实训平台。基地可同时满足1000名学生从事创新创业项目训练[1]。10个实训平台中测控专业学生可利用8个进行实训。

实习实训中心实训平台及测控专业实验室的实验设备及装置，为测控专业学生校内实训提供了良好的实训硬件条件。

3 合理的实训师资队伍建设

测控专业教师学历、职称结构合理 测控专业现有专任教师15人，其中教授4人，副教授5人，讲师3人，高工1人，实验师2人；具有博士学位6人，硕士学位7人；中国仪器仪表协会理事1人，辽宁省“百千万人才工程”千人层次1人，辽宁省青年骨干教师2人[2]。聘请了丹东东方测控集团有限公司、丹东华日理学电气有限公司、锦州利达航海电器有限公司等公司8名高级工程师为客座教授，联合指导生产实习、实训等。

测控专业教师具有较强的实践经验和指导学生实习实训的能力 自2013年以来，测控专业教师共指导大学生创新创业计划项目11项，其中省级6项、校级5项；3年来指导学生参加全国大学生电子竞赛，获得国家一等奖1项、省级一等奖4项、省级二等奖5项、省级三等奖3项；指导学生参加中国机器人公开赛，获得国家一等奖1项、国家三等奖1项、省级一等奖2项、省级二等奖1项、省级三等奖1项；指导学生参加飞思卡尔杯智能车竞赛，获得全国总决赛二等奖1项、东北赛区一等奖2项；指导学生参加“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、中国大学生计算机设计大赛、创青春全国大学生创业大赛、“蓝桥杯”软件创业团队赛等大赛，获得多个国家级和省级奖项。

4 确定实训教学目标，建立适合测控专业的实训教学体系

实训的目标是通过实训教学培养学生实践动手能力、创新能力和工程设计能力。基础训练要求：通过实训，学生能够完成控制系统设计；根据被控对象特性与技术参数要求，学会选择传感器、变送器、控制器、执行器、显示仪表等装置，能够完成系统组装调试、系统投运与参数整定；学会各个装置的拆卸与组装、设备维护与维修。能力提高训练要求：能够完成信号调理电路、简单变送器、控制器、输出控制电路的设计、焊接、调试。实训项目包括专业基础技能实训、专业技能实训和创新训练。

专业基础技能实训 主要包括金工实习、电子实习、生产实习、毕业实习、信号变换综合设计、过程控制系统课程设计、单片机原理及接口技术设计、专业基础技能实训。对于基础实训模块内容以“实用、够用、熟练”为原则，要求学生掌握基本的实训技能。综合运用电子技术、电路等电类基础课程知识，设计完成实物制作与调试。实训指导教师根据学生实际情况，有针对性地选择实训内容或项目，为专业技能实训打好基础。

专业技能实训 主要包括以智能仪表为主线的综合实训，培养学生具有仪器仪表开发、设计的创新能力；以仪表工程为主线的综合实训，培养学生具有控制系统设计与仪表选型、安装及调试的工程实践能力。

1）智能仪表实训：主要训练传感器与检测技术、单片机技术、嵌入式技术、DSP技术、测控电路等专业课程内容的综合应用，包括完成仪器仪表的设计、参数选择、仿真、实物制作、调试等环节。

2）仪表工程实训：主要训练传感器与检测技术、测控电路、PLC技术、过程控制系统、控制仪表及装置、DCS技术、工控网络技术、工控组态软件等专业课程内容的综合应用，包括完成控制系统的方案设计与仪器仪表的选型、安装、调试及维修等环节。

实训内容要随着知识的更新有所创新、增减，体现实训的实用性和先进性，同时着重于学生的创新意识和实践能力的培养教育。

创新性训练 主要包括开放性实验设置、创新创业项目设置、科技竞赛项目设置：开放性实验以信号调理、单片机技术和PLC技术课程内容为主设置实验项目；创新创业项目以企业需求为导向，设置检测与控制为主的工程实践类项目；科技竞赛依托校电工电子实验教学示范中心、罗克韦尔自动化实验室、西门子共建PLC实验室、浙大中控共建DCS实验室、校实习实训中心的实验实训资源，开展相应的专业技能竞赛。

5 建立测控专业实训模块

根据培养目标设计相应的实训教学模块，包括专业基础技能实训设置和能力提高实训模块设置。

基本技能实训模块

1）熟悉检测变送器、控制装置结构原理，学会拆卸与组装。传感器拆装与调试包括热电偶拆装与调试、热电阻拆装与调试、压力或差压传感器拆装与调试、流量传感器拆装与调试、物位传感器拆装与调试。变送器拆装与调试包括温度变送器拆装与调试、流量变送器拆装与调试、压力或差压变送器拆装与调试、液位变送器拆装与调试。执行器拆装与调试包括气动薄膜控制阀拆装与调试、气动推杆拆装与调试、电动调节阀拆装与调试、电动推杆拆装与调试、低压电器拆装与调试、变频器调试、电动机拆装与调试。显示仪表拆装与调试包括模拟式显示仪表和智能显示仪表拆装与调试。控制器拆装与调试包括模拟式控制器和智能控制器拆装与调试。

2）根据被控对象特性设计控制系统，如单闭环、串级、比值等控制系统。根据系统要求和被控对象特性选择传感器、变送器、控制器和执行器，然后组成所需控制系统。

3）控制系统组装，将所选择的自动检测和控制装置组装成实际应用的控制系统。根据设备情况，可组成温度检测控制系统、压力检测控制系统、流量检测控制系统、液位检测控制系统，以及四种控制系统合成的综合控制系统。

4）控制器作用方向的确定。根据被控对象特性，选择执行器、变送器作用方向的选择或设定，最终确定控制器作用方向。

5）根据被控对象特性，选择控制规律，设置控制参数。

6）系统投运，包括投运前仪器设备的校验与检修、控制器参数的整定。

能力提高实训模块 为了进一步提高学生工程实践能力，设置了能力提高的实训环节，包括网络控制系统实训和电路设计、制作与调试实训。

网络控制系统实训包括PLC技术、过程控制系统、控制仪表及装置、DCS技术、工控网络技术、工控组态软件等专业课程内容的综合应用，包括完成控制系统的方案设计与仪器仪表的选型、安装、调试及维修等环节。

电路设计类实训包括信号调理电路、变送器、控制器、输出控制电路设计、制作、焊接和调试。相应的实训环节有基于传感器与检测技术、测控电路等课程的信号变换综合设计，基于单片机技术、嵌入式技术、DSP技术等课程的控制器设计等。有些能力提高实训部分安排在基础技能实训模块中进行。

6 制定实训大纲

制订了较为详尽的培养计划，使实训与课程设置紧密结合，实训环节尽量安排在相关课程结束后就进行。比如：专业基础技能实训在电路、电子技术基础结课后的第5学期进行，2学分；信号变换综合设计在传感器与检测技术、测控电路、电力电子技术课程结束后的第5学期进行，2学分。

对于综合性实训环节，只能在所有理论课程都结束后进行，或者分步进行实训。如表1综合实训教学计划，分为6、7两个学期进行实训。同时，根据实训内容多次安排实训学时，并根据学时数与实训项目权重分配成绩比例。实训成绩最终通过现场演示、报告、答辩等方式进行考核。

