[硕士]用于路面传感器的盐度检测技术

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内容简介

　　[硕士]用于路面传感器的盐度检测技术　　学科专业：道路与铁道工程　　授予学位： 硕士 　　学位授予单位：东南大学　　学位年度：2010　　 路面传感器在公路交通领域有着很重要的应用，如可以为公路气象站服务，远程监控特定地点，全天候、方便、快速、准确的提供路面路况信息。对路面环境状况的全面评估可以大大提高交通安全系数。随着我国高速公路建设的推进，路面传感器市场前景广阔。国外有很多致力于路传感器方面的研究，某些传感器已经商业化生产。目前我国路面传感器市场主要被国外企业垄断为致力实现路面传感器国产化的目标，本课题以路面传感器中的盐度检测模块为研究对象。　　 本文设计的盐度检测模块主要用于路面状况中检测除冰剂的浓度和预测结冰点，可集成于路面传感器中。由于实际中大量使用的是氯化钠为主要成分的除冰剂，所以我们把对于除冰剂的检测称为盐度检测。通过检测电路得到盐度值，然后根据不同盐度的溶液结冰温度不同的原理来预测可能的结冰温度。　　 模块的控制核，C-微控制器(MCU)选用Silicon Laboratories公司的C8051F410，它是一款增强型单片机，有27个vo作为专用的模拟信号输入口，片内AD为12位，集成SMBus32KB flash存储器，能满足系统多功能，高精度，即时通讯，智能编程的需要。　　 模块的硬件单元包括:温度检测和盐度检测，其中盐度检测是核心单元。根据不同盐溶液的电导率不同的原理，通过检测盐溶液的电导变化来间接反映盐度的变化。盐度检测电路以电导测量为目标，采用类似双极性脉冲电压激励的形式，不同之处在于加入了直流偏置，这样即省去了负电源，又避免了电极的极化。因为温度影响水的电导率，从而影响盐度测量，为了提高盐度测量精度，必须进行温度补偿技术，设计了基于恒流源激励的Pt1000测温电路。　　 模块软件采用前后台系统，前台程序通过中断来接收上位机请求，前台程序以中断服务子程序为主:后台程序以查询的方式执行上位机任务，主要包括了微控制器C8051F410的程序设计以及各个功能模块的程序设计。这样设计的好处是能最大的保证系统的实时性。软件的开发采用了Silicon Laboratories IDE集成开发环境，使用Keil Cx51语言进行程序编译。　　 通过对标准盐度溶液的测量，采用曲线拟合的方法对盐度模块在四个不同盐度区间内进行数据的标定，得到了四个拟合公式。采用同样的方法对温度和不同标准盐溶液的结冰点进行数据的标定。在测量标准温度下盐度的基础上，盐度模块采用插值法进行温度的补偿。　　 我们对盐度模块做了大量的测试工作，通过对各功能模块和实验样机的整体测试看，盐度模块的各项性能符合基本指标要求。温度在-30℃~70℃测量范围内精度都在+1℃以内:盐度检测范围:0.0%~20.0%;盐度检测在高浓度和低浓度的精度都保持在+1%以内，在盐度值为0.0%-15.0%区间内，检测精度达到0.5%以内。预测结冰温度在整个测量范围内的精度在fl℃以内。　　 在本文的最后对所做的工作进行了总结，并提出改进意见。

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