牧场智能挤奶与综合信息管理系统资料17984.docx

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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.1 引言在当今社会，随着人们的生产水平不断的提高，大量先进的技术手段不断地应用到各个领域。在我们国家，在自动化技术、计算机技术等先进技术迅速发展的带领下，国民生产总值得以稳步提升。在“十一五”期间，提高农业生产水平被列位一个新的发展重点，这为相关领域的从业人员和技术工作者提出了许多新的课题。为提高农业综合生产水平，保障农业资源高效利用和环境保护，促进农业结构调整增加农民收入，农业部和技术部联合提出，把“多功能农业装备与设施研制”工作作为“十一五”国家科技基础

2、计划发展的重大项目，并希望通过技术创新，开发出一批可以用在工业化养殖、农产品质量检测等方面的实用性设备，通过使用这些设备保障农业增产增效、促进资源高效利用和可持续发展，为农业现代化和社会主义新农村建设提供技术装备基础。这些都为液晶屏显示的电导仪的设计与制作这一课题的研究提供了指导思想和研究方向。 液晶屏显示的电导仪的设计与制作是实现食盐加工厂自动化生产的一个具体体现，是作为研究智能化生产管理系统的一个典型事例来进行研究的。整个系统由：盐水过滤系统、食盐水电导自动检测系统，称重分群系统等部分组成。整个系统要求实现一个及自动化管理、生产过程监测、产品品质保障于一体，并可以用于实际生产的智能化生产管

3、理系统。其中，盐水电导自动检测系统这一部分是为最终生产合格的食盐的提供监测和控制功能的。检测顾名思思义就是是检验和和测量，智智能化检检测就是是利用计计算机的的计算处处理能力力对产品品的各种种属性进进行测量量，并通通过分析析、判断断得出一一个结果果。从而而输出相相应的控控制信号号。智能化检测测系统在在各个领领域的生生产过程程中都起起到了至至关重要要的作用用。它所所涉及的的主要学学科包括括，传感感技术、自自动控制制技术、计计算机技技术等，而而近年来来，信号号分析处处理、数数据通信信技术、抗抗干扰技技术等先先进的技技术也被被应用到到其中，以以提高智智能检测测控制系系统的可可靠性和和实用性性。一个个典

4、型的的智能化化检测、控控制系统统的基本本组成如如图所示示：被测对象检测传感器 执 行 器AD计算机DA 图：智能化化检测控控制系统统基本组组成(1)、检检测传感感器检测传感器器是用来来把被测测对象的的各种被被测参量量转换成成电信号号的装置置。我们们可以把把它形象象地比喻喻成整个个系统的的感觉器器官。传传感器可可以检测测的信号号有模拟拟量、数数字量和和开关量量三种形形式，这这些信号号由传感感器转换换成为电电信号之之后，还还必须经经过放大大、滤波波、调制制等相应应的信号号处理电电路才能能够与后后面的电电路相适适配。(2)、计计算机计算机部分分完成的的主要任任务是对对检测信信号进行行读取、计计算和分

5、分析，并并通过计计算结果果输出相相应的控控制信号号，各端端口的启启动以及及计算的的过程都都是在程程序的控控制下自自动进行行的。我我们可以以把它比比作系统统的大脑脑。现在在，单片片机已经经作为最最常用的的计算机机电路，被被广泛地地应用在在各种集集成化的的系统中中。另外，计算算机电路路还可以以连接显显示器、键键盘、绘绘图机、等等外围设设备，使使整个系系统更加加人性化化。(3)、执执行器用于按照计计算机输输出控制制信号完完成相应应的执行行动作。(4)、AAD和和DAA转换电电路AD转换换是为了了把非数数字信号号转换成成能被计计算机识识别的数数字信号号。DA转换换是为了了把计算算机输出出的数字字控制信

6、信号与执执行器相相适配的的信号。智能检测与与控制技技术的广广泛应用用确实为为各领域域的生产产带来了了跨越式式的发展展，它不不仅合理理地利用用了现有有资源，节节省了大大量劳动动力，还还提高了了生产效效率并提提供了极极高的可可靠性保保障。在在农业，养殖业和乡镇小型制造业的生产过程中，这一技术的使用还较少。由于缺少经验，要把该技术合理地运用到农业、养殖业和制造业的生产中，将面临着许多的困难。课题中所讨论的盐水电导自动检测系统就存在着一些问题，系统要求能够适应生产环境，适应采集合格盐度的整个生产流程，能应付一些不确定因素带来的干扰（例如通电时容易使盐水电解，不但影响食盐质量还对测量造成干扰）。这些问题