7 实训效果

实训教学中以学生为中心、以教师为主导开展，根据不同实训模块、教学内容以及每节实训课的重难点，采用不同的教学方法。以教师为主导开展采用启发式教学方法，把学生作为教学的主体，引导学生肯思考、会思考，以提高其分析和解决问题能力。从2013年开始，对2010、2011、2012级测控专业学生进行实训。

传感器拆装、调试实训 使学生深入了解传感器工作原理、特性和输出信号特点，从而可以根据信号特点制作信号调理电路，或者选择传感器。

专业基础技能实训 通过对电子元器件性能测试和简单电路设计制作，充分了解器件性能，为复杂电路设计制作时器件选型获得第一手经验；信号变换综合设计实训要求学生设计信号放大、滤波、隔离、线性化等功能的信号调理电路，设计输出控制电路，利用自己设计的控制器组成一个简单控制系统。这样可以锻炼学生掌握较复杂的控制电路设计、开发、制作能力和电路检修能力。

控制器制作实训 在单片机原理及接口技术、DSP技术及应用、嵌入式系统设计实训过程中，利用相应的开发板，并分层次设置实训内容。在此基础上进行控制器设计、制作、焊接和调试，培养学生电路设计、开发、制作能力，培养学生设计性、综合性和创新性工程设计的能力。

网络控制系统实训 在PLC技术、DCS与FCS实训中，依托S7-300实验室、罗克韦尔实验室、DCS实验室开发创新性实验项目，在3届学生中开展多项技能培训、技能竞赛，取得较好的工程训练效果。

经过实训锻炼，测控专业学生的工程实践能力、研发能力都有了较大的提高，提高了就业竞争能力，部分工程能力较强的学生在工作伊始就表现出较强的科研能力和业务能力。如2010级一名学生，工作不到一年，就成为丹东华日理学仪器有限公司技术骨干，承担科研项目；就业于丹东金洋科技发展集团有限公司的一名2011级学生在实习期满后就成为项目组长，承担项目。

具有了较强的工程实践能力，毕业生在就业时具有较强的竞争优势。通过统计，近3年来，本专业毕业生的一次协议率分别是49.06%、63.86%、73.08%，就业率分别为90.57%、96.39%、98.78%，呈现稳步攀升趋势。

8 结语

建立实训教学体系，实训过程形成从简单到复杂、从基础到专业、从接受基本知识和技能到培养综合能力这样一个逐步积累、深化和提高的完整的教学体系。实训教学与理论教学组成一个完整的测控专业培养体系，全面培养学生的实训技能、科学作风，以及综合分析、发现和解决问题的能力，使学生具有创新、创业精神和较强的工程实践能力。

参考文献

第2篇：测控电路设计与应用范文

关键词:LonWorks;智能节点;智能网络测控

现场总线控制系统FCS是针对传统的DCS系统的不足之处提出来的，它跨越了电子、控制、仪器仪表、自动化、计算机和网络等领域，因此具有一定的学术意义。在众多总线中，LonWorks现场总线以其完全支持ISO/OSI七层协议，支持多种通信媒介，可靠性高，可互操作，兼容性和灵活性好等独特的优点成为现场总线的主流。

本文对基于LonWorks的高可靠性、全开放的智能网络进行研究和应用，通过大量的实验，开发和设计智能测控系统。

1 LonWorks智能节点的设计概述

基于神经元芯片的开发可以分为两种:

(1)基于控制模块的硬件设计方法;(2)基于收发器的硬件设计方法。

控制模块中通常包括神经元芯片、Flash、程序存储器、收发器以及RAM等，用户只需设计自己的应用电路，可缩短产品的开发周期。而基于收发器的设计方法除了考虑应用电路设计，还必须考虑神经元芯片与Flash存储器以及RAM的接口电路。采用这种方法时，电路板设计加工以及生产工艺要求较高，但可以降低产品成本，提高设备的市场竞争力。为了学习和以后研究的需要，本文采用第二种设计方案。LonWorks技术是一种控制网络层次上的技术，故节点的开发离不开对网络的整体考虑，根据控制策略的不同，节点的开发会有所不同，但对于一个控制网而言，不外乎由传感器、执行器、获取和传输数据局的网络、执行控制逻辑的控制和程序等构成。而对于组成网络重要部分的节点而言，所完成的任务无非是获取和传输数据，并根据所获取的数据信息来执行相应的控制逻辑。故此，一个通用节点可由图1表示。

下面将讨论LonWorks节点的硬件设计和开发以及LonWorks节点的逻辑编程。

2 LonWorks智能节点的硬件电路设计

2.1 电源电路设计

交流电源电压经过全波整流后，采用7805芯片变成节点电路需要的5V的直流电源。设计如图2所示。

2.2 MC143150与AT89C52的接口

该节点采用AT89C52作为主处理器，与神经元芯片接成并行I/O对象的操作模式。神经元芯片的并行I/O对象允许以最高为3.3Mbps的速率双向传输数据。并行I/O对象的物理接口通过神经元芯片的11个I/O引脚完成。应用在并行I/O状态下的神经元芯片不再能有其他的I/O对象来处理物理接口，神经元芯片固件还可实现令牌传递和握手协议来实现同步和防止总线竞争。为增加设计的灵活性，神经元芯片提供几种并行I/O对象的操作模式:主模式，从A模式和从B模式。本节点中神经元芯片与单片机AT89C52的连接采用从A模式，其接口电路如图3所示。

由于神经元芯片3150的握手信号HS是集电极开路的，因此需要接上一个10kΩ的上拉电阻。在Slave A模式中，神经元芯片3150是在主处理器的控制下工作的，对主处理器来说，神经元芯片3150是含8个数据位和3个控制位的并行I/O设备。单片机的P0口与神经元芯片3150的IO0~IO7相连作为8位数据总线，P1.7与神经元芯片3150的IO10相连接作为握手信号端，P1.5与IO8相连作为CS信号端。HS信号由神经元芯片3150的内部固件控制，当HS为高电平时，表示神经元芯片3150正在读写数据、处于忙状态，当HS为低电平时，表示神经元芯片3150数据处理完毕，可以进行下一次通信了。在总线上主处理器和从处理器之间不断交换一个虚拟的写令牌，令牌的拥有者有写数据或传递数据的权力。主处理器写时，当AT89C52单片机判断到HS信号为低时，在CS信号的下降沿将数据写入数据总线，在CS信号的上升沿数据被神经元芯片3150的输入缓冲区截取，同时导致HS端变为高电平，当数据读取结束时，HS被置低，等待下次通信。

2.3 神经元芯片3150的存储器扩展

本节点中，系统的固件存储在片外的EPROM中，地址为0x0000～0x3FFFH;应用程序也存储在片外的EPROM中，地址为0x4000～0x7FFFH;片外RAM的地址为0x8000～0xDFFFH。地址空间的分配如图4所示。图4是神经元芯片外接32kB EPROM和24kB RAM的电路原理图。由于系统固件的存储地址要求从0x0000H开始，所以32kB EPROM的地址应设计成0x0000H～0x7FFFH;而RAM的地址是0x8000H～0xDFFFH(24kB)。将地址线A15直接作为EPROM的选片信号线。当A15为低电平时，EPROM被激活，因此保证了EPROM的地址从0x0000H到0x7FFFH。

