学号
数字图像处理
课程设计说明书
图像边缘检测系统设计
起止日期：2016年12月5日至2016年12月9日
学生姓名
班级13电信科1班
成绩
指导教师(签字)
计算机与信息工程学院电子信息工程系
2016年12月9日
课程设计任务书
2016—2017学年第一学期
计算机与信息工程学院电子信息与科学技术专业1班级
课程设计名称：数字图像处理课程设计
设计题目：图像边缘检测系统设计
完成期限：自2016年12月5日至2016年12月9日共1周
一、课程设计依据
在掌握数字图像处理基本算法的基础上，利用MATLAB、VC++、Java等编程语言设计具有指定功能的图形用户界面。
二、课程设计内容
1、设计一个实现图像边缘检测功能的界面
2、界面可以采用MATLAB、VC++、Java等编程语言设计
3、要求界面能够读入并显示图片，通过各种控件选择并进行图像的边缘检测操作，操作结果在对比窗口中显示
4、图像边缘检测功能至少包括单方向一阶微分检测（水平/垂直方向）、无方向微分检测（Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子、Laplacian算子、LOG算子）等，每项功能可采用一个或多个算法实现
三．课程设计要求
1、要求每个同学独立完成设计任务。
2、课程设计说明书封面格式要求见《课程设计说明书格式要求》。
3、课程设计的说明书要求简洁、通顺，图像表达内容完整、清楚、规范。
4、课程设计说明书要求：
1)说明题目的设计原理和思路、采用方法及设计流程。
2)可采用图表或文字对图形用户界面各子模块的功能以及各子模块之间的关系做
较详细的描述。
3)详细说明代码的编写流程。
4)采用图像及文字详细说明各功能的演示结果。
指导教师（签字）：
系主任（签字）：
批准日期：2016年12月1日
目录
第1章总体设计 (1)
1.1 设计目的 (1)
1.2 设计方案 (1)
第2章GUI界面设计 (2)
2.1 启动GUI界面 (2)
2.2控件设计 (3)
第3章运行结果及主要程序 (6)
3.1边缘检测的步骤及结果 (6)
3.2主要程序 (8)
总结 (11)
参考文献 (12)
第1章总体设计
1.1 设计目的
设计一个实现图像边缘检测功能的界面，通过各种控件选择并进行图像的边缘检测操作，操作结果在对比窗口中显示，完成一个简单的图片处理。
1.2 设计方案
先通过GUI可视化界面窗口设计一个对用户使用起来相对方便的界面布局，然后针对界面上的每一个控件进行脚本函数的编写，以实现每一个控件的相应功能。
需要实现的功能：图片的读取与显示，图片的对比显示和存储，彩色图片到灰度图像的转换，图片的各种算子边缘检测并显示（Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子、Laplacian算子、LOG算子等），并增加了退出程序按钮，最终生成一个可执行软件。
软件的总体设计界面布局如图1-1所示，主要分为2个部分：显示区域与操作区域。
显示区域：显示载入原图，以及通过处理后的图像。
操作区域：通过功能键实现对图像的各种处理。
在截图中可见，左部为一系列功能按键有“读取图片”、“二值化”、“灰度化”三个按钮。界面右部分为图片显示部分，下方有“存储图片”、“退出”功能键。界面中间方为系列功能切换选择组包括单方向一阶微分检测（水平/垂直方向）、无方向微分检测（Roberts 算子、Sobel算子、Prewitt算子、Laplacian算子、LOG算子）等。
图1-1 设计界面图
第2章GUI界面设计
2.1 启动GUI界面
通过单击MATLAB菜单项“Home”-->“New”-->“Graphical User Interface”，显示GUI 开发环境的启动窗口，也可在命令窗口输入命令：guide——打开GUIDE启动界面，如下图2-1所示。弹出GUIDE Quick Start对话框，如图2-2所示。选择Blank GUI，打开版图编程器如图2-3。
图2-1 命令窗口
图2-2 GUI启动窗口
图2-3 版图编辑器
2.2控件设计
1.button按钮
利用版图编辑器在布局区添加按钮，双击控件调出属性编辑器，对其进行属性设计。String表示控件的显示信息，Tag表示控件的唯一标识符。
图2-4按钮控件的设置
右击button选择“Callback”选项，定位该控件的回调函数。如下图所示。
图2-5查看button回调函数
回调函数初始代码：function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles) pushbutton3_Callback是按钮的回调函数，Callback函数是当用户每次触发GUI对象时执行的回调函数；hObject为当前回调函数对应的GUI对象的句柄；eventdata表示事件代码；handles为当前GUI所有数据的结构体，包含所有GUI对象的句柄和用户定义的数据。
2.按钮组
为方便编程，采用按钮组进行算法实现，利用版图编辑器的按钮组，添加单选按钮到按钮组。如图2-6所示。
图2-6按钮组
右击按钮组选择SelectionChangeFcn选项，定位该控件的回调函数，如图2-7所示。
图2-7查看按钮组回调
回调函数初始代码：function uipanel1_SelectionChangeFcn(hObject, eventdata, handles)，程序代码见附录。
搭建结果界面截图如2-6所示。
图2-8 设计界面图
设计完成后运行的软件界面如图2-9所示，点击按钮组里算法选项可看到程序运行结果，程序见附录。
图2-9 运行界面图
第3章运行结果及主要程序
3.1边缘检测的步骤及结果
一般来说，边缘检测的算法有如下四个步骤：
1)滤波：边缘检测算法主要是基于图像增强的一阶和二阶导数，但导数的计算对噪声很敏感，因此必须使用滤波器来改善与噪声有关的边缘检测器的性能。
2)增强：增强边缘的基础是确定图像各点邻域强度的变化值。增强算法可以将邻域（或局部）强度之有显著变化的点突显出来。边缘增强一般都是通过计算梯度幅值来完成的。
3)检测：在图像中有许多点的梯度幅值比较大，而这些点在特定的应用领域中并不都是边缘，所以应该用某种方法来确定哪些是边缘点。最简单的边缘检测判据是梯度幅值阈值判据。
4)定位：如果某一应用场合要求确定边缘位置，则边缘的位置可在子像素分辨率上来估计，边缘的方位也可以被估计出来。
图3-1 算子运行结果（1）
图3-2 算子运行结果（2）
1.一阶微分
作为坐标点（x ，y ）处的灰度倾斜度的一阶微分值，可以用具有大小和方向的向量表示如下：
????
?
?????????==y f x f f f y x f y x ],[)],([G
其中，x f 为x 方向的微分，y f 为y 方向的微分。
x f 和y f 在数字图像中是用下式计算的：??