7、在研究系统解决方案的过程中必须对这些问题加以考虑。论文的内容容中引用用了很多多参考文文献中给给出的原原理作为为论述的的依据。为为对此课课题的研研究提供供了丰富富而强大大的理论论基础。另另外，论论文还把把实际操操作过程程作为发发现问题题和验证证各种理理论的一一平台；把实验验作为研研究的辅辅助手段段，按照照实验数数据讨论论相应的的解决方方法，并并依靠创创新的思思维方法法，合理理的将各各个有力力的论据据进行整整合，还还提出了了一些创创新的观观点，从从而得出出了最终终的研究究结论。2 课题概概述21课题题研究背背景现在越来越越来的人人们从工工农业，养养殖业等等各种繁繁重、复复杂的生生产劳动动中解放放出

8、来了了。人们们不用再拿着各各种工具具亲自深入入到各个生产产环节，更更多的是是人们只只需坐办办公室内内进行一一些简单单的操作作，就能能监测和和控制整整个生产产过程。而代替替人“走到”第一线线生产线线的是一一个个智智能化的的自动生生产系统统。这些些系统不不但可以以减轻劳劳动者的的工作强强度，还还能提高高生产效效率、保保证生产产安全、提提升产品品质量。正正是这些些自动化化生产系系统的广广泛应用用，才使使得社会会的生产产水平得得到了进进步，继继而提高高了社会会的生活活水平。与此同时，我们可以看到在当今工业高度自动化的时代，农业、养殖业和手工业的自动化水平还是相对落后的，而我国是农业大国，农业、养殖业的

9、生产水平是关系我国综合国力发展的一个关键因素。党中央也提出要加强对乡镇企业的建设力度，用有效的技术手段发展农村，解决三农问题。提高我国农民的生活水平。故可以预见，在未来几年中，各种智能化的自动生产管理系统将在乡镇得到越来越广泛的应用。液晶屏显示的电导仪的设计与制作这一课题正是对实现一个智能化生产管理系统中所遇到的各种问题进行深入地研究和讨论，并设计制作出一个可以应用于实际生产中的完整的系统。智能检测与与控制技技术已被被广泛应应用到各各个生产产领域中中，它已已成为自自动化生生产系统统中必不不可少的的一部分。分分别应用用它来对对生产的的条件（如如工作电电压、现现场温度度等）或或产品的的属性（如如产

10、品数数量、质质量等）进进行检测测，然后后通过计计算机对对检测结结果的分分析，就就可以对对生产过过程作出出相应的的控制。例例如在液液晶屏显显示的电电导仪的的设计与与制作这这一课题题中的盐盐水电导导自动检检测系统统就应用用了智能能检测和和控制的的技术。生生产合格格的食盐盐提高食食盐制造造厂的生生产目的的，因此此对盐水水电导进进行检测测是非常常重要的的生产环环节。利利用智能能检测和和控制技技术对盐盐水的检检测、采采集过程程进行控控制，既既可以使使产品质质量得到到保障，又又能有效效地提高高生产效效率。所所以在整整个生产产管理系系统中盐盐水电导导自动检检测系统统是关系系到生产产效益的的关键部部分。22系

11、统统设计的的要求本课题设计计的系统统要求具具有以下下功能：(1) 能完成对盐盐水电导导的测量量工作；(2) 对盐水采集集进行实实时的控控制，即即把符合合电导率率的盐水水和不符符合电导导率的分分别出来来；(3) 实现自动盐盐水采集集工作，即即在容器器装满时时对盐水水进行相相应的处处理；(4) 有较强的抗抗干扰能能力，能能适应生生产环境境的变化化； 3课题说说明 在实实验设计计中将应应用液晶晶屏显示示的电导导仪来测测量盐水水的电导导。电导导仪的种种类很多多，但液液晶电导导仪更适适用于乡乡镇企业业食盐制制造厂的的实际生生产。3. 1液液晶屏显显示器3. 1.1液晶晶显示器器的显著特特点1、 低压压、

12、微功功耗液晶显示器器的工作作电压极极低，只只要2VV-3VV即可工工作，而而工作电电流仅几几个微安安，这是是其他任任何显示示器件无无法比拟拟的。，只只有低压压、微功功耗的显显示器件件才可能能深入人人间的每每个角落落，伴随随人们生生活和工工作。在在工作电电压和功功耗上液液晶显示示正好与与集成电电路的发发展相适适应，从从而使电电子手表表、计算算器、便便携仪表表、以至至手提电电脑成为为可能。2、被动型型显示液晶显示器器件本身身不能发发光，它它靠调制制外界光光达到显显示目的的。它不不像主动动型显示示器件那那样，靠靠发光刺刺激人眼眼实现显显示，而而是单纯纯依靠对对外界光光的不同同反射形形成的不不同对比比