地址线A13和A14进行与非逻辑再和A15与非后作为RAM存储器的选片信号线，这样，当地址信号线最高三位是100、101及110时，RAM存储器的选片信号才为低电平，所以RAM存储器的地址为1000 0000 0000 0000 ～ 1101 1111 11111111，即0x8000H～0xDFFFH，一共为24kB。

2.4 主处理器AT89C52外围电路设计

图5为主处理器外围接口电路图。该节点采用27256扩展了32kB的RAM，用于存储各模拟通道输入和输出数据。

2.5 硬件抗干扰性措施

LonWorks设备工作在复杂的电磁环境中，其自身各部分及与周围其他电子设备之间不可避免地存在各种形式的电磁干扰EMI，此外静电放电ESD产生的脉冲电压、电流也是瞬态干扰因素，因此在产品开发时应增强设备自身的抗干扰能力，切断内外干扰。为有效地避免因外界EMI和ESD导致自身工作性能的降低，同时结合LonWorks电路自身特点，要考虑的主要问题有:寄生耦合问题、电源分配及VCC解耦、传输介质、ESD的防护措施。

3 LonWorks智能节点的软件设计

3.1据采集模块的软件设计

智能节点的数据采集部分采用MAXIM公司的12位DAS芯片MAX197位必须一致(即D2、D1、D0位必须一致)。MAX197提供了一个标准的中断信号，转换结束后输出数据准备就绪时，中断信号INT变为低电平，本程序中通过轮询P1.7口的状态来判断转换是否结束。

AT89C52单片机可根据定时常数来决定什么时候去触发数据采集开始，因此定时常数有2个，前M次采样的定时常数为Tsd+T，后N-M次的定时常数为Ts，采样得到的数据保存在扩展的RAM中。

综上所述，编写的数据采集子程序流程图如图6所示。

3.2 LonWorks通信模块的软件设计

本装置的主处理器是AT89C52，从处理器是MC143150，主处理器负责将测得的数据发送给MC143150，而MC143150则负责将测得的参数实时发送到LonWorks网络上。Neuron芯片程序的编写使用Neuron C语言。

本装置中主机在完成参量的采集、处理和存储后通过并行通信方式将测量结果发送给Neuron芯片，由Neuron芯片将测得的数据发送到LonWorks网络上。因此通信模块包括了80C196KC与Neuron芯片的通信和Neuron芯片的网络通信两各部分。Neuron芯片以并行从B方式与主机通信，在该方式下Neuron芯片的IO0~IO7为双向数据总线(其中IO0为数据的低位和握手信号共用位)、IO8作为片选信号CS、IO9为读写控制信号R/W、IO10作为选择输入A0。主机与Neuron芯片的通信程序流程图如图7所示。

本装置Neuron芯片的应用程序可以通过分别定义包含各电参量当前测量值的网络变量实现测量数据的网路共享。网络变量定义的格式如下:

network input | output [netvar-modifier] [class] type [connection-info] identifier

[=initial-value]

程序中的网络变量应为输出型的网络变量，为便于数据格式的通用性，类型(type)定义为标准网络变量SNVT_count_inc，该类型网络变量的数据类型为有符号长整形数，长度为2个字节。Neuron芯片与80C196KC之间采用并行(Parallel)通信方式，工作方式为Slave A方式，对Parallel I/O对象进行显式配置的Neuron C语句和说明为:

IO_0 parallel slave | slave_a | master io_object_name

Parallel I/O对象虽然使用全部11个管脚，但只需说明管脚IO_0即可，slave| slave_a | master 用于说明Neuron芯片的工作模式。io_object_name为用户给I/O对象指定的名字。本程序对Parallel I/O对象的说明为:

IO_0 parallel slave_b ele_par

为使用Neuron芯片的Parallel I/O 对象，io_in()和io_out()函数需要一个指向parallel_io_interface结构的指针:

struct parallel_io_interface

若想实现测量数据的网络共享，还需将网络变量互连，该过程称为捆绑(binding)，可以通过网络管理工具来完成，比如LonBuilder、LonManager软件包中的LonMaker或Echelon公司的客户/服务器网络构架LNS。连接过程实际上就是发送一组包含节点的地址、报文类型等信息的网络管理报文到需要连接的节点，然后这些节点再将地址表和网络变量配置表写入Neuron芯片的E2PROM中。经过LonMaker工具配置后网络变量就与LonWorks网络建立了连接，输出网络变量的更新将引起与之相连的输入网络变量的更新，从而将测量的电参量传送到了LonWorks网络上。

3.3 软件抗干扰措施

本装置应用的场所工作环境比较恶劣、干扰严重，因此需要周密考虑和解决抗干扰的问题。常用的软件抗干扰措施有指令冗余和软件陷阱。“指令冗余”适用于当CPU受到干扰后把操作数当作指令码来执行从而引起程序的混乱，此时指令冗余可使程序恢复正常。另一种软件抗干扰措施，即所谓“软件陷阱”。“软件陷阱”是一条引导指令，强行将捕获的程序引向一个指令的地址，在那里有一段专门处理错误的程序。“软件陷阱”一般安排在下列四种地方:未使用的中断向量区、未使用的大片EPROM空间、表格、程序区。

本装置还采用了看门狗定时器来监视系统的运行，大大提高了程序的抗干扰能力。

4 结束语

本文主要叙述了基于LonWorks的智能网络测控系统的设计思想，其中包括了AT89C52单片机程序和Neuron芯片的应用程序两部分的流程图。主机程序用MCS-51系列单片机汇编语言来编写，Neuron芯片应用程序用Neuron C来编写。

LonWorks技术发展方兴未艾，应用领域不断拓展，具有较理想的应用价值和市场前景。

我国目前对LonWorks技术的应用刚刚起步，随着业内人士的更多了解，相信会有更广泛的应用前景。

参考文献

[1]凌志浩.从神经元芯片到控制网络[M].北京: 北京航空航天大学出版社，2002.

[2]杨育红，等.LON网络程序设计[M].西安: 西安电子科技大学出版社，2001.

[3]杨育红，等.LON网络控制技术及应用[M]. 西安: 西安电子科技大学出版社，1999.

[4]马莉.智能控制与Lon网络开发技术[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社，2003.

[5]段曙彬，高安邦. LON智能节点开发与组网研究[J].哈尔滨理工大学学报，2006(1).

[6]智淑亚，高安邦，杨帅.LonWorks现代智能测控系统的开发应用设计[J].电脑学习2006(1).

[7]智淑亚，段曙彬，高安邦.基于Neuron芯片的智能调光节点开发[J].电脑学习，2005(6).

[8]智淑亚，高安邦，李忠华. 基于LON测控网络的自动抄表系统设计[J].电脑学习，2005(5).

[9]穆远详. LonWorks:全新的现代智能测控技术浅析[J].电脑学习，2004(3).

[10]穆远详. 基于LonWorks技术的现代智能测控系统[J].电脑学习，2004(2).

[11]Echelon Co. LonMaker for Windows User’s Guide， 2000.

[12]Echelon Co. LonPoint User’s Guide， 1996.

[13]Echelon Co. Lnsdde Sever User’s Guide， 1996.