?-+=-+=),()1,()
,(),1(y x f y x f f y x f y x f f y
x 微分值x f 和y f 被求出后，由以下的公式就能算出边缘的强度与方向。 强度：
22y x f f +或者 y x f f +，方向：向量）
（y x f f ,的朝向。 2. Roberts 算子，边缘定位精度较高，但容易丢失一部分边缘，同时图像没经过平滑处理，所以不具备抑制噪声的能力。该算子适用于具有陡峭边缘且含噪声少的图像。 3. Sobel 算子和Prewitt 算子，对噪声具有一定抑制能力，但不能完全排除虚假边缘。定位效果不错但容易产生多像素边缘。
4.LOG 算子，抑制噪声会将尖锐的边缘平滑掉而无法被检测到。当高斯滤波器宽度参数取值较小时，边缘定位精度高，但图像平滑作用较弱；增大取值时，又导致模板增大，使边缘位置偏移严重，且运动量增加。
5.Canny 算子，当弱边缘和强边缘相连时，才输出弱边缘，检测效果要比LOG 算子好。
6.拉普拉斯算子，不依赖于边缘方向的二阶微分算子，定位准确，对噪声非常敏感，使噪声加强，从而使部分信息丢失，造成一些不连续的边缘。
由上可知，算子不同，结果存在明显差异，但是在原始图像上边缘明显的部分都被有效的提取出来了。Roberts 算子检测出的边缘线比较清晰，但噪声大多也同时提取出来了。对于模糊部分取差分间隔宽的Sobel 算子和Prewitt 算子似乎有效。Canny 算子可以检测到弱边缘，但受阴影的影响较大。LoG 算子易于强化噪声，更适用于点状物的检测和图像锐化。
3.2主要程序
1.读取图片程序，定义可读取“.jpg.bmp.gif.png”属性的图片，读取图片到axes1坐标轴中显示。
function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles)
global im
[filename,pathname] = ...
uigetfile({'*.jpg';'*.bmp';'*.gif';'*.png';},'选择图片');
str=[pathname filename];
im=imread(str);
axes(handles.axes1);
imshow(im);
2.存储图片程序，存储axes2坐标轴的结果图像到自定义路径，可选择存储属性为“.bmp.tif.png”。
function pushbutton4_Callback(hObject, eventdata, handles)
global im %定义全局变量
[filename,pathname,filterindex]=...
uiputfile({'*.bmp';'*.tif';'*.png'},'save?picture');%存储图片路径
if isequal(filename,0)||isequal(pathname,0)
return%如果取消操作，返回
else str=[pathname filename];%合成路径+文件名
axes(handles.axes2);%使用第二个axes
im=getimage(handles.axes2);
imwrite(im,str);%写入图片信息，即保存图片
end
3.关闭窗口程序。
function pushbutton5_Callback(hObject, eventdata, handles)
close(gcf)%关闭当前Figure窗口句柄
4.按钮组功能，当选择按钮组中不同算法变换时，用switch语句进行算法的选择进行图像变换，显示结果在axes2坐标轴中。
function uipanel1_SelectionChangeFcn(hObject, eventdata, handles)
global im
[m,n,o]=size(im);
if o>1
im=rgb2gray(im);
R=double(im)/255;
else
R=double(im)/255;
end
str=get(hObject,'string');
axes(handles.axes2);
switch str
case 'Initial'
imshow(im)
case 'directionX'
a=[-1 -2 -1;0 0 0;1 2 1]/256;b=[-1 0 1; -2 0 2; -1 0 1]/256;
BW=conv2(im,a,'same');BW=abs(BW);%处理水平方向算子的结果
imshow(BW);
case 'directionY'
a=[-1 -2 -1;0 0 0;1 2 1]/256;b=[-1 0 1; -2 0 2; -1 0 1]/256;
BW=conv2(im,b,'same');BW=abs(BW);%处理垂直方向算子的结果
imshow(BW);
case 'directionXY'
a=[-1 -2 -1;0 0 0;1 2 1]/256;b=[-1 0 1; -2 0 2; -1 0 1]/256;
BW1=conv2(im,a,'same');BW1=abs(BW1);%处理水平方向算子的结果??
BW2=conv2(im,b,'same');BW2=abs(BW2);%处理垂直方向算子的结果??
BW=max(BW1,BW2);%取水平及垂直方向上的大值
imshow(BW);
case 'Roberts'
BW = edge(im,'Roberts');
imshow(BW);
case 'Sobel'
BW = edge(im,'Sobel');
imshow(BW);
case 'Prewitt'
BW = edge(im,'Prewitt');
imshow(BW);
case 'LoG'
BW = edge(im,'LoG');
imshow(BW);
case 'Canny'
BW = edge(im,'Canny');
imshow(BW);
case 'Laplacian'
a=[0 1 0;1 -4 1;0 1 0]/56;
BW=conv2(im,a,'same');
BW=abs(BW);
imshow(BW);
end
5.图像二值化，利用2bw进行图像二值化转化，并将转换结果在axes2 坐标轴中显示。
function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles)
global im
axes(handles.axes2);
BW=im2bw(im,0.4);
imshow(BW);
6.灰度图像转化，判断所读取图像是否为彩色图像，如果是则转化为灰度图像，并在axes2 坐标轴中显示转换结果图像。
function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles)
global im
[m,n,o]=size(im);
if o>1
BW=rgb2gray(im);
R=double(im)/255;
else
BW=im;
end
axes(handles.axes2);
imshow(BW);
总结
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术发展的日新日异，软件方面的应用已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为大学来说掌握各种软件的应用是十分重要的。
数字图像处理是我们这个学期的重点课程。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对我所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺，明白了学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。此次课程设计使我重新又学习了MATLAB的有关知识，对该软件掌握的更加熟练。
总之，最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：实践是检验知识的唯一标准。有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。在此要感谢我们指导老师对我们悉心的指导与帮助。在设计过程中，我通过与同学交流经验和自学，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力。
参考文献
[1]罗华飞.MATLAB GUI 设计学习手记[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009
[2]秦襄培.MATLAB图像处理与界面编程宝典[M].电子工业出版社,2009
[3]张强,王正林.精通MATLAB图像处理[M].电子工业出版社,2009
[4]杨娜,葛广英.基于MATLAB的灰度图像边缘检测技术[M].中国科技教育,2008年02 期
[5]张秀兰.基于MATLAB的数字图像的边缘检测[M].吉林化工学院学报,2002年02 期
[6]贾永红.数字图像处理[M] .武汉:武汉大学版社,2002:25-79.
[7]求是科技.MATLAB7.0 从入门到精通[M].北京:人民邮电出版社,2006:407-428.