13、度来达达到显示示目的。故称其为被动显示。虽然被动型型的显示示本身是是不发光光的，在在黑暗处处不能看看清，但但在自然然界中，人人类所感感知的视视觉信息息中，990以以上是靠靠外部物物体的反反射光，而而并非靠靠物体本本身的发发光。所所以，被被动显示示更适合合于人的的眼视觉觉，更不不易引起起疲劳。这这个优点点在大信信息量、高高密度、快快速变换换、长时时间观察察的显示示时尤为为重要。此外，被被动显示示还不怕怕光冲刷刷。所谓谓光冲刷刷，是指指当环境境光较亮亮时，被被显示的的信息被被冲淡，从从而显示示不清晰晰。而被被动型显显示，由由于它是是靠反射射外部光光达到显显示目的的的，所所以，外外部光越越强，反反射

14、的光光也超强强，显示示的内容容也就越越清晰。诚然液液晶显示示不仅可可以用于于室外进进行显示示，而且且可以在在阳光等等强烈照照明环境境下也可可以显示示得很清清晰。对对于黑暗暗中不能能观看的的缺点，只只要配上上背光源源，就可可以克服服。3、无辐射射，无污污染液晶显显示器件件在使用用时不会会像CRRT使用用中产生生的软XX射线及及电磁波波辐射。这这种辐射射不仅污污染环境境还会产产生信息息泄露，而而液晶显显示不会会产生这这类问题题，它对对于人身身安全和和信息保保密都是是十分理理想的。3. 1.2液晶显显示器的的基本原原理。1、背光源源（Baackllighht） 液晶本本身并不不发光，液晶显示器能够显

15、示出高亮度高对比度的画面的前提是需要强大的背光系统。由于液晶显示器件本身具有纯平面、显示精细等特性，所以它需要一个亮度高且均匀的背光源。目前各个领域常用的背光源主要有：发光二极管（LED）、卤钨灯、电致发光器件（ELD）、冷阴极荧光灯、阴极发射灯（CLL）和金属卤化物灯等。其中作为面光源的EL显示器件完全符合亮度高且均匀的条件，但目前由于其成本高且尺寸小而并不适合在液晶显示器上使用。因此相对来说工艺成熟、亮度高、成本低、性能好的冷阴极荧光灯就成为目前彩色薄膜液晶显示器（TFT-LCD）上使用最广泛的背光源。冷阴极极荧光灯灯（Coold Catthodde FFluooresscennt LLa

16、mpps，简简称CCCFL），其其实就是是霓虹灯灯，不过过这种管管径小于于6mmm的“霓霓虹灯”跟跟普通霓霓虹灯的的工艺已已经完全全不同。霓霓虹灯是是一种线线光源，导导光板是是呈锲形形的平板板，负责责把线光光源雾化化成均匀匀的面光光源。可可见，背背光模组组的作用用无非就就是把线线光源发发出的光光通过漫漫反射使使之成为为面光源源。背光模模组里的的反射板板用于将将没有直直接散射射出去的的杂乱光光线再次次引入导导光板以以提高光光源的利利用率；它上面面的扩散散膜同样样具备把把光线形形成漫反反射并均均匀扩散散的能力力；而作作为背光光模组另另一重要要组件的的棱镜片片（垂直直和水平平相间隔隔）则负负责把光光

17、线聚拢拢，使其其垂直进进入液晶晶模块以以提高辉辉度，所所以又称称增亮膜膜。经过处处理，冷冷阴极荧荧光灯组组成的线线光源就就可以形形成亮度度均匀并并垂直射射出的面面光源。 2、液晶面面板（PPaneel）在得到到均匀的的面光源源之后，紧紧贴在背背光模组组上的液液晶面板板就负责责对光线线进行调调制以得得到最终终画面。跟跟背光模模组一样样，液晶晶面板同同样很薄薄（厚度度从数毫毫米到零零点几毫毫米不等等），但但其结构构并不简简单。因为液液晶面板板比较脆脆弱，所所以需要要加入几几层玻璃璃基板来来增加强强度并起起到保护护作用。在在液晶盒盒（通过过特定浇浇铸并扭扭曲了的的液晶分分子槽）之之下的是是主动驱驱动

