液位监测实验剖析.docx

液位监测实验 设计三 数字式温度计的设计与制作 一、目的和要求 1.目的 （1）通过本次综合设计，进一步了解智能传感与检测技术的基本原理、智能检测系统的建立和智能检测系统的设计过程。 （2）学生设计制作出数字式温度计，提高学生有关工程系统的程序设计能力，。 （3）进一步熟悉掌握单片机技术、c 语言、汇编语言等以及在智能检测设计中的应用。 2.要求 （1）充分理解设计内容，并独立完成综合设计报告。 （2）综合设计报告要求：综合设计题目，综合设计具体内容及实现功能，结果分析、收获或不足，程序清单，参考资料。 二、实验设备及条件 热电偶 Easypro编程软件 热电偶或智能传感器DS18B20 Keil c安装盘 PC机、剥线钳、面包板、镊子、导线、电源、示波器、万用表、频率计 单片机及其外围电路所需元器件 烙铁、焊接板等焊接工具 万用表 电源 TEKTRONIX TDS1002 60MHZ示波器 三、实验原理、内容 本实验培养学生了解便携式数字仪表的制作，数字式显示仪表是一种以十进制数形式显示被测量值的仪表，与模拟式的显示仪表相比较，数字显示仪表具有读数直观方便，无读数误差准确度高，响应速度快，易于和计算机联机进行数据处理等优点。数字式显示仪表的基本构成方式如下，图中各基本单元可以根据需要进行组合，以构成不同用途的数字式显示仪表。将其中一个或几个电路制成专用功能模块电路，若干个模块组装起来，即可以制成一台完整的数字式显示仪表。其核心部件是模拟/数字转换器，可以将输入的模拟信号转换成数字信号，以A/D转换器为中心，可将显示仪表内部分为模拟和数字两大部分。 仪表的模拟部分一般设有信号转换和放大电路，模拟切换开关等环节。信号转换电路和放大电路的作用是将来自各种传感器或变换器的被测信号转换成一定范围内的电压值并放大到一定幅值，以供后续电路处理。 仪表的数字部分一般由计数器，译码器，时钟脉冲发生器，驱动显示电路以逻辑控制电路等组成。经放大后的模拟信号由A/D转换器转换成相应的数字量后，译码，驱动，送到显示器件去进行数字显示。还设有标度变换和线性化电路。标度变换电路用于对信号进行量纲换算，将仪表显示的数字量和被测的物理量统一起来。而线性化电路的作用是为了克服某些传感器（如热电偶，热电阻等）的非线性特性，使显示仪表输出的数字量与被测参数间保持良好的线性关系。这两个环节的功能既可以在数字仪表的模拟部分实现，也可以在数字部分实现，还可以用软件来实现。 数字温度测试仪有许多种，其温度信号的敏感元件也有许多种，如：半导体热敏电阻、金属热电阻、集成温度传感器、热电偶等。前几种热敏元件测温范围比较窄，一般在负几十度至正几百度左右，测温范围比较大的一般使用热电偶作为敏感元件，尤其是在高温测量的情况下，用热电偶作为敏感元件是一个比较理想的选择，目前市场上出售的热电偶最高温度可达2800?C。这是使用热电偶测温的优点之一。使用热电偶测温的另一个优点是，它可以直接将敏感到的温度信号转化成热电势，易于信号的获取和处理。 基于实验室条件限制，数字仪表的传感器采用温度传感器，热电偶或智能传感器DS18B20，了解其工作原理及应用，包括其信号的获取和处理；采用微处理器技术设计和制作基于DS18B20的数字温度计用于巩固学生所学的智能传感器理论和方法；研究数据融合技术，包括基于知识型专家系统的原理，采用微处理器技术设计和制作智能体温计，应用于医院的发烧门诊，实现根据病人的当前体温特征快速诊断病人疾病和疾病的分类，同时巩固学生所学的智能传感器理论和方法，着重于培养智能检测系统的设计构想、实际方案和实验方法，培养和建立智能系统概念。热电偶和智能温度传感器见教材章节。 数据融合及方法 多传感器数据融合的原理是充分利用不同时间与空间的多个传感器资源，采用计算机技术对按时序获得的多传感器观测信息在一定准则下加以分析、综合、支配和使用，获得对被测对象的一致性解释和描述，以完成所需的决策和估计任务，使系统获得比它的各组成部分更优越的性能，可见从融合方式上，数据融合可以分为时间融合、空间融合，在本系统运用了空间和时间融合， 即先在同一时间对各传感器的观测值进行融合，得出各个不同时间的目标位置估计，然后进行时间融合得出最终状态 空间融合，包括采用参数估计理论；时间融合可采用模糊理论以及基于知识的专家系统。 数据融合所用到的各种检测、分类与识别算法的分类情况如图3所示。主要分为基于物理模型的算法、基于特征推理技术的算法和基于知识的算法。在最近几年中，又发展了基于现代数学模型的数据融合方法，主要包括随机集合理论、条件代数、相关事件代数等。随机集合理论处理的随机变量为集合，而不是传统的随机变量。Goodman等人运用随机集合理论将多传感器多目标估计问题转换成单传感器单目标估计