哈尔滨工业大学 制造系统自动化技术作业 题目：零件质量的自动化检测系统设计 班号： 学号： 姓名： 作业三零件质量的自动化检测系统设计
PS 一、零件结构图 二、自动检测项目 （1）孔是否已加工？ 如图1所示，利用光电传感器来检测孔是否已加工。1PS 、2PS 、3PS 三个光电 传感器接受光信号，其中1PS 和3PS 检测从凸台两侧反射回来的光信号，2PS 检测从凸台中心线出反射回来的光信号。当孔已加工则所测得的波形如图3中2PS 所示，若孔还没有加工 则2PS 所测得的波形和1PS 、3PS 所测得的波形相同，故可以通过波形来确认孔是否已加工。 2 工件检测示意图图 3 检测波形图 ）面A 和B 是否已加工？ 图4为检测A,B 面是否加工的检测原理图，光电传感器发射装置发射脉冲， PG 2
若两个面均已经加工，则接收装置可以在工件经过时候接收到光电脉冲。若A,B 面没有加工，则在工件经过时检测不到光电脉冲。 图4 工件检测图 （3）孔φ15±0.01精度是否满足要求？ 方向设计一个类似于塞规的测定杆，在测定杆的圆周上沿半径方向放置三只电感式位移传感器。测量原理如图所示。假设由于测定杆轴安装误差，移动轴位置误差以及热位移等误差等导致测定杆中心O1与镗孔中心O存在偏心e，则可通 过镗孔内径上的三个被测点W1，W2，W3测出平均圆直径。在测定杆处相隔τ，φ 角装上三个电感式位移传感器，用该检测器可测量出间隙量y 1,y 2 ，y 3 。已知测 定杆半径r，则可求出Y1=r+y1,Y2=r+y2,Y3=r+y3。根据三点式平均直径测量原理，平均圆直径D0=2×(Y1+aY2+bY3) 1+a+b ,公式中a,b为常数，由传感器配置角决定，该测量杆最佳配置角度取τ=φ=125°，取a=b=0.8717。偏心e的影响完全被消除，具有以测定杆自身的主机算环为基准值测量孔径的功能，可消除室温变化引起的误差，确保±2μm的测量精度。 图5 孔径测定原理图
10KV 母线回路故障检测控制器软硬件设计方案 徐源 南阳理工学院电子与电气工程系 一、系统功能架构设计 根据附件一的要求,设计故障检测与控制系统架构如下: 高压支线电压送入电压互感器后获得合适的 AC 电压, 经感应电压调整器调整成两路电压,一路作为电压采集信号,一路为驱动电路和执行电路供电,为保证系统整体的稳定性和可靠性,在电压调整器上增加一个抑制峰值电压和反向电涌的抗干扰模块,采集到的电平信号经 A/D数模转换以后,送入 CPU 进行处理,当检测到电平信号的异常后,触发 CPU 的中断系统,在小于 0.1us 时间里对事件反应,先由 CPU 软件进行去抖动处理,滤除干扰信号, 然后判断出故障类型, 由 CPU 发出指令, 由调节执行电路完成高压线回路继电器的通断闭合,从而排除或正确判断故障类型。
系统信息适时通过 LED 屏幕或者 LCD 屏幕进行指示,并且延时参数等信息都可以通过面板的控制键盘进行设置,必要时可以用红外遥控器进行设置。 为保障系统的稳定运行,防止 CPU 死机,采用“看门狗”来防止软件意外的发生;为获得系统的适时故障检测信息, 采用 RTC 时钟并对系统进行适时监控, 并把故障信息存储在 8K 的 EERPOM 中去,防止掉电信息丢失,并可以适时对系统历史信息进行查询;数据通信采用 485总线和综自计算机进行通信。 此系统的自动化程度相对来说很高,功能更强大,稳定性也比较高,可以实现时时故 障显示和判断,甚至是简单故障的排除,人员的劳动强度和安全性得到有效保障,因为系统在很短时间内就可以排除故障或显示故障类型,对电力设备的安全有更大的保障。 二、故障检测控制器走线图
单片机系统课程设计 成绩评定表 设计课题:压力检测系统设计 学院名称:电气工程学院 专业班级:自动1304 学生姓名:赵博 学号: 2 指导教师:王黎周刚李攀峰 设计地点 : 31-505 设计时间 : 2015-12-28～2016-01-08
单片机系统 课程设计课程设计名称:压力检测系统设计 专业班级:自动1304 学生姓名:赵博 学号: 2 指导教师:王黎周刚李攀峰 课程设计地点: 31-505 课程设计时间: 2015-12-28～2016-01-08 单片机系统课程设计任务书
目录 1绪论 (3) 1、1压力检测系统概述 (3) 2总体方案设计原理 (4) 2、1 基于单片机的智能压力检测的原理 (4) 2、2 压力传感器 (4) 2、2、1 压力传感器的选择 (4) 2、2、2金属电阻应变片的工作原理 (5) 2、3 A/D转换器 (5) 2、3、1 A/D转换模块器件选择 (5) 2、3、2 A/D转换器的简介 (5) 2、4单片机 (6) 2、4、1 AT89C51单片机简介 (6) 2、4、2主要特性 (7) 2、4、3 管脚说明 (7) 2、5单片机于键盘的接口技术 (8) 2、5、1 键盘功能及结构概述 (8) 2、5、2 单片机与键盘的连接 (9) 2、6 LED显示接口 (10)
2、6、1 LED显示器 (10) 2、6、2七段数码显示器 (11) 2、6、3LED数码管静态显示接口 (12) 3软件设计 (14) 3、1 A/D转换器的软件设计 (14) 3、1、1 ADC0832芯片接口程序的编写 (14) 3、2 单片机与键盘的接口程序设计 (15) 3、3 LED数码管显示程序设计 (16) 总结 (18) 参考文献 (19) 附录A (19) 附录B (20) 1绪论 1、1压力检测系统概述 压力就是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制就是保证生产与设备安全运行必不可少的条件。实现智能化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义。本设计主要通过单片机及专用芯片对传感器所测得的模拟信号进行处理,使其完成智能化功能。介绍了智能压力传感器外围电路的硬件设计,并根据硬件进行了软件编程。 本次设计就是基于AT89C51单片机的测量与显示。就是通过压力传感器将压力转换成电信号,再经过运算放大器进行信号放大,送至8位A／D转换器,然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号,再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息,最后显示输出。而在显示的过程中通过键盘,向计算机系统输入各种数据与命令,让单片机系统处于预定的功能状态,显示需要的值。 本设计的最终结果就是,将软件下载到硬件上调试出来了需要显示的数据,当输入的模拟信号发生变化的时候,通过A/D转换后,LED将显示不同的数值。
万方数据