第3篇：测控电路设计与应用范文

【关键词】 环境监测；单片机；数据采集

1、引言

随着社会的进步，人们对居住和工作的环境有了更高的要求，越来越重视其舒适性和安全性，这就要求对室内的各项环境参数进行量化管理。其中，对有的参数（如温度、湿度和光强等）实现实时监测与控制，进而达到综合调节控制。本设计实现一个数据采集系统，实现对温度、光照强度、湿度和酒精烟雾四个参数的采集、处理及显示并通过采集的数据实时控制声光报警器。

2、系统设计框架

本设计以STC12C5A60S2单片机为最小系统控制核心，实现对温度、光照强度的数据采集与显示。数据采集模块主要由LM35温度传感器、光敏电阻、同相运算放大器、电压跟随器以及A/D转换模块构成。以内部集成8通道10位AD转换功能STC12C5A60S2为数据处理、控制核心，LCD显示模块显示相关数据。

3、系统硬件设计

3.1、最小系统模块

使用STC12C5A60S2单片机，其最小系统电路图如图2，包括单片机芯片、复位电路以及由外部晶振构成的时钟振荡器。外接测温电路、液晶显示电路、测光电路、酒精浓度测试电路和湿度测试电路。

3.2、测温电路设计

通过LM35高精度温度传感器检测当前温度，将检测到的信号转换成电压信号，再通过OP07运算放大器将输入信号放大4倍，输出送入单片机模拟检测通道P10端口。温度检测及调理电路如图3所示。

运放的增益为：

此处

3.3、测光电路设计

通过光敏电阻检测当前光照强度，将对应的电压通过一个电压跟随器后送入单片机模拟检测通道P11端口，光强检测及调理电路 3.4、酒精浓度检测电路设计

MQ-3气敏元件由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感层，测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6只针状管脚，其中4个用于信号取出，2个用于提供加热电流。本设计将4、6脚作为数据输出端，通过R14采样电阻采取电压值，输入LM393电压比较器负端口，正向输入端通过可变电阻分压，设定参考阀值。通过比较输出TTL电平，达到声光报警。模拟量输出端为MQ-3的4、6脚。

3.5、湿度检测电路

湿度检测电路通过湿敏电阻阻值变化，采取不同湿度情况下的电压值。电压值通过LM393比较路与设定比较电压比较，输出TTL电平，达到声光报警。

3.6、液晶显示电路设计

字符型液晶显示屏，考虑本次设计有四路信号需要显示，通过74HC595驱动LCD1602，从而只需要三根线连接单片机，为RS、EN以及595的DS端。串行输入，并行写入LCD1602。与单片机连接电路图如图7所示。

5、结论

本系统以单片机STC12C5A60S2为核心，最终完成对0℃～125℃温度范围内的温度检测，温度检测误差在1℃以内。能对光照强度，空气湿度，空气中酒精浓度进行实时检测，酒精浓度超标时蜂鸣器报警。光照强度检测精度为0.5%，空气湿度检测精度为0.5%，采样频率为0.5 HZ。系统结构简单，性能稳定，可用于车载温度、湿度、酒精检测，温室大棚湿度，酒精浓度监视。

参考文献

[1] 梅丽凤，王艳秋，张军.单片机原理及接口技术.清华大学出版社.1991：9—32

第4篇：测控电路设计与应用范文

【关键词】ZigBee技术;PIC单片机;粮情测控

1.引言

粮食作为国民经济的基础，当前市场上的粮食测控系统大都基于有线方式布局，成本较高且布局难，测控机的控制芯片资源少且处理数据能力较弱，不利于后期的功能扩展和大数据[1]的处理，本文设计了一种结合ZigBee无线设备和PIC24类型单片机综合处理数据的架构[2-5]，实现数据采集到稳定传输的一系列过程，在各中央储备粮食直属库中的使用效果明显。

2.电路设计

2.1 测控系统框架

粮情系统由上位机（台式电脑）、测控主机、中继器、测控分机、仓内温湿度传感器、仓外温湿度传感器、测温电缆、线缆等设备组成。上电后，测控系统板工作在正常电压下开始对粮堆进行温度采集，测温电缆使用1-WIRE进行连接，所有测温传感器采用寄生电源方式对其供电，粮堆温度循环采集后存入固定缓存内供上位机随时调用。

图1 1-WIRE搜索算法

图2 1-WIRE测温电路

2.2 硬件设计

本测控系统架构包含电源模块，无线收发模块和系统测控板三大块。系统测控板硬件设计由PIC24FJ128DA210芯片电路，电源转换电路，UART通信电路，测温端口电路以及外部AD扩展端口电路构成。本系统采用常见的DS18B20作为测温传感器，其具有唯一的注册码，在1-Wire网络中，注册码用于单总线主机对从机器件进行逐一寻址，如果1-Wire网络中从机器件的ROM码是未知的，可以通过搜索算法来找到此码。搜索算法采用的是二叉树型结构，搜索过程沿各分节点进行，直到找到器件的ROM码（即叶子）为止;后续的搜索操作沿着节点上的其它路径进行，按照同样的方式直到找到总线上的所有器件代码。搜索算法和1-WIRE电路如图1、图2所示。

测控分机的具体PCB图如图3所示：

图3 测控分机PCB图

无线模块采用如图4所示。

图4 无线收发模块

图5 测控系统下位机程序流程图

该无线模块在可视距离下可达2KM，采用常见的RS485通信方式与粮情测控系统板连接，使用12V外部电源直接为无线模块供电，内部则通过稳压芯片为无线射频芯片提供5V电源。

2.3 系统下位机件设计

系统具体流程图如图5所示，系统上电后，电路板电源指示灯常亮，表示系统工作电压正常，此时系统完成工作频率的配置，串口初始化，定时器的初始化以及I/O口功能的定义。完毕后，系统工作指示灯闪烁表明系统板工作正常，为了缩短从接收命令到上传数据时间，系统采用循环采集数据方式将当前粮堆数据存储下来，方便上位机即时读取，接收到命令后，测控分机立即发送命令获取此时仓外仓内的温湿度数据，并将其与粮堆数据一起打包通过ZigBee模块发送至网关，网关通过串口将数据上传给上位机处理。

3.上位机界面

上位机界面接收到数据后，将数据进行存储，并在主界面三维显示当前采集仓的具体数据，上位机界面如下所示。粮情分析是对上传粮情的参数信息进行分析处理并显示在测控界面上，能够直观地反映粮食储存的基本状况，便于仓库管理人员可以随时了解掌握粮情参数的变化，以便及时地对仓库进行智能化控制。上位机软件主要包括粮情检测，巡检巡测功能，粮情分析，数据存储与检索，数据显示，数据打印，粮情控制以及一些拓展功能。

4.结束语

本设计通过利用无线传输模块与高性能的PIC24系列单片机相结合的方式开发出新型粮食监控系统，相对于传统有线方式布局降低了布线困难，成本高等缺点，在处理速度和资源上都有明显的提高，满足当前粮情测控系统对实时性以及后期可扩展性上的需求。

参考文献

[1]胡尊芳，黄召杰.基于嵌入式技术的多参数数据采集传输系统的设计[J].信息与电脑，2011.

