自动检测技术课件8.ppt

第8章 自动检测系统设计 目录 8.1 自动检测系统的设计原则与步骤 8.2 传感器的合理选用 8.3 自动检测系统的性能估计 8.4 自动检测系统设计举例——在线微量 水分测量系统设计 8.5 啤酒瓶残留清洗液在线检测系统设计 8.6 空气压缩机的曲轴工作应力测试 8.1 自动检测系统的设计原则与步骤8.1.1 自动检测系统的设计原则 对自动检测系统的设计者而言 首先要保证所设计的自动检测系统能够实现所要求的功能和技术指标； 要满足系统在可靠性、可维护性方面的要求，如平均无故障工作时间、故障率、失效率、平均寿命等指标； 降低成本，提高系统的性能价格比。 自顶向下的设计方法， 即从总体到局部、再到细节。先考虑整体目标，明确任务，把整体分解为多个子任务，并充分考虑子任务之间的联系。 自底向上的设计方法 为了完成某个检测任务，可以利用现有的模块、仪器，综合成一个满足要求的系统。这种系统虽然未必是最简单、最优化的方案，但只要能完成检测任务，仍不失为快速、高效解决问题的方法。 “硬件软化” 为降低硬件成本，将某些硬件功能用软件实现。但是硬件软化后运行速度比硬件低得多。如果检测系统对速度要求不高，可以采用这种方法。 “软件硬化” 近年来随着半导体技术的发展，又出现了“软件硬化”的趋势，即将软件实现的功能用硬件实现。其中最典型的是数字信号处理芯片DSP。 软硬件折衷 智能检测系统中有些功能必须靠硬件实现，而另外有些功能利用软件或硬件都可完成。 软件可完成许多复杂运算，修改方便，但速度比硬件慢。硬件成本高，组装起来以后不易改动。 8.1.2 自动检测系统的设计步骤 1 确定任务、拟定设计方案 （1) 根据要求确定系统的设计任务、功能、指标 明确系统需要完成的测量任务； 明确被测信号的特点、被测量类型、被测量变化范围、被测量的数量、输入信号的通道数； 明确测量速度、精度、分辨率； 明确测量结果的输出方式、显示器的类型。 （2) 进行总体设计 通过调研对所提出的系统初步设计方案，进行论证，完成系统总体设计。 在完成总体设计之后，便可进行设计任务分解，将系统的研制任务分解成若干子任务 之后针对子任务去进行具体的设计。 2 硬件和软件的研制 在开发过程中，硬件和软件应同时进行。 (1) 硬件电路的设计、功能模板的研制和调试 根据总体设计，将整个系统分成若干个功能块，分别设计各个电路，如输入通道、输出通道、信号调理电路、接口、单片机及其外围电路等。 在完成电路设计之后，即可制作相应功能模板。 (2) 软件框图的设计、程序的编制和调试 将软件总框图中的各个功能模块具体化，逐级画出详细的框图，作为编制程序的依据。 编写程序一般用汇编语言建立用户源程序。 3 系统总调、性能测试 在硬件、软件分别完成后，即可进行联合调试，即系统总调，测试系统的性能指标。 若有不满足要求之处，需要仔细查找原因，进行相应的硬、软件改进，直到满足要求为止。 8.2 传感器的合理选用 根据具体的测量目的、测量对象、测量环境合理的选用传感器，是进行自动检测系统设计需要解决的首要问题。 检测系统设计的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。 8.2.1 确定传感器的类型 全面考虑被测量的特点和传感器的使用条件，包括： 量程的大小； 被测空间对传感器体积的要求； 测量方式为接触式测量还是非接触式测量； 信号的传输方法，是有线传感还是无线传感； 传感器的来源，是购买商品化的传感器还是自 行研制传感器，是购买国产传感器还是购买进口传感器。 8.2.2 线性范围和量程 当传感器的种类确定之后，首先要看其量程和线性范围能否满足要求。 任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性范围是相对的。 根据不同的测量精度要求，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性传感器。 8.2.4 精度 传感器的选用原则并非精度越高越好。传感器的精度越高，其价格越昂贵。 传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。 应在满足同一测量目的的诸多传感器中选择最便宜、最简单、最可靠的传感器。 8.2.6 稳定性 传感器使用一段时间后，其性能保持稳定的能力称为稳定性。 影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。 8.3 自动检测系统的性能估计 将传感器、调理电路、数据采集系统集成为一个测量系统的基本原则是使测量系统的基本功能、静态性能、动态性能均达到预先规定的要求。 集成过程中很重要的一项工作就是所设计的测量系统性能的估计，亦即以子系统或环节的性能指标估计系统的性能指标。 检测系统分辨力与量程的预估 通常按检测系统分