第４期王小利，等：单片机自动检测系统的设计 ５３ 统中采用按键选择单片机类型，驱动继电器开关电路选择不同的测试电路来改变下载模式以完成支持不同类型的单片机。检测过程中，控制命令由ＣＰＬＤ发出，分析按键选择状态，控制继电器的跳变及ＬＥＤ灯点亮的情况，与单片机进行串行通信，将数据写入单片机的Ｉ／Ｏ接口；同时ＣＰＬＤ从单片机Ｉ／０日读出数据，分析读写数据之间的关系，来完成ＣＰＬＤ对单片机故障的检测旧。。具体如图１所示。 图１ 系统整体结构框图 ２．１ ＣＰＬＤ控制模块的设计 本模块为检测单片机的核心模块，它需要实现与单片机串行通信、ＬＥＤ控制、按键输入模式控制、继电器跳变控制，共需５２个输出控制端口，若采用单片机来进行控制，会大大增加电路设计的复杂度以及电路的功耗和体积等。故在设计中采用了ＣＰＬＤ。ＣＰＬＤ具有高集成度、高可靠性以及硬件逻辑结构的可描述性等特点。在本模块中，ＣＰＬＤ主模块包含核心芯片、时钟电路和ＪＴＡＧ编程端口，主芯片选用Ａｈｅｒａ公司 ＭＡＸ ＩＩ系列中的ＥＰＭｌ２７０Ｔ１４４Ｃ５芯片，该芯片拥有 １ ２７０个宏单元，内部最高工作频率达到３０４ ＭＨｚ，１４４ 脚ＰＬＣＣ封装，可以提供１１６个可用Ｉ／Ｏ接口（见图 ２）。 Ｒ翮 Ｉ 模块 Ｉ 时钟模块电源模块 按键模式选择模块继电器控制模块 图２控制模块设计单元结构框图 ２．２ ＪＴＡＧ并口下载模块 并口下载模块（图３）使用７４ＨＣ２４４芯片，它为１个３态输出的８组数据缓冲器和驱动芯片，具有：①执行下载操作时，令ＤＢ２５的Ｄ３Ｄ２＝００，７４ＨＣ２４４各 个缓冲器均处于工作状态，Ｐｃ机并口上的Ｄ４、Ｄ５、 Ｄ７、ＡＣＫ几个信号分别通过各自的缓冲器与单片机上 ＳＣＫ（ＰＩ．７）、ＭＯＳＩ（Ｐ１．５）、ＲＥＳＥＴ、ＭＩＳＯ（Ｐ１．６）几个 引脚相接，传输数据。下载完成后，Ｄ３Ｄ２＝ｌｌ，７４ＨＣ２４４等缓冲器处于高阻态，即用于转换输入、输 出的信号电平，从而保证单片机与计算机间通信的准确性，真正实现在线编程功能。②增大了并口的驱动能力在实际电路中，常将几个缓冲器并联起来当作一个使用，以进一步增强缓冲器的驱动能力‘５引。 图３并ＬＪＦ载模块 ２．３ 串口收发／程序下载模块 为了实现单片机的自动监测，在本模块中，采用 ＣＰＬＤ与单片机进行串行通信，在串行通信中，遵循串 行数据传输协议（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ／ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ，ＵＡＲＴ），当总线处于空闲时为高电平，开始传送数据时首先发送１个低电平的起始位，起始位后面是数据位，数据位的传送顺序是低位在前，高位在后，数据位后面可以有奇偶校验位，最后是停止位，停止位可以是ｌ、１．５、２位的高电平。除了数据的传输和接受２个信号线以外，ＲＳ２３２还有握手信号和振铃信号，在本设计中采用了无硬件握手的传输方式，即只使 用ＲＸＤ和ＴＸＤ２个信号线。硬件的主要功能在 哪锨［激 嬲磊一 万方数据
常熟理工学院 电气与自动化工程学院 《传感器原理与检测技术》课程设计 题目：基于AT89C51单片机的 压力检测系统的设计 姓名：李莹 学号： 160509240 班级：测控 092 指导教师：戴梅 起止日期： 2012年7月2日－9日
电气与自动化工程学院 课程设计评分表 课程名称：传感器原理与检测技术 设计题目：压力检测系统的设计 班级：测控092学号：160509240 姓名：李莹 指导老师：戴梅 年月日
课程设计答辩记录 自动化系测控专业 092 班级答辩人：李莹课程设计题目压力检测系统的设计
目录第一章概述 1.相关背景和应用简介 2.总体设计方案 2.1总体设计框图 2.2各模块的功能介绍 第二章硬件电路的设计 1.传感器的选型 2.单片机最小系统设计 3.模数转换电路设计 4.传感器接口电路设计 5.显示电路设计 6.电源电路设计 7.原理图 第三章软件部分的设计 1.总体流程图 2.子程序流程图及相关程序 第四章仿真及结果 第五章小结 参考文献
第一章概述 1.传感器的相关背景及应用简介 近年来，随着微型计算机的发展，传感器在人们的工作和日常生活中应用越来越普遍。压力是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件。实现智能化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义。压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，并广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。压力测量对实时监测和安全生产具有重要的意义。在工业生产中，为了高效、安全生产，必须有效控制生产过程中的诸如压力、流量、温度等主要参数。由于压力控制在生产过程中起着决定性的安全作用，因此有必要准确测量压力。通过压力传感器将需要测量的位置的压力信号转化为电信号，再经过运算放大器进行信号放大，送至8位A／D转换器，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。 此次设计是基于单片机的压力检测系统，选择的单片机是基于AT89C51单片机的测量与显示，将压力经过压力传感器转变为电信号，经过放大器放大，然后进入A/D 转换器将模拟量转换为数字量显示，我们所采样的A/D转换器为ADC0808。 2.总体设计方案 本次设计是基于AT89C51单片机的测量与显示。电路采用ADC0809模数转换电路，ADC0809是CMOS工艺，采用逐次逼近法的8位A/D转换芯片，片内有带锁存功能的8路模拟电子开关，先用ADC0809的转换器对各路电压值进行采样，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。本次设计是以单片机组成的压力测量，系统中必须有前向通道作为电信号的输入通道，用来采集输入信息。压力的测量，需要传感器，利用传感器将压力转换成电信号后，再经放大并经A/D转换为数字量后才能由计算机进行有效处理。然后用LED进行显示。本设计的最终结果是，将软件下载到硬件上调试出来了需要显示的数据，当输入的模拟信号发生变化的时候，通过A/D转换后，LED将显示不同的数值。
机械人城市地下综合管廊有毒有害气体监 测系统方案 一、概述 在我国，石油、化工、煤炭、从事非常规、非连续作业的有限空间（如炉、塔、釜、槽车以及管道、烟道、隧道、下水道、沟、坑、井、池、涵洞、船舱、地下仓库、储藏室、地窖、谷仓等）等行业有
毒气体泄漏时有发生，这些灾难发生之前的预防与发生后，现场环境具有复杂性和危险性。为降低现场探测时对检测人员的伤害，并实现对事故现场的远程监控，深圳市圣凯安科技专门设计了基于机器人上用的有毒有害可燃气体传感器（SKA/NE-7）。SKA/NE-7可以在机械人在移动中实时传输实地检测的多种有毒有害气体，且机器人可以搭载高清相机实时视频画面检测，通过无线传输功能，能够将现场的数据实时传送给指挥中心。 在我国，石油、化工、煤炭、从事非常规、非连续作业的有限空间（如炉、塔、釜、槽车以及管道、烟道、隧道、下水道、沟、坑、井、池、涵洞、船舱、地下仓库、储藏室、地窖、谷仓等）等行业有毒气体泄漏时有发生，对人身安全的威胁也越来越大，这些灾难发生后，由于现场环境的复杂性和危险性，救援工作往往很难开展，也给救援队员的生命安全带来很大隐患。因此需要一种能够代替救援队员深入到危险区域并探测现场有用信息的监测机器人。目前工业应用领域的有害气体检测仪器大多是固定式或便携式的。使用固定式检测仪器，只能在安装点及其附近进行数据测量，检测范围小，局限性大；使用便携式检测仪器，仍需人员手持到现场进行操作。在石油、化工、煤炭、从事非常规、非连续作业的有限空间（如炉、塔、釜、槽车以及管道、烟道、隧道、下水道、沟、坑、井、池、涵洞、船舱、地下仓库、储藏室、地窖、谷仓等）等行业，生产车间在发生气体泄漏后，现场环境变得高危，不宜人员进入，而做出及时、正确的判断和决定又依赖于及时、准确的事故现场数据。还有一些本身就需在高危环境