[2]张明，刘岑俐.基于PIC单片机和DS18B20的温度测量系统设计[J].电子测试，2010.

[3]王宇.PIC 单片机入门与提高[M].北京：机械工业出版社，2006.

第5篇：测控电路设计与应用范文

一、“电子设计自动化”课程教学的特点

电子设计自动化是一个较为宽泛的概念，它涵盖了电路设计、电路测试与验证、版图设计、PCB板开发等各个不同的应用范围。而当前“电子设计自动化”课程设置多数侧重电路设计部分，即采用硬件描述语言设计数字电路。因此，该课程的教学具非常突出的特点。

1.既要有广度，又要有深度

有广度即在教学过程中需要把电子设计自动化所包含的各个不同的应用环节都要让学生了解，从而使学生从整个产业链的角度出发，把握电子设计自动化的真正含义，以便于他们建立起一个全局概念。有深度即在教学过程中紧抓电路设计这个重点，着重讲解如何使用硬件描述语言设计硬件电路，使学生具备电路设计的具体技能，并能够应用于实践和工作当中。

2.突出硬件电路设计的概念

在众多高校开设的“电子设计自动化”课程中，多数是以硬件描述语言VHDL作为学习重点的。而VHDL语言是一门比较特殊的语言，与C语言、汇编语言等存在很大的不同。因此，在教学过程中首先要让学生明白这门语言与前期所学的其他语言的区别，并通过实例，如CPU的设计及制造过程，让学生明白VHDL等硬件描述语言的真正用途，并将硬件电路设计的概念贯穿整个教学过程。

3.理论与实践并重

“电子设计自动化”是一门理论性与实践性都很强的课程，必须两者并重，才能收到良好的教学效果。在理论学习中要突显语法要点和电路设计思想，[2]并通过实践将这些语法与设计思想得以加强和巩固，同时在实践中锻炼学生的创新能力。

二、“电子设计自动化”课程教学方法总结

良好的教学方法能起到事半功倍的效果。因此，针对“电子设计自动化”课程的教学特点，笔者根据近几年的教学经验总结了一些行之有效的教学方法。

1.以生动的形式带领学生进入电子设计自动化的世界

电子设计自动化对学生来说是一个全新的概念。如何让他们能够快速地进入到这个世界中，并了解这个世界的大概，从而对这个领域产生兴趣，是每个老师在这门课授课之前必须要做的一件事情。教师可以采用一些现代化的多媒体授课技术，让学生更直观地了解电子设计自动化。由于电子设计自动化是一个很抽象的概念，因此，可以通过播放视频、图片等一些比较直观的内容来让学生了解这个领域。从学生最熟悉的电脑CPU引入，通过一段“CPU从设计到制造过程”的视频，让学生了解集成电路设计与制造的流程与方法，并引出集成电路这个概念。通过早期的集成电路与现在的集成电路的图片对比，引出EDA的概念，并详细讲解EDA对于集成电路行业的发展所作的巨大贡献。在教学过程中，通过向学生介绍一些使用EDA技术实现的当前比较主流的产品及其应用，提高学生对EDA的具体认识。这些方法不仅使学生对EDA相关的产业有了相应的了解，更激发了学生的学习兴趣，使学生能够踊跃地投入到“电子设计自动化”的学习中。

2.以实例展开理论教学

“电子设计自动化”的学习内容包含三大部分：[3]硬件描述语言（以VHDL语言为学习对象）、开发软件（以QUARTUSII为学习对象）和实验用开发板（以FPGA开发板为学习对象）。硬件描述语言的学习属于理论学习部分，是重中之重。对于一门编程语言的学习来说，语法和编程思想是学习要点。在传统的编程语言学习的过程中，通常都是将语法作为主线，结合语法实例逐渐形成编程思想。这种学习方法会使学生陷入到学编程语言就是学习语法的误区中，不仅不能学到精髓，还会因为枯燥乏味而产生厌倦感。如何能使学生既能掌握电路设计的方法，又轻松掌握语法规则是一个教学难题。笔者改变传统观念，将编程思想的学习作为教学主线，在理论学习过程中，以具体电路实例为基础，引导学生从分析电路的功能入手，熟悉将电路功能转换为相应的程序语句的过程，并掌握如何将这些语句按照规则组织成一个完整无误的程序。在此过程中，不断引入新的语法规则。由于整个过程中学生的思考重点都放在电路功能的实现上，而语法的学习就显得不那么突兀，也不会产生厌倦感。由于语法时刻都需要用到且容易忘记，因此在后期的实例讲解过程中需要不断地巩固之前所学过的语法现象，以避免学生遗忘，以此让学生明白，学习编程语言的真正目的是为了应用于电路设计。通过一些实践，学生体会到语言学习的成就感，进一步提高了学习兴趣，此方法收到了良好的教学效果。

3.将硬件电路设计的概念贯穿始终

硬件描述语言与软件语言有本质区别。很多学生由于不了解硬件描述语言的特点，在学习过程中很容易将之前所学的C语言等软件编程语言的思维惯性的应用于VHDL语言的学习过程中，这对于掌握硬件电路设计的实质有非常大的阻碍。因此，在教学过程中，从最初引入到最后设计电路，都要始终将硬件电路设计的概念和思维方式贯穿其中。在讲述应用实例时，需要向学生分析该例中的语句和硬件电路的关系，并强调这些语句与软件语言的区别。以if语句为例，在VHDL语言中，if语句的不同应用可以产生不同的电路结构。完整的if语句产生纯组合电路，不完整的if语句将产生时序电路，如果应用不当，会在电路中引入不必要的存储单元，增加电路模块，耗费资源。[4]而对于软件语言，并没有完整if语句与不完整if语句之分。为了让学生更深刻地理解不同的if语句对应的硬件电路结构特性，可以通过一个小实例综合之后的电路结构图来说明。如以下两个程序：

（1）entitymuxabisport（a，b：inbit；y：outbit）；end；architecturebehaveofmuxabisbeginprocess（a，b）beginifa>btheny<='1'；elsifa<btheny<='0'；endif；endprocess；end；

（2）entitymuxabisport（a，b：inbit；y：outbit）；end；architecturebehaveofmuxabisbeginprocess（a，b）beginifa>btheny<='1'；elsey<='0'；endif；endprocess；end；

（1）（2）两个程序唯一的不同点在于：程序（1）中使用的是elsif语句，是一个不完整的if语句描述，而程序（2）使用的是else语句，是一个完整的if语句描述。这一条语句的区别却决定了两个程序的电路结构有很大的不同。（1）综合的结果是一个时序电路，电路结构复杂，如图1所示。而（2）综合的结果是一个纯组合电路，电路结构非常简单，如图2所示。通过综合后的电路图比较，学生更深刻理解这两类语句的区别。强化硬件电路设计的思想，可以促使学生逐渐形成一种规范、高效、资源节约的设计风格，培养一个优秀的硬件电路设计工程师。