18、矩阵阵TFTT电路，TTFT电电路具有有响应速速度快并并可记忆忆的功能能，正是是由于TTFT驱驱动的成成熟，才才使液晶晶显示器器的几个个性能瓶瓶颈得到到重大突突破。 上下两层相相互垂直直的偏振振膜和被被扭转的的液晶分分子相配配合使光光线得以以被显示示信号调调制成不不同强度度的输出出信号，液液晶上的的RGBB滤色片片（Coolorr Fiilteer，CCF）把把可见光光滤成三三原色，进进而组成成各种颜颜色来还还原画面面液晶显示器器(LCCD)是是现在非非常普遍遍的显示示器。它它具有体体积小、重重量轻、省省电、辐辐射低、易易于携带带等优点点。液晶晶显示器器（LCCD）是是基于液液晶电光光效应的的

19、显示器器件。包包括段显显示方式式的字符符段显示示器件；矩阵显显示方式式的字符符、图形形、图像像显示器器件；矩矩阵显示示方式的的大屏幕幕液晶投投影电视视液晶屏屏等。液液晶显示示器的工工作原理理是利用用液晶的的物理特特性，在在通电时时导通，使使液晶排排列变得得有秩序序，使光光线容易易通过；不通电电时，排排列则变变得混乱乱，阻止止光线通通过。下下面介绍绍一种“扭曲向向列型液液晶显示示器”的工作作原理。 “扭曲向列列型液晶晶显示器器”（Twwistted Nemmatiic LLiquuid cryystaal ddispplayy）,“扭曲向向列型液液晶显示示器”简称“TTN型液液晶显示示器”。这这

20、种显示示器的液液晶组件件构造如如图111所示。 向列型液晶晶夹在两两片玻璃璃中间。这这种玻璃璃的表面面上先镀镀有一层层透明而而导电的的薄膜以以作电极极之用。这这种薄膜膜通常是是一种铟铟（Inndiuum）和和锡（TTin）的氧化物（Oxide），简称ITO。然后再在有ITO的玻璃上镀表面配向剂，以使液晶顺着一个特定且平行于玻璃表面之方向排列。（图11 a）中左边玻璃使液晶排成上下的方向，右边玻璃则使液晶排成垂直于图面之方向。此组件中之液晶的自然状态具有从左到右共的扭曲, 这也是为什么被称为扭曲型液晶显示器的原因。利用电场可使液晶旋转的原理，在两电极上加上电压则会使得液晶偏振化方向转向与电场方向

21、平行。 因为液态晶的折射率随液晶的方向而改变，其结果是光经过TN型液晶盒以后其偏振性会发生变化。我们可以选择适当的厚度使光的偏振化方向刚好改变。那么，我们就可利用两个平行偏振片使得光完全不能通过（如图12所示）。若外加足够够大的电电压使得液液晶方向向转成与与电场方方向平行行，光的的偏振性性就不会会改变。因因此光可可顺利通通过第二二个偏光光器。于于是，我我们可利利用电的的开关达达到控制制光的明明暗。这这样会形形成透光光时为白白、不透透光时为为黑，字字符就可可以显示示在屏幕幕上了。3. 2电电导仪3.2.11电导仪仪的测量量原理引起离子在在被测溶溶液中运运动的电电场是由由与溶液液直接接接触的二二个

22、电极极产生的的。此对对测量电电极必须须由抗化化学腐蚀蚀的材料料制成。实实际中经经常用到到的材料料有钛等等。由二二个电极极组成的的测量电电极被称称为尔劳劳施（KKohllrauuschh）电极极。 电导率率的测量量需要弄弄清两方方面。一一个是溶溶液的电电导，另另一个是是溶液中中1/AA的几何何关系，电电导可以以通过电电流、电电压的测测量得到到。这一一测量原原理在当当今直接接显示测测量仪表表中得到到应用。 而 KK= LL AA (A测量量电极的的有效极极板, L两极板板的距离离),这一值值则被称称为电极极常数。在在电极间间存在均均匀电场场的情况况下,电电极常数数可以通通过几何何尺寸算算出。当当两