设计题目：光照强度自动检测显示系统设计一、题目的认识理解 本次设计题目是光照强度自动检测显示系统设计，既然是系统设计，我们可以将其分解为模块，把复杂问题简单化。 数据采集模块，可用光敏电阻将光照强度信号转换为电阻信号从而进行测量计算。 测量电路模块，设置分压电路和比较电路，将电阻信号转换为电压信号分档输出，用于显示和报警。 显示报警模块，用发光二极管进行显示，同时设置光照过强时蜂鸣器报警。 二、设计任务要求： 设计一个光照强度自动检测、显示、（报警）系统，实现对外界三种不同条件下光强的分档指示和报警（弱、适宜、强） 1、方案的设计 根据题目选定光照强度自动检测所用的光电传感器类型； 1）自己设计至少三种以上不同光照条件，测定不同光照条件下光电传感器的输出； 2）传感器测量电路采用集成运算放大器构成的比较器完成，完成至少三种以上不同光照条件下显示报警系统方案的论证和设计；
3）完成自然光光照强度自动检测显示报警系统电路方框图、电路原理图的设计； 4）完成自然光光照强度自动检测显示报警系统中核心芯片的选型、系统中各个参数的计算（备注：1. 含各种元件参数的计算过程或依据2. 选定最接近计算结果的元件规格）； 5）设计结束后，进行仿真调试。 2、仿真调试方案 利用：Multisim等软件仿真，得出主要信号输入输出点的波形，根据仿真结果验证设计功能的可行性、参数设计的合理性； 给出系统整机电路图（利用PROTEL软件做出原理图SCH文件和PCB文件）。 3、完成课程设计报告。 三、设计所需基础知识及工具 1、基础知识 电路理论中电阻电路的分析、模拟电子线路中运算放大器、 比较器、功率放大器等知识，数字电子线路中开关特性及数 字信号等知识，传感器技术中的光电传感器原理及应用、测 量电路等部分知识。 2、设计工具 电子电路EDA仿真软件：Multisim 电子线路设计软件：Protel99SE。
石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范 (GB50493-2009) 1 总则 1.0.1 为预防人身伤害以及火灾与爆炸事故的发生，保障石油化工企业的安全，特制定本规范。 1.0.2 本规范适用于石油化工企业新建、改建、扩建工程中可燃气体和有毒气体检测报警的设计。 1.0.3 石油化工可燃气体和有毒气体检测报警的设计，除执行本规范的规定外，尚应符合现行国家有关标准的规定。 2 术语 2.0.1 可燃气体combustible gas 类可燃液体气化后形成的可燃气体。 指甲类气体或甲、乙 A 2.0.2 有毒气体toxic gas 指劳动者在职业活动过程中，通过肢体接触可引起急性或慢性健康的气体。本规范中有毒气体的范围是《高毒物品目录》（卫法监发〔2003〕142号）中所列的有毒蒸汽或有毒气体。常见的有：二氧化氮、硫化氢、苯、氰化氢、氨、氯气、一氧化碳、丙烯腈、氯乙烯、光气（碳酰氯）等。 2.0.3 释放源 source of release
指可释放能形成爆炸性气体混合物或有毒气体的位置或地点。 2.0.4 检（探）测器 detector 指由传感器和转换器组成，将可燃气体和有毒气体浓度转换为电信号的电子单元。 2.0.5指示报警设备 indication apparatus 指接受检（探）测器的输出信号，发出指示、报警、控制信号的电子部件。 2.0.6 检测范围sensible range 指检（探）测器在试验条件下能够检测出被测气体的浓度范围 2.0.7报警设定值 alarm set point 指报警器预先设定的报警浓度值。 2.0.8 响应时间 response time 指在试验条件下，从检（探）测器接触被测气体达到稳定指示值的时间。通常，达到稳定指示值90%的时间作为响应时间；恢复到稳定指示值10%的时间作为恢复时间。 2.0.9 安装高度vertical height 指检（探）测器检测口到制定参照物的垂直距离。 2.0.10爆炸下限 lower explosion limit（LEL）
石油化工企业可燃气体与有毒气体 检测报警设计规范 2007-6-9 1 总则 1.0.1 为保障石油化工企业的生产安全与/或人身安全,检测泄漏的可燃气体或有毒气体的浓度并及时报警以预防火灾与爆炸与/或人身事故的发生,特制定本规范。 1.0.2 本规范适用于石油化工企业泄漏的可燃气体与有毒气体的检测报警设计。 1.0.3 执行本规范时,尚应符合现行有关强制性标准规范的规定。 2 术语、符号 2.1 术语 2.1.1 可燃气体combustible gas 本规范中的可燃气体系指气体的爆炸下限浓度(V%)为10%以下或爆炸上限与下限之差大于20%的甲类气体或液化烃、甲B、乙A类可燃液体气化后形成的可燃气体或其中含有少量有毒气体。 2.1.2 有毒气体toxic gas 本规范中的有毒气体系指硫化氢、氰化氢、氯气、一氧化碳、丙烯腈、环氧乙烷、氯乙烯。 2.1.3 最高容许浓度allowable maximum concentration 系指车间空气中有害物质的最高容许浓度,即工人工作地点空气中有害物质所不应超过的数值。此数值亦称上限量。 2.2 符号 2.2.1 LEL可燃气体爆炸下限浓度(V%)值。 2.2.2 TLV车间空气中有害物质的最高允许浓度值。 3 一般规定 3.0.1 生产或使用可燃气体的工艺装置与储运设施(包括甲类气体与液化烃、甲B类液体的储罐区、装卸设施、灌装站等,下同)的2区内及附加2区内,应按本规范设置可燃气体检测报警仪。 生产或使用有毒气体的工艺装置与储运设施的区域内,应按本规范设置有毒气体检测报警仪。 1 可燃气体或其中含有毒气体,一旦泄漏,可燃气体可能达到25%LEL,但有毒气体不能达到最高容许浓度时,应设置可燃气体检测报警仪; 2 有毒气体或其中含有可燃气体,一旦泄漏,有毒气体可能达到最高容许浓度,但可燃气体不能达到25%LEL时,应设置有毒气体检测报警仪; 3 既属可燃气体又属有毒气体,只设有毒气体检测报警仪; 4 可燃气体与有毒气体同时存在的场所,应同时设置可燃气体与有毒气体检测报警仪。 注:2区及附加2区的划分见《爆炸与火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058。 3.0.2 可燃气体与有毒气体检测报警,应为一级报警或二级报警。常规的检测报警,宜为一级报警。当工艺需要采取联锁保护系统时,应采用一级报警与二级
目录 第一章系统总体方案选择与说明 (7) 1.1方案选择 (7) 1.2系统说明 (7) 第二章系统结构框图与工作原理 (8) 2.1设计框架图 (8) 2.2工作原理 (9) 第三章各单元硬件设计说明及法计算方 (10) 3.1 主控芯片80C51 (10) 3.2 A/D转换集成电路主芯片0809 (12) 3.3 集成气体传感器TGS202元件 (13) 3.4 地址锁存器主芯片74LS373 (14) 3.5 单片机时钟电路 (16) 3.6 复位电路 (17) 3.7 光报警系统 (18) 3.8 单片机振荡电路 (19) 第四章软件设计 (20) 4.1 软件总体设计 (20) 第六章总结 (23) 附件 1 （原理图） (25) 附录2 参考文献 (31)