4.通过实践拓展强化学生动手能力

“电子设计自动化”是一门实用性很强的课程，学生在学完该课程后必须具备一定的硬件电路设计和调试的能力，因此在教学中需要不断地用实践训练来强化学生在课堂所学习的理论知识，并使他们达到能够独立设计较复杂硬件电路的能力。笔者在教学过程中鼓励学生将课程实践和毕业设计内容相结合的方法，让学生强化实践能力，收到了良好的效果。学习“电子设计自动化”课程的学生基本上都是即将进入大四，此时他们的毕业设计已经开始进入选题，开始了初步设计的过程。笔者先在实验课堂向学生布置一些常用硬件电路设计的题目，比如交通灯、自动售货机、电梯控制器等，让学生体会电子设计自动化课程的实用性，激发他们的思考和学习兴趣。在此基础上分组组建实践小团队，让每组学生共同完成一个较复杂的电路系统，比如遥控小车、温度测控系统等，鼓励他们将所做的内容与毕业设计对接。其中大部分同学通过这些训练都可以掌握硬件电路设计的基本方法和流程，有一部分同学还能设计出比较出色的作品。此过程不仅让学生体会到了学习知识的快乐，也培养了他们的团队协作精神，为他们以后的继续深造和工作做了铺垫。

第6篇：测控电路设计与应用范文

    由于C8051F060内部集成的外存存储器容量为4K,无法满足测试系统的要求,所以必须扩展外存容量。本方案中,考虑到C8051F060可扩展的外存容量为64K,因此选用IDT71V124SA12PH实现存储器的扩展。IDT71V124SA12PH是一款3.3V供电的、CMOS静态RAM,其存储容量为128K,完全符合测试系统的要求。C8051F060通过专用的EMIF接口配置外存储器,包括复用方式与非复用方式的选择、存储模式的选择以及时序的设置。

    2模拟信号调理电路设计

    测试仪中,模拟量采集模块分-5V~+5V、0~5V、0V~10V、4~20mA四种,而ADC1和ADC2的输入信号范围为0~VREF(VREF的值为2.5V),因此必须设计相应的信号调理电路进行转换处理。信号调理电路设计如图2所示。在图2所示的电路中,输入的±5V信号首先经LT1991降压后转换为±1.25V,LT1991是一款精准、增益可选放大器,通过改变引脚的接法可以获得不同的增益,当按图示的接法连接电路时,其增益为0.25。输入信号经LT1991降压后,再通过集成运算放大器LT1363同1.25V的基准电压做反相加法运算,将±1.25V的信号转换为0~-2.5V。最后经反相比例运算电路调整为0~2.5V。其中1.25V和2.5V的基准电压分别由电压基准芯片LT1790-1.25和LT1790-2.5产生。在图3所示的电路中,输入的0~5V信号首先经LT1991降压后转换为0~1.25V。经过降压的0~1.25V信号再经过由LT1363组成的放大电路放大为0~2.5V信号。在图4所示的电路中,由于LT1991可实现的最小增益为0.25,因此0~10V的信号经过LT1991后可直接衰减为0~2.5V。在图5所示的电路中,4~20mA的电流信号首先经过专用的芯片RCV420转换为0~5V的电压信号。再经过图5所示的0~5V信号调理电路转换为0~2.5V信号。数字信号调理电路设计转速的测量主要通过编码器实现,考虑到编码器输出方式一般为NPN型集电极开路输出,因此在设计信号接收电路时,必须要在编码器信号输出引脚上加一定的激励,否则无法实现信号的接收。编码器输出的信号经过激励后,接入隔离整形滤波电路,数字信号的隔离主要是通过光耦实现,笔者选用6N137光耦设计隔离电路。高速光耦6N137的前级输入电流为6.3~15mA,而加在编码器输出端口上的电压为5V,上拉电阻选为4.7k,因此如果直接将激励后的信号接入6N137,则无法使光耦导通。因此,必须将输出信号进行驱动。笔者选用74HC14作为驱动输入信号,该芯片内部集成六路反相施密特触发器,其输出电流可达25mA,完全符合系统的要求。编码器信号调理电路见图6所示。图6所示的电路中,编码器输出的A相信号经过74HC14后接入光耦6N137的输入级,光偶的输出信号在经过反相施密特触发器74HC14和电阻电容组成的整形滤波电路后送入单片机。反相施密特触发器的作用是将输入信号整形,电阻电容组成的滤波电路的作用是去除高频毛刺信号。考虑到输入信号的最高频率为500kHz,因此电阻R4的阻值选为200欧姆,电容C2的容值选为10nF,其信号截止频率=109/200×10=500kHz。由于本系统一共有16路模拟信号输入,8路数字量输入,而单片机内部的A/D转换器ADC0和ADC1以及可编程计数器阵列PCA0都只有1个信号输入通道,因此,必须设计模拟和数字多路选择电路进行多路信号的采集。考虑到单片机内部集成有2个A/D,因此模拟多路选择电路选用ADI公司的ADG1607芯片,该芯片内部有2个8选1的多路选择开关,供电电压最大可达18V,其应用电路如图7所示。数字多路选择电路以74LS151为核心,其应用电路如图8所示。

    3通信接口电路设计

    由于测试系统全部的数据显示工作都由上位机完成,因此必须保证下位机与上位机的通信功能。本系统采用RS232的通信方式。接口芯片选择MAXIM公司的MAX3232。MAX3232芯片是一款3.0~5.5V供电、低功耗、1Mbps、真RS232收发器。在使用时,只需要外接4只0.1μF的电容,就可以完成数据传输、通信的功能。

    4软件设计

    下位机软件设计下位机软件主要包括:系统初始化程序、读上位机命令程序、采样周期设置程序、模拟/数字通道设置程序、定时器T2中断服务程序、数据上传程序。下位机程序的流程如图9所示。上位软件设计在测试系统中,上位机与下位机需要进行通信。上位机发送控制指令给下位机,下位机采集数据结束后,上传数据给上位机。上位机接收到数据后,要对数据进行滤波,运算,并以曲线的形式进行显示。通过上位机测控软件可以方便实现上述功能。本测试系统利用虚拟仪器开发工具LabWindows/CVI开发了一套多功能测试系统上位机测控软件。本上位机软件的功能是,通过串口配置模块配置串口参数,与下位机进行通信;采集通道、采样周期等控制参数设置;发送控制指令,接收下位机采集到的数据;对数据进行物理量值转换、数据统计等运算处理以及曲线显示。为实现串口配置用到了OpenComConfig()函数,通过函数ComRd()与ComWrt()实现了数据的接收与发送。

    5实验验证

    为了验证方案的可行性,制作了采集系统样机并进行了系统实验。图10所示为使用高速凸轮机构进行实验的结果显示。

第7篇：测控电路设计与应用范文

关键词；土壤湿度；单片机控制；电磁阀滴灌；盆栽植物

0 引言

目前，盆栽植物越来越受到城市居民的喜爱，为了克服传统的人工给盆栽植物浇水带来的局限性，本文所介绍的盆栽植物生长过程土壤水分测控系统基于单片机控制，再配合土壤湿度检测电路设备探测盆栽植物所在的土壤环境，电磁阀门和可以根据不同植物进行多种灌溉方式的灌头，既克服了传统的人工浇水的不定时性和不准确性，又避免了以往水分控制系统的不准确性而造成的过涝等，因此采用土壤湿度监测模块，单片机控制模块，电磁阀门灌水模块所构成的盆栽植物土壤水分测控系统以降低设备投入，同时也不用自己去专门维护、检修，是比较理想的选择。