23、个面面积为11cm22的方形形极板，之之间相隔隔1 ccm组成成电极时时，此电电极的常常数K=1cmm-1。如如果用此此对电极极测得电电导值GG=10000S，则则被测溶溶液的电电导率KK=10000S/ cm。 一般情况下，电极常形成部分非均匀电场。此时，电极常数必须用标准溶液进行确定。标准溶液一般都使用KCl溶液这是因为KCl的电导率的不同的温度和浓度情况下非常稳定，准确。0.1 mol/l的KCl溶液在25时电导率为12.88mS/CM。 所谓非均匀电场（也称作杂散场，漏泄场）没有常数，而是与离子的种类和浓度有关。因此，一个纯杂散场电极是最糟糕的电极，它通过一次校准不能满足宽的测量范围的

24、需要。3. 2. 2电导率测量系统的组成 一个完整的电导率测量系统包含一支电感式或电导式测量电极，电缆和测量仪表。电导电极与pH电极不同，由于它是机械性能稳定的材料制成的，所以不需要特殊结构件进行保护。选择电导电极时需要注意如下事项： 、电极的测量范围 、 测量的形式，电导式还是电感式。在使用电导式电极时，要选择合适的电极常数“K”、 温度、 与机械结构有关的压力、耐化学腐蚀性、安装结构（螺纹、法兰、三夹头连接等） 所有测量电缆都必须屏蔽。特别对于电导式电极（此种电极与被测溶液有直接接触），在电导值高于100 mS时，要考虑电缆长度和电缆横截面面积的影响，这是因为电缆的电阻也处在测量回路中）。

25、4 方案验验证在明确了设设计的目目的和要要求之后后，选择择一个好好的设计计方案，就就成了实实现设计计要的关关键。一一个好的的设计方方案要求求有很高高的可行行性，并并尽量便便于操作作。在任任何系统统设计的的过程中中都应该该有多个个备选方方案，选选择方案案的过程程中要对对这些备备选方案案进行逐逐个分析析，对每每个方案案的各方方面因素素（包括括电路结结构复杂杂程度、电电路调试试的难度度、性价价比、功功耗等因因素）进进行比较较，还要要尽量利利用现有有的仪器器仪表按按照方案案中的方方法进行行试验，观观察试验验中出现现的各种种问题和和实验数数据的规规律，在在进行综综合考虑虑之后，得得出一个个可行的的方案。

26、41方案案一：直直流分压压法4111原理 直流分压法法的电路路示意图图如下： 图4-1-1 直直流分压压法示意意图直流分压法法就是把把被测的的对象当当作一个个分压电电阻，并并把一个个固定的的直流电电压加在在分压电电阻和一一个已知知阻值的的电阻上，使使这两部部分电阻阻上分别别获得一一定的压压降，然然后测量量A点的的电压值值，并对对这个电电压值信信号进行行ADD转换，将将转换之之后的信信号输入入单片机机电路进进行分析析和计算算。通过过公式 可得出出 。4122试验过过程及现现象 把把两个金金属电极极插在容容器适当当的位置置，电极极间的距距离不宜宜过近，在在容器中中注入盐盐水。用用一台稳稳压电源源作

27、为提提供直流流电压的的装置。另另外还需需要一台台电压表表（测量量精度要要求在毫毫伏极）、一一支1000的可可变电阻阻。按照电路图图把电源源提供直直流电压压加在测测量电极极和已知知电阻的的串联电电路上。把把电压源源的电压压幅度调调整至不不同的值值，测量量A点的的电压，再再把这几几次测得得的电压压值带入入公式计计算出盐盐水的电电导值（实实验数据据见附录录）。实验过程中中会发现现，随着着电压加加在测量量电极上上的时间间越长，测测量的结结果越不不稳定，在在将盐水水倒出之之后，仔仔细的观观察还会会发现，在在测量电电极上还还有少量量附着物物，需要要用水清清洗才能能清除。4133直流分分压法的的方案研研究通

28、过对电路路原理以以及试验验现象的的分析，可可以总结结出该方方案具有有以下特特点：(1)、电电路结构构简单。此方案采用用的是最最常用的的测量电电阻的方方法直流分分压测电电阻法，其其原理很很容易理理解，其其电路电电路结构构也非常常简单，这这些都为为制作电电路和调调试电路路提供了了方便。而而且，越越简单的的电路工工作起来来越稳定定，不易易出现故故障。(2)、容容易发生生极化现现象在实验中可可以观察察到这样样的现象象，在对对测量电电极通电电一段时时间后，电电极上产产生一定定量的附附着物，测测量的准准确度也也随之大大幅降低低。通过过认真地地分析可可知，这这种现象象是由于于长时间间在测量量电极上上加直流流