第一章系统总体方案选择与说明 1.1方案选择 用单片机控制一个检测报警系统，与以往用数字逻辑电路组成的控制系统相比，用单片机组成的检测报警系统，应具有更大的灵活性，功能也更强，并具有智能性, 在实际工作中是一种行之有效的方法。因此，从理论上分析利用单片机为核心设计一个工业现场报警器系统是可行的。 1.2系统说明 单片机工业现场报警系统是对工业现场的有害气体进行检测，一旦有害气体的浓度超过容许的气体浓度围，系统闪光响铃报警。通过传感器对工业现场有害气体浓度的检测从而转换成相应的电压值，又通过A/D模数转换器将传感器的电压值的模拟信号转换为数字信号，然后所转换的数字量接到单片机80C51的P0口，最后单片机对接入的数字信号做出反应，判断所测有害气体的浓度是否超标，超标则做出闪光响铃的报警指示，处于安全围保持正常状态不变。
压力检测与控制试验系统设计 设计任务 1、设计参数 上位水箱尺寸：800×500×600mm，上位水箱离地200mm安装，通过直径为20mm的PVC管道与其他设备相连，设备离地30mm，要求测量设备入口处的压力。测量误差不超过压力示值的±1%。 2、设计要求 （1）上位水箱通过水泵供水，通过变频器控制水泵的转速； （2）通过查阅相关设备手册或上网查询，选择压力传感器、调节器、调节阀、变频器、水泵等设备（包括设备名称、型号、性能指标等）； （3）设备选型要有一定的理论计算； （4）用所选设备构成实验系统，画出系统结构图； （5）列出所能开设的实验，并写出实验目的、步骤、要求等。 课程设计评语 设计报告成 绩（30%）设计过程成绩 （30%） 答辩成绩 （40%） 总成绩
目录 第一章 (3) 1.1压力检测与控制试验系统的结构图 (3) 1.2 总体结构设计的思路 (4) 1.3完整的压力检测系统 (4) 第二章 (5) 2.1变频器的工作原理 (5) 2.2变频器选型 (5) 2.3变频器所选型号 (6) 第三章 (7) 3.1水泵选型的步骤 (7) 3.2 水泵的型号 (8) 第四章 (9) 第五章 (10) 第六章 (11) 第七章 (13) 课程设计总结 (14)
第一章 压力传感器是现代工业社会最常用的传感器之一，被广泛的应用于航空航天、石油化工，汽车制造等领域。随着现代工业的发展，对于压力传感器的需求量越来越大，要求也越来越高，传统的传感器生产及性能已逐渐不能满足需求，各个传感器生产厂商开始研制生产新型传感器，并增加自动化生产线，提高生产效率，刚医成本，以提高市场竞争力和适应现代工业的应用。传统的传感器的测量方法大都采用手工操作，特别是压力传感器，基本上都是采用手动油压或气压标定。尽管近几年也从国外引进了部分标定设备，但价格昂贵，不易推广。本系统应设计出的智能压力检测系统，成本低廉，使用方便，精度也比较高。 系统硬件设计有压力传感器测量压力，并将测量的信号输入放大器，然后送至A ／ D转换器，A／D转换器将输入的模拟信号转换为数宇信号送至单片机。 单片机根据已编制好的程序，对压阻元件非线性测量误差进行修正并对 修正后的数据进行处理。同时该系统兼具有键盘输入，LED显示与超限 报警功能。 1.1压力检测与控制试验系统的结构图： 图1
某水库大坝安全监测自动化系统设计与施工 摘要：本文重点从某水库大坝的安全监测自动化系统的实施，谈到了对测位的布置、信号传输及设计、施工，同时也对防雷等问题做了分析。 关键词：水库大坝；监测；自动化；设计实施 0 前言 在土石坝安全监测自动化系统中，基础土建是其重要组成部分，往往由于认识的不足和工程应用研究较少，造成系统脆弱，成为水利自动化推广普及以及向深层次发展的屏障。为此，应重视并研究水利自动化系统的基础土建问题，为新建、改建及扩建的自动化工程建立可行的基础条件。 １测位布置 测位的布设原则是在满足大坝安全监测需求的基础上与自动化建设过程及长期稳定运行相适应的综合建设体系。某水库枢纽工程由土坝、溢洪道、输水洞和水电站等组成。土坝坝型为粘土心墙坝，最大坝高63m，坝顶长267m。目前实施的主要测点及监测项目有：大坝渗流压力、浸润线、绕坝渗流、上游坝坡渗透压力、心墙渗透压力、坝基渗透压力、排水导渗降压效能、地下水位、渗流量、库水位、温度场等。主要监测方法为测压管传感器法。主要监测设备为测压管、渗压计、投入式压力传感器、超声波水位流量计、电磁流量计、铂电阻温度传感器等。自动化系统的设计要求是将各测点采集的监测数据传送到监测中心站，由监测中心站完成数据处理与存储过程，实现土坝安全监测的自动化。 2 信号传输 大坝安全监测自动化系统是国内外近年来发展较快的应用技术，其系统的土建设计与施工目前还缺乏想应的行业规范，实施中遇到的主要问题有传输路径研究、设备保护、线路防护等，防护过程包括防止人为破坏、气候因素造成的破坏、电磁干扰及雷电轰击等。过去的水库管理中，曾有过自动化的雏形，如单一的远传水位计或坝体内预埋传感器等，信号传输路径通常是线路直埋或配合部分架空敷设，多数设备不可避免地在外力场、温度及电磁场的作用下很快夭折。总结其破坏形式，主要是外力破坏（如剪刀、拉力等）、生物破坏（如鼠嗑、虫灾等）、雷击破坏等；而内力破坏则不多见。这种系统一般只适应单测点的场合，而且不能改变结构，极易造成系统报废。 当前实施的土石坝安全监测自动化系统是一个具有相当规模的综合系统，是集多项目、多测位和多传感器于一体的自动化工程系统。从国际坝工管理发展趋势和我国水库水资源在现化国民经济中的重要地位考虑，在一改过去粗放型管理模式，朝着美化、细化和人文化的方向发展的基础上，建立经济、可靠、运行稳定的实用型信号线敷设和传感器仪表箱设计安装等方面是值和研究的。从多种传
传感器原理及应用课程 设计说明书 设计题目：光照强度自动检测显示报警控制 系统设计 学号： 姓名： 完成时间：2010、12、13至2010、12、19 总评成绩： 指导教师签章：
设计题目：光照强度自动检测显示系统设计 一、题目的认识理解 本次设计题目是光照强度自动检测显示报警控制系统设计，完成光照强度自动检测、显示、报警、控制系统。采用电路、数电、模电知识柔和一块设计电路，将系统分为四个模块设计电路：检测、显示、报警、控制，把复杂问题简单化。 数据采集模块，可用光敏电阻将光照强度信号转换为电阻信号从而进行测量计算。 测量电路模块，设置分压电路和比较电路，将电阻信号转换为电压信号分档输出，用于显示和报警。 显示报警模块，用发光二极管进行显示，同时设置光照过强时蜂鸣器报警。 自动控制模块，用或非门实现暗光控制，同时继电器闭合，打开日光灯，当在外界中、强光条件下继电器掉电日光灯熄灭。 一、设计任务要求： 设计一个光照强度自动检测、显示、报警、控制系统，实现对外界三种不同条件下光强的分档指示和报警（弱、适宜、强） 1、方案的设计 根据题目选定光照强度自动检测所用的光电传感器类型； 1）自己设计至少三种以上不同光照条件，测定不同光照条件下光电传感器的输出；2）传感器测量电路采用集成运算放大器构成的比较器完成，完成至少三种以上不同光照条件下显示报警系统方案的论证和设计； 3）完成自然光光照强度自动检测显示报警系统电路方框图、电路原理图的设计； 4）完成自然光光照强度自动检测显示报警系统中核心芯片的选型、系统中各个参数的计算（备注：1. 含各种元件参数的计算过程或依据2. 选定最接近计算结果的元件规格）； 5）设计结束后，进行仿真调试。 2、仿真调试方案 利用：Multisim等软件仿真，得出主要信号输入输出点的波形，根据仿真结果验证设计功能的可行性、参数设计的合理性； 给出系统整机电路图（利用PROTEL软件做出原理图SCH文件和PCB文件）。 3、完成课程设计报告。