1 系统方案设计

系统总体设计方案主要由土壤湿度检测模块、单片机采集控制及输出电路模块、电磁阀及滴灌设备模块等几部分组成。系统构成如图1所示。

图1系统组成框图

整个系统的工作原理为：土壤湿度检测模块来完成对盆栽植物土壤湿度的采集；单片机采集控制系统将采集到的土壤湿度数据与设定的土壤湿度数据进行比较，进行实时灌水，达到设定值时停止灌水；电磁阀及滴灌设备用来实现根据单片机经过分析数据后，实现灌水或者停止灌水；进而使土壤湿度处在适宜农作物生长需求的最佳状态。

2 系统硬件电路设计

由A/D转换电路、STC89C52单片机和相应的振荡、复位电路、继电器控制电路组成单片机采集控制及信号输出模块是整个测控系统的核心。通过采集土壤湿度检测模块传递的实时土壤湿度信号，与设定的土壤湿度数据进行对比，然后输出信号使继电器控制电路控制电磁阀门的开关，从而进行对盆栽植物的实时灌水。

2.1 土壤湿度检测模块

土壤湿度检测模块由湿度探头和信号放大电路组成。

土壤湿度检测模块的工作原理：为当土壤湿度传感器插入土壤时，由于土壤含水量的不同，使得土壤湿度传感器的电阻值也随之变化，这个电阻器成为晶体管VT1的基极偏流电阻器。偏流电阻值的不同，使VT1的基极电流也不同，从而改变了VT1的集电极电流，也改变了发射极上的电流，这一电流流过电阻器R2时，在该电阻器上形成的电压，再经电阻器R5和R8分压以后加至运算放大器LM358的③脚(同相信号输入端)，经放大以后从LM358的①脚输出，并由VD3将输出电压限定在5V之内。

2. 2 单片机采集控制及信号输出电路模块

单片机采集控制及信号输出电路模块由A/D转换器ADC0832、STC89C52、继电器驱动电路组成。

图2 A/D转换器电路图

在单片机采集控制及信号输出电路中，土壤湿度检测电路输出端与A/D转换器的2脚和3脚相连，如图2所示。A/D转换器的1脚，5脚，6脚，7脚与单片机的P3口的P34, P37, P36,P35相连，完成相应的数字量转换。输出时，单片机P1口与驱动电路中的ULN2003AN的输入端相连，ULN2003AN的输出端与继电器相连，完成输出。

2.3 电磁阀滴灌模块

电磁阀采用常闭电磁阀，其压力范围0～0.8Mpa，电压范围0～24V。该电磁阀的原理是通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。

3 系统软件设计

盆栽植物生长过程土壤水分测控系统程序设计是基于盆栽植物土壤水分的变化。单片机采集到土壤湿度信号数据后，与事先设定的值进行比较，以决定是否加湿。本盆栽植物生长过程土壤水分测控系统采用滴灌加湿的方法。为了避免滴灌过量的情况发生，在滴灌后的一段时间内，只检测湿度，而不对土壤湿度信号进行处理。

4 结论

随着单片机技术在农业园艺上业务的不断拓展，采用土壤湿度监测模块，单片机控制模块，电磁阀门灌水模块所构成的盆栽植物土壤水分测控系统以降低设备投入，同时也不用自己去专门维护、检修，既克服了传统的人工浇水的不定时性和不准确性，又避免了以往水分控制系统的不准确性而造成的过涝等是比较理想的选择。

参考文献：

第8篇：测控电路设计与应用范文

关键词：红外热释电 开关 网络 485总线

1 引言

传统的电灯开关都是依靠手动控制，经常出现忘记关灯、人员短时离开灯光常亮的现象。本文设计了一种可以通过485总线远程控制的照明开关，内部集成了人体红外热释电传感器、环境光亮度传感器、交流电流互感器、小型功率继电器、485总线通信模块，由单片机进行智能控制。开关可以检测环境光亮度与有无人员进入，在环境光较暗的时候，发现有人进入立即打开开关，而环境光线足够的环境，则不启动人造光源，有效的节约了电能。

2 系统概况

网络型红外感应控制开关是由主控IC、人体红外热释电传感器、可见光强度传感器、继电器控制电路、电流检测电路、RS-485网络接口电路和电源电路组成。主控IC检测到各传感器传送来的信号，进行逻辑判断，通过继电器控制电路控制白织灯或荧光灯动作。RS-485网络接口为系统提供了网络协同处理能力。

3 硬件电路设计

（1）电源电路设计

本设计电源部分采用的交流电源变压器，输入电压220V AC输出电压12V DC，满载电流29.1mA。变压器次级经过全桥整流，得到稳定的直流12V输出。另外系统还集成了3.3V三端稳压模块，用于提供给主控IC和红外热释电传感器部分电路。5V稳压电源用于485通信电路。

（2）主控IC电路设计

主控IC采用宏晶科技的STC11L04E，芯片内部包含中央处理器、程序存储器、数据存储器、定时/计数器、UART串口、IO接口、看门狗及片内R/C振荡器和外部晶体振荡电路等模块。

STC11L04E内部集成了4KB的Flash，用于存储程序。同时集成1KB EEPROM，可以将红外开关的机号、工作模式设置等信息存储在EEPROM里，擦写次数可达10万次以上。

芯片内部集成硬件看门狗功能，可以在程序崩溃以后提供可靠的复位。芯片提供ISP/IAP功能，更新程序时只需要连接一根3芯数据线即可。

（3）通信电路设计

在TIA/EIA-485-A标准中规定了485可驱动的最大负载数为32[1]，本设计中采用的485通信IC选择德州仪器公司设计生产的75HVD3082，最多支持256个节点。用三极管Q2控制发送/接收状态。三极管导通时，DE/RE被拉高，系统处于发送数据状态。当三极管截止时，DE/RE被拉低，系统处于接收数据状态。发光二极管D2指示了系统的发送/接收状态。

为了防止总线空闲时出现不确定状态，增加了R15和R17，用来在总线空闲时，给总线上一个确定的信号。在RS485总线两端，会产生阻抗不连续的情况，会出现信号反射的情况。为了降低这种不匹配和不连续，需要在总线两端添加终端电阻，典型值为120Ω[2]，在总线的两端通过短接J5将此电阻接入总线。

75HVD3082输出为5V信号，而主控IC工作电压为3V，所以在75HVD3082的输出RO到主控IC引脚间加了两个电压匹配电阻，来改变主控IC的输入电压。而由于主控IC的IO输出高电平为3.3V，已经可以达到75HVD3082对输入高电平的要求，所以输入端直接与主控IC的IO口连接即可。

（4）人体热释电红外检测电路设计

人体热释电红外检测控制IC使用了深圳全智芯科技有限公司设计生产的AS081。AS081是一个CMOS工艺集成的PIR控制芯片，功耗低。内部架构采用模拟及数字混合电路的Mixed-mode方式设计，各种情况下使用皆十分稳定。

为了防止主板上其它数字电路对传感器造成干扰，采用单点接地的方式，用R12和R13将数字地与模拟地分开。PCB Layout时，也要充分考虑模拟部分信号地的铺铜处理。