29、电压，这这就会使使正负两两个测量量电极之之间形成成一个电电场，而而电场存存在于盐盐水这种种介质中中，盐水水中含有有的金属属离子（如如离子、离离子等）都都会在这这一强大大的电场场势能作作用下向向负电极极附近集集中，另另外一些些负离子子也会在在电场势势能的作作用下向向正点附附近极集集中，最最终会有有一定量量的离子子附着在在测量电电极上，就就形成了了我们所所看到的的附着物物。 正极+电场 负极-孙正 图图3-11-2 极化现现象示意意图这种在直流流电压作作用下，正正负离子子分别向向两极集集中的现现象称作作被极化化。产生生极化现现象直接接导致的的不良后后果有三三点：盐水被离离解之后后导致盐盐水的结结构

30、被破破坏，从从而影响响了食盐盐的品质质；盐水发生生离解现现象时引引起的两两电极周周围电场场的不确确定变化化，以及及电极上上的附着着物都会会影响测测量的准准确性；电极上的的附着物物如不及及时清洗洗，就会会对测量量电极造造成破坏坏，使整整个测量量装置无无法正常常工作，必必须更换换电极才才能解决决，造成成不必要要的损失失。(3)、高高电压容容易造成成食盐水水炭化在此方案中中，会用用到1.5V的的直流电电压，这这样高的的电压会会时食盐盐水产生生炭化现现象，对对生产质质量造成成影响。42方案案二：电电容-电电导转换换法4211原理电容-电导导转换法法的电路路示意图图如下： 图4-2 电导-电容转转换电路

31、路示意图图在盛有盐水水的容器器外加上上两块电电极板，将将盐水块块极板一一同作为为一个以以盐水为为介质被被测电容容，电容容和一个个已知阻阻值的电电阻串联联，并在在此串联联电路上上加一交交流电压压，使被被测电容容两端产产生一个个波形信信号，把把这一信信号经过过滤波、放放大、AAD转转换等处处理电路路输入单单片机电电路进行行计算，可可以得出出电容的的值，再再根据公公式，导导出盐水水介质的的介电常常数，从从而计算算出盐水水的电导导值。4222实验过过程及现现象盐水正极板负极板制作一形状状如图所所示的容容器，要要求最好好使用方方形的容容器，这这样便于于电极板板的安装装，电极极板应与与容器壁壁贴紧，以以保

32、证检检测的准准确度。用用信号发发生器产产生一个个正弦交交流信号号，将此此信号加加在带极极板的容容器和一一支1000电阻阻组成的的串联电电路上，用用一台示示波器观观察A、BB两点之之间的电电压波形形，为得得到一个个稳定的的波形还还要改变变装在容容器两侧侧的极板板的大小小，以及及信号发发生器的的频率和和幅度。当使用面积积较大的的电极板板时，测测得的信信号波形形很不稳稳定，很很难获得得一个准准确的测测量值。当使用面积积较小的的电极板板时，会会使测得得信号波波形变得得很微弱弱。当将交流信信号频率率和幅度度调高的的时候，输输出的信信号相对对容易测测量。4233电导-电容转转换法的的方案研研究(1)、该该

33、方案避避免了极极化现象象本方案采用用交流信信号作为为检测信信号，而而且电极极未与盐盐水直接接接触，从从而避免免了方案案一中由由于在两两极通直直流而造造成的极极化现象象。(2)、计计算复杂杂 由由于本方方案是采采用测量量电容，再再通过公公式导出出应测的的电导值值的方法法，使得得计算过过程非常常复杂，这这就增加加了对单单片机编编程的难难度。(3)、很很难确定定极板的的尺寸 根根据公式式可知，极极板面积积S越大大，电容容C就越越大，从从而越容容易测量量；但根根据对实实验现象象的分析析可知，由由于容器器中的盐盐水难以以保持静静止状态态，所以以极板面面积S较较大时，存存在于极极板之间间的盐水水的截面面面

34、积越越大，盐盐水的流流动性所所造成的的影响就就越明显显，所以以又应该该使用面面积很小小的极板板以保证证测量的的准确性性。这就就造成了了矛盾。(4)、极极板间距距离d应应尽量小小根据公式可可知，极极板之间间的距离离越小，电电容C就就越大，从从而越便便于测量量，但这这就需要要容器的的横截面面积足够够小，显显然在生生产中使使用这种种形状的的容器是是不符合合生产要要求的。(5)、高高频会导导致电路路调试困困难 在在调高信信号发生生器的频频率和难难度后会会使测量量变得简简单一些些，但是是信号的的频率越越高，电电路的制制作和调调试就越越困难。(6)、不不便于产产生开关关信号根据系统要要求的功功能，要要在容