本科毕业设计论文题目: 有害气体检测报警系统设计 专业名称 学生姓名 指导教师 毕业时间2014年6月
毕业设计任务书 一、题目 工矿企业九路有害气体实时监测报警系统设计 二、指导思想和目的要求 通过毕业设计使学生对所学测控及自动化基本理论加深理解，掌握测控系统设计的基本方法，培养独立开展设计工作的能力。 要求在毕业设计中： 1．设计工业生产线及厂房等要害部位易燃易爆等有害气体气体泄漏自动实时遥测报警系统。具有九路遥测、声光报警和泄漏位置显示功能； 2．分析设计要求，提出系统方案； 3．选择监控传感器，设计遥测系统电路； 4．设计遥控传输系统电路，进行电路设计计算，选择系统及电路组部件，元器件； 5．设计报警和泄漏位置显示系统，进行电路设计，选择电路组部件及元器件； 6．设计简易报警系统，制作和调试简易报警电路演示实物； 7．撰写毕业设计论文。 三、主要技术指标 1. 功能和性能： 监控对象：工业生产线及厂房、住宅有害气体泄漏 遥测遥控范围：500--1000m； 监控点：9个； 遥测遥控路数：9路；
报警方式：声，光、显示泄漏位置 2. 出总电路图和各部分电路图、出元器件名细表。 3. 制作和调试简易报警电路演示实物。 四、进度和要求 1. 1-3周：收集查阅资料； 2. 4-6周：完成总体方案设计； 3. 7-8周：完成系统各部分电路分析和设计； 4. 9-11周：完成电路组部件及元器件选择； 5．12-13周：完成毕业设计论文、实物制作. 五、主要参考书及参考资料 ⑴樊尚春等，《检测技术与系统》，北京航空航天大学出版社； ⑵方佩敏，《新编传感器原理。应用。电路详解》，电子工业出版社； ⑶张福学，《传感器应用及其电路精选》，电子工业出版社. 学生指导教师系主任
题目：基于单片机的智能压力检 测系统的设计
基于单片机的智能压力检测系统的设计 摘要 压力是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件。实现智能化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义。本设计主要通过单片机及专用芯片对传感器所测得的模拟信号进行处理,使其完成智能化功能。介绍了智能压力传感器外围电路的硬件设计,并根据硬件进行了软件编程。 本次设计是基于AT89C51单片机的测量与显示。是通过压力传感器将压力转换成电信号，再经过运算放大器进行信号放大，送至8位A／D转换器，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。而在显示的过程中通过键盘，向计算机系统输入各种数据和命令，让单片机系统处于预定的功能状态，显示需要的值。 本设计的最终结果是，将软件下载到硬件上调试出来了需要显示的数据，当输入的模拟信号发生变化的时候，通过A/D转换后，LED将显示不同的数值。 关键词:压力；AT89C51单片机；压力传感器；A/D转换器；LED显示；
Design of pressure detecting system based on single-chip Abstract Pressure is one of the important parameters in the process of industrial production. Pressure detection or control is an essential condition to ensure production and the equipment to safely operating, which is of great significance. The single-chip is infiltrating into all fields of our lives, so it is very difficult to find the area in which there is no traces of single-chip microcomputer. In this graduation design, primarily through by using single-chip and dedicated chip, handling of analog signal measured by the sensor to complete intelligent function. This design illustrates external hardware circuit design of intelligent pressure sensor, and conduct software development to the hardware. The design is based on measurement and display of AT89C51 single-chip. This is the pressure sensors will convert the pressure into electrical signals. After using operational amplifier, the signal is amplified, and transferred to the 8-bit A/D converter. Then the analog signal is converted into digital signals which can be identified by single-chip and then converted by single-chip into the information which can be displayed on LED monitor, and finally display output. In the course of show, through the keyboard to input all kinds of data and commands into the computer, the single-chip will locate in a predetermined function step to display required values. The end result of this design is that by downloading software to the hardware, it will get the data which is required to display by debugging. When the input analog signals change, the LED monitor will display different values through the A/D converting. Key words:pressure; AT89C51 single-chip; pressure sensor; A/D converter; LED monitor;