（5）继电器控制电路设计

本设计采用了一组常开触点继电器，继电器线圈通电时触点吸合，线圈断电时触点断开。继电器触点串连在电灯电源线路上，用来控制电灯的开关。继电器线圈采用NPN型三极管Q3控制。当单片机引脚LIGHT_CONTRL输出高电平时，Q3饱和导通，继电器线圈通电，触点吸合。当单片机引脚LIGHT_CONTRL输出低电平时，Q3截止，继电器触点断开。

（6）电流检测电路设计

检测负载电路中有无电流通过，可以初步判断负载是否损坏，可及时通知相关维修维护人员进行检修。

4网络通信协议格式

开关采用标准串行通信，发送和接收数据每字节11位，1位起始位（0），8位数据位，1位奇偶校验位，和1位停止位（1）。

通信数据流格式为：帧起始符（1 Byte）+机号（地址域）（6 Bytes）+帧起始符（1 Byte）+控制码（1 Byte）+数据长度（1 Byte）+数据域（n Bytes）+数据校验（1 Bytes）+结束符（1Byte）。

帧起始符69H：表示一帧开始，值为69H=01101001B。

地址域A0～A5：地址域由6个字节构成，用压缩BCD码表示12位10进制数。每个终端有一个独立的通讯地址。通讯地址999999999999为广播地址，广播地址仅对特定的指令进行响应，在不知道某终端通讯地址时可以通过广播地址查询。为避免总线堵塞，应慎用广播地址。

控制码C：控制码占用一个字节，传输控制字，终端应答消息的控制码为服务器发送的控制码+80H。

数据长度L：数据域所传输的字节数。写数据时，数据长度小于50，读数据时，数据

长度小于200。

数据域DATA：数据域包含上位机下达的指令与控制参数或下位机上传的状态信息。数据的发送方要按字节加33H，接收方受到数据后，按字节减33H。

校验码CS：校验码为从帧起始符开始到校验码之前的所有数据模256的和。即本帧校验码前所有数据相加的和，不计超过256溢出的部分。

结束符：表示一帧的结束，值为17H=00010111B。

发送前导字节：在发送信息之前，先发送1～4个FEH，以唤醒接收方或告知接收方准备接收数据。

数据传输次序：所有数据均先发送低位字节，后发送高位字节。

数据传输响应时间：服务器发送命令到终端，终端接收到数据后做出响应。收到数据后的响应时间Td：20ms≤Td≤500ms。字节之间停顿时间Tb：Tb≤500ms。

差错控制：字节校验为偶校验，帧校验为数据累加和校验，接收方无论检测到字节校验出错还是帧校验出错，均抛弃整帧信息，不予响应。

传输速率：9600bps

5软件设计

由于红外热释电传感器需要一个适应环境的过程，整机上电以后，等待45秒时间让红外热释电传感器适应现场光线，稳定后开始工作。程序运行时，先接收、处理上位机发送来得指令，再根据相应工作模式设置开关的状态，最后打开或关闭开关。

6总结

经过实际应用与测试，本文设计的网络型红外感应控制开关能较好的实现预想效果，成功安装应用到了学校教室、机关单位走廊等公共场所。设置为人体感应工作模式时，在无人的房间，始终保持电灯关闭。有人进入后，马上点亮对应区域的电灯，实现了节约电能的作用。

参考文献：

第9篇：测控电路设计与应用范文

关键词：关键词：CAN ；RS485 ；光纤；井下；系统

中图分类号：TP331    文献标识码：A     文章编号：

    1．引言

    CAN是是控制器局域网络(Controller Area Network, CAN)的简称，是由研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发了的，并最终成为国际标准。是国际上应用最广泛的现场总线之一。，因为其高可靠性和良好的错误检测能力受到重视，被广泛应用于环境温度恶劣、电磁辐射强和振动大的工业环境。比如煤矿井下。

    在井下人员定位系统中，将CAN单独作为监控系统通信显然不妥，它常常作为大系统的分支连线。如何实现CAN总线在井下人员定位系统中的应用；对于大型煤矿，分布式监控系统的总线距离较远，如何采用光纤传输；如何在传输中保证信号稳定、安全且线路简单、造价低廉都是我们值得研究的问题。本文只对CAN总线接口的电路设计作介绍。

    2. CAN总线接口的硬件电路设计

    2．1 CAN模块硬件电路设计

 

    图 1 CAN模块设计图

 

    图2 CAN控制器和CAN隔离收发器

    传输接口与井下通信主站以及井下通信主站之间通过CAN 总线连接, CAN 总线接口电路如图2 所示。CAN控制器MCP2515是带有独立SPI（Searial Peripheral Interface 标准串行外设）接口的独立的CAN控制器，一共18个引脚。它完全支持CAN V2.0B技术规范，能发送和接收标准和扩展数据帧以及远程帧。自带的两个屏蔽寄存器和六个验收滤波寄存器可以过滤掉不想要的报文。   CAN隔离收发器CTM8251AT是一款带隔离的通用CAN收发器芯片，主要功能是将CAN总线的逻辑电平转换为CAN总线差分电平并且具有DC 2500V的隔离功能。

    高频信号传输时，信号波长相对传输线较短，信号在传输线终端会形成反射波，干扰原信号，所以需要在传输线末端加终端电阻，使信号到达传输线末端后不反射。对于低频信号则不用。本系统CAN总线末端CANLA和CANH之间加上120R的末端电阻。

    2.2 RS485模块的硬件电路设计

                                                                                                      图 3 RS485模块设计图

    RS485采用差分信号负逻辑，＋2V～＋6V表示“1”，- 6V～- 2V表示“0”。RS485有两线制和四线制两种接线，四线制是全双工通讯方式，两线制是半双工通讯方式。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。可实现真正的多点双向通信。

    由于系统的分支在煤矿下面应以距离不足1公里，选择性价比比较高的485方式组成2级分支，RS485最大无中继传输距离可达1200米。典型的单主机多从机结构见图4所示。

 

    图4 典型的单主机多从机结构

    本系统采用两线制半双工通讯方式，采用主机“轮询”，从机“应答”的点对点通信方式；主机使用广播地址发送命令时，从机不允许应答。理论上总线上可以接32个设备，但真正在使用时因为矿用产品的功率限制，总的电流不能大于500mA,所以一个分站接5个天线，最远的两个天线的距离不要超过1公里。

    485通信电缆中的信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。信号这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。消除这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。

    3. 结束语

    CAN总线应用范围的日趋广泛，能够适应越来越复杂的环境，特别是一些强干扰、远距离、地理分布不均、工作环境恶劣的应用场合。在基于RFID的煤矿井下人员定位系统中使用CAN作为传感网络的总线，针对煤矿的巷道分布复杂以及基于成本等方面的考虑，支线则采用485传输方式，RFID传感器信息通过485传输至总线。

参考文献：

[1] 饶运涛，邹维军，王进宏等. 现场总线CAN原理与应用技术[M]. 北京：北京航空航天大学出版社 2007

[2] 杜尚丰，曹晓钟，徐津.CAN总线测控技术及其应用[M]. 北京：电子工业出版社. 2006

[3] 阳宪惠. 现场总线技术及其应用.北京.清华大学出版社.1999

[4] 廉保旺，李勇，张怡.CAN总线系统设计与实现.无线电工程 2001.1