35、器器中的盐盐水快装装满时产产生一个个开关信信号，控控制检测测的开始始，使用用电极时时可以采采用多加加一个电电极的方方法来产产生此信信号，但但在本方方案中不不容易产产生此开开关量。43方案案三：脉脉冲测量量法4311原理脉冲测量法法的电路路示意图图如下：vv图4-3-1 脉脉冲测量量法电路路示意图图将一支激励励电极和和两支检检测电极极接入盐盐水，从从激励电电极输入入一个110kHHz的脉脉冲信号号，在两两个检测测电极上上就会分分别产生生一个检检测信号号，其中中一个还还要用作作控制检检测启动动的开关关量。将将检测信信号通过过放大、滤滤波、AAD转转换等处处理，输输入单片片机电路路进行计计算，即即可

36、得到到盐水的电电导值。4322实验过过程及现现象将盐水注入入带有电电极的容容器，用用一台信信号发生生器产生生一个脉脉冲信号号，并将将此信号号通过激激励电极极输入待待测的盐盐水示波波器观察察检测电电路输出出的信号号波形。将脉冲信号号的幅度度逐渐调调高，观观察在不不同幅值值区间内内，输出出的检测测信号波波形。（实验数据据见附录录）为模拟实际际生产中中采集盐盐水的过过程，还还要使盐盐水在容容器中振振动，可可以发现现，在盐盐水震动动时，输输出检测测信号会会产生很很强的波波动。4333脉冲测测量法的的方案研研究(1)、容容易获得得较稳定定的检测测信号 用用脉冲信信号进行行测量时时，只要要选择适适当的频频

37、率和幅幅度就能能使从盐盐水中输输出的检检测信号号比较稳稳定，在在经过相相应的处处理就会会得到一一个可以以用于分分析盐水水电导率率的检测测信号。(2)、有有效地避避免极化化现象 由由于此方方案采用用的是交交流的检检测信号号，所以以就避免免了在电电极周围围形成固固定电场场，从而而有效地地避免了了产生极极化现象象。(3)、可可产生控控制检测测开始的的开关量量在实际生产产中盐水水注入容容器时，会会使电极极周围的的盐水不停停地振动动，这会会造成对对测量的的干扰，在在容器上上部加一一个检测测电极，使使其在与与盐水接触触时产生生一个开开关信号号，控制制检测的的启动，就就能提高高系统的的可靠性性。44总结结

38、在在对这三三个方案案进行了了比较之之后，综综合它们们的设计计难度、系系统性能能、和实实际生产产对该系系统的要要求等因因素进行行考虑，确确定方案案三为最最终的设设计方案案。虽然然此方案案的实现现依然存存在难点点，但此此方案的的可行性性和可靠靠性较高高，为今今后用于于实际生生产打下下了基础础，也为为实际测测量的准准确性提提供了保保证。5 电路分分析 整整个电路路由三部部分组成成，这三个个部分分分别负责责产生检检测信号号、检测测信号的的预处理理和检测测信号的的采集。系系统的组组成示意意图如下下： 检测电极激励电极 检测电极 检测信号产生 产生1kHz脉冲孙正孙正孙正放大电路A=10放大电路A=10线

39、性光耦线性光耦低通滤波低通滤波ADAD C P U 检测 信号 采集 检 测 信 号 预处理驱动 图5-0-11 系统统模块示示意图51测量量信号的的产生测量信号是是指将一一脉冲信信号输入入接在盐盐水中的的激励电电极后，在在检测电电极上产产生的信信号。系系统中有有两路检检测信号号，接在在容器上上方的电电极产生生的信号号还要用用于控制制检测信信号采集集的开始始。输入盐水的的脉冲信信号是由由单片机机经编程程实现的的，脉冲冲频率为为10kkHz，幅幅度为550mVV。它主主要使用用了单片片机的定定时计计数的资资源，通通过程序序控制其其输出每每0.11ms跳跳变一次次，即周周期等于于0.11ms，从从

40、而得到到所需的的频率为为10kkHz的的脉冲信信号。在输入盐水水之前，由由单片机机输出的的脉冲信信号要经经过一个个驱动电电路对其其进行阻阻抗匹配配和光电电隔离，经经过这一一驱动电电路的信信号才能能作为激激励信号号输入盐水水，以保证证输出的的检测信信号可以以是稳定定的信号号，同时时也易于于采集。电路中这一一驱动电电路包括括了光耦耦隔离芯芯片TLL25221-44组成的的隔离电电路和由由集成运运放芯片片LM3324组组成的电电压跟随随器。 图图5-1-1驱动动电路52测量量信号的的预处理理从盐水中输输出的测测量信号号是一个个很微弱弱且不十十分稳定定的信号号。需要要经过一一系列的的预处理理之后，才才