第一章绪论 1.1引言 随着工农业现代化经济的发展，及时、准确地对易燃、易爆、有毒、有害气体进行监测预报和控制已成为当前煤炭、石油、化工、电力等部门急需解决的重要问题。同时随着人们生活水平的提高，人类对生态环境净化的要求也越来越高，迫切要求监测监控易燃易爆和有毒有害气体，减少环境污染，确保身心健康。因此研制气体传感系统是十分重要的，已成为当今传感技术发展领域的一个重要前沿课题。 过去研究开发的气体传感器主要用于家庭中常用的煤气、液化石油气、天然气以及矿井中瓦斯气体的检测和报警，并取得了很大的成就，基本满足了市场的需要。进入90年代随着科学技术的发展，人们生活水平的提高，对气体传感器的需求已有所不同。同时，随着近年酸雨、温室效应、氧层破坏及环境污染等的频繁发生，严重影响了人类的健康和生存。检测气体的种类由原来的还原性气体（如H2、CH4等）扩展到毒性气体(如CO、NO2、H2S、NH3等)以及食物相关的气体(如鱼、肉鲜度、醋酸乙脂等)1????。 气体浓度的检测主要应用于以下几方面： 1) 用于环境保护工业应用会排放大量废气产生有毒有害气体。CO2的超标排放导致温室效应，使全球变暖，气候恶化，结果是冰川融化，陆地减少，山洪爆发造成洪涝灾害，农业病虫害更为严重；Flon(氟里昂) 制冷剂的泄漏对臭氧层破坏严重，致使人们暴露在太阳的强紫外线下，从而危害人们的健康；SO2、CO等氧化物则直接危机人民的健康和生命财产安全。有毒有害气体检测的目的是为了帮助人们了解所处环境的安全状况，以便采取措施减少或消除这些气体的排放和泄漏。
(2) 防火防爆在存在可燃气体源的很多场所，经常因可燃气体大量泄漏引起不幸事故，例如社会生活与生产中存在的天然气（CH4）、煤气（CO）泄漏事故，矿井中瓦斯（CH3）爆炸事故等，给国民经济、人民生命安全造成巨大损害。因此对这些气体检测的可靠性和实时性至关重要，一旦气体泄漏超过允许标准（爆炸下限）时，要及时报警，以便采取措施，防患于未然。 由于甲烷气体（CH4）是普通的液体燃料的主要成分，既是易燃易爆又有毒有害，最近研究表明它还与温室效应有关，其吸收红外线能力是二氧化碳的15～20倍，据整个温室效应贡献量的15%，因此把甲烷气体作为本文实验研究中的样气。 (3) 故障前兆气体的检测“障前兆气体”是指所检测气体的出现或浓度发生变化兆示着某种事故将要发生，且浓度变化越大，预示着事故越严重。研究表明地球在形成过程中，其内部就贮存了一些气体，地球内部的活动会使其内部的气体沿其断层渗透出来。目前世界上很多国家都通过检测这些微量气体的浓度来推测地球内部的活动，从而预测地震发生的可能性，这些气体有氡（Rn）、氦（He）、氢（H2）、汞（Hg）、二氧化碳（CO2）等；在电力工业中，大型变压器或其它充油高压电气设备在运行过程中，由于绝缘材料的老化以及局部放电和电能热损耗对绝缘材料的作用，变压器中就会产生多种气体，这些气体的各组分浓度与变压器等电气设备的运行状况以及它们的故障大小和位置具有明显的对应关系2????；另外警察通过监测司机口中乙醇（Alcohol）的浓度也属于一种前兆检测。 要控制污染物的排放，满足人们对生存环境越来越高的要求，必须努力做到：(1)寻找污染小的能源；(2)实时监测污染物的浓度，作到有的放矢地控制污染物的排放。因此研制一种能够实时监测、高灵敏度、高分辨率的气体浓度传感器不仅具有理论意义，更有服务国民经济，改善人民生活的现实意义。 1.2气体检测方法概述
目录 1 压力检测系统总体方案 (2) 1.1设计方案 (2) 2 检测硬件系统 (2) 2.1 压力的测量装置 (2) 2.2 CB-68LP连接模块 (3) 2.3 TDS1012示波器 (3) 2.4 DH1715A-3型双路稳压稳流电源 (3) 2.5 其他 (4) 3 系统中的软件 (3) 3.1 软件支持 (4) 4 压力检测系统的设计 (5) 4.1 压力检测装置前面板设计 (5) 4.2 压力检测装置后面板设计................................. .8 4.3 测量调试 (8) 5 实验数据处理及误差分析 (8) 5.1 数据采集程序 (8) 5.2 数据回放滤波程序及数字滤波器的设计理论 (8) 5.3 对传感器的压力标定 (9) 5.4 误差分析 (10) 6 心得体会 (11) 参考文献 (11)
1 压力检测系统总体方案 1.1设计方案 该系统的总体设计方案，主要由软件和硬件两大部分组成。传感器先将被测信号转换成电压信号，经过信号调理电路，由数据采集与传输模块进行A/D 转换和数据采集，再通过串口与计算机通信。应用LabVIEW 虚拟仪器开发工具编写软件，实现对信号的显示、存储和分析。 1.2 实验原理 在现代包括检测在内的绝大多数信息处理的思路都是将采集的信号转化为电压值（因为电压值便于处理），再将电压值转化为我们要的对象。压力传感器测量压力也不例外。 本实验是通过压力传感器采集压力，再通过采集卡，由电脑进行数据处理，最后转化为压力值。 2检测硬件系统 2.1 压力的测量装置 小量程测力/称重传感器，型号：BK—3；量程：120kg；供电：12V；输出：0~5V 精度：0.2%，弹性体为三片梁、复合悬臂梁结构，结构小巧，用于拉伸力和压缩力测量。精度高，性能稳定可靠，安装使用方便。拉式或压式承载。适用于建材行业的电子秤、皮带秤、小量程测力/称重的工业自动化测量控制系统。
第1章绪论 1.1 研究背景和意义 随着社会和科学技术的不断进步，人们对生命现象的认识也越来越深入，生物医学信号的检查是对人体健康状况评估的手段。在医院里，通过检查必要的生物医学数据，医生可以对病人健康程度做一个评估，并且根据数据诊断出病患所得的疾病以及康复状况。同时，医药保健类产品早已经不是医院的专利，以家庭为单位，几乎每个家庭都配备了必要的医疗保健类用品[1-3]。在适宜的医疗设备条件下，病人可以不依靠医生的辅助，自己采集医学生理数据，通过医学根据对此参数分析，评估健康水平或者诊断自身是否有疾病。现代的医疗仪器给人民生活带来了便捷，在智能化、便携式、可靠性、安全性等方面都有了很大的提高。仪器在实现功能的同时都有不同的特点，有的仪器便于携带，有的仪器操作简单。当然，结合众多优点的仪器无疑受到消费者的青睐。以医院为单位，因为测量出来的数据可以直接提供给医生作为诊断或评估病人身体状况的参考，所以这类医疗仪器性能高、功能强大、测量数据准确。而对于以家庭或个人来说，在保证功能的同时，方便测量生理数据、便于携带、价格低廉、智能化这些特点是此类医疗仪器发展的趋势。 作为诸多生理信号的一种，脉象信号蕴含着丰富的信息，从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多 生理病理的血流特征[4]。许多中医文献分析脉象的形成和西医分析虽然表、述各有不同，但是有相同的科学原理。 人体循环系统由心脏、血管、血液所组成，负责人体氧气、二氧化碳、养分及废物的运送。血液经由心脏的左心室收缩而挤压流入主动脉，随即传递到全身动脉。当大量血液进入动脉将使动脉压力变大而使管径扩张，在体表较浅处动脉即可感受到此扩张，即所谓的脉搏[1]。 正常人的脉搏和心跳是一致的。脉搏的频率受年龄和性别的影响，婴儿每分钟