41、能进行行ADD转换输输入单片片机。信信号预处处理的过过程一般般包括放放大、滤滤波和隔隔离等步步奏。这这部分电电路是为为后面能能正常、准准确地采采集到检检测信号号做的准准备。5211初级放放大电路路初级放大电电路是用用来对微微弱的检检测信号号进行放放大的电电路，采采用的是是运算放放大器芯芯片LMM3244组成的的反向放放大器，放放大倍数数=100，电路路如图55-2-1所示示。放大大器采用用单电源源供电, 由RR1、RR2组成成1/22V+偏偏置,CC1是消消振电容容。放大大器电压压放大倍倍数Avv仅由外外接电阻阻Ri、RRf决定定：Avv=-RRf/RRi。负负号表示示输出信信号与输输入信号号

42、相位相相反。按按图中所所给数值值, AAv=-10。此此电路输输入电阻阻为Rii。一般般情况下下先取RRi与信信号源内内阻相等等,然后后根据要要求的放放大倍数数再选定RRf。CCo和CCi为耦耦合电容容。电路路如图55-2-1所示示 图图5-2-1反相相放大电电路5222线性光光耦电路路线性光耦电电路是用用来进行行隔离的的电路，其其作用是是使前后后电路独独立，从从而减少少相互之之间的影影响带来来的干扰扰。为达达到线性性耦合的的目的，系系统中使使用的是是由线性性光耦芯芯片HCCNR2201构构成的耦耦合电路路。电路路如图55-2-2所示示。 图55-2-2线性性光耦电电路HCNR2201线线性光

43、耦耦芯片的的光耦原原理与普普通光耦耦没有差差别,只只是将普普通光耦耦的单发发单收模模式稍加加改变,增加一一个用于于反馈的的光接受受电路进进行反馈馈。这样样,虽然然两个光光接受电电路都是是非线性性的,但但两个光光接受电电路的非非线性特特性都是是一样的的,这样样,就可可以通过过反馈通通路的非非线性来来抵消直直通通路路的非线线性,从从而达到到实现线线性隔离离的目的的。芯片片的1、22引作为为隔离信信号的输输入,33、4引引脚用于于反馈,5、66引脚用用于输出出。5233滤波电电路滤波电路则则可以把把检测信信号中的的高频部部分滤去去，使信信号变得得平滑，便便于进行行ADD转换。系系统中的的这部分分电路

44、是是利用运运算放大大器构成成的低通通放大器器，电路路如图55-2-3所示示。 图4-2-3 滤滤波电路路53检测测信号的的采集检测信号的的采集工工作是由由ADD转换芯芯片、单单片机组组成的电电路完成成的，并并对单片片机编写写的程序序控制采采集的过过程。5311 AD转转换电路路系统中用到到的AD转换换芯片是是TLCC08331，它它的典型型的应用用电路如如下图44-3-1所示示。图4-3-1 TTLC008311ADD转换芯芯片的应应用电路路TLC08831是是8位逐逐次逼近近电压型型A/DD转换器器，支持持单信道道输入串串口输出出，极性性设置固固定，不不需寻址址。其内内部有一一采样数数据比较

45、较器将输输入的摸摸拟信号号微分比比较后转转换为数数字信号号。摸拟拟电压的的差分输输入方式式有利于于抑制共共摸信号号和减少少或消除除转换的的偏移误误差。而而且，电电压基准准输入可可调，使使得小范范围摸拟拟电压信信号转化化时的分分辨率更更高。由由标准移移位寄存存器或微微处理器器将时间间变化的的数字信信号分配配到串口口输出，当当IN-接地时时为单端端工作，此此时INN+为输输入，也也可将信信号差分分后输入入到N+与N-之间，此此时器件件处于双双端工作作状态。其其主要特特点如下下：(1) 8位分分辨率；(2) 单信道道差分输输入；(33) 55V的电电源提供供0-55V可调调基准电电压；(44) 输入输输出可与与TTLL和MOOS兼容容；(5) 总失调误差差为1SSB5322单片机机电路系统中使用用的单片片机的型型号为WW78EE58BB，芯片片引脚如如图5-