【正文】 mulation experiment， practice make intelligent turbidity meter. Mirosoft the intelligent turbidity instrument software in Visual c + + development environment using c + + language， it makes full use of the puter a powerful puting ability， the graphical interface display， store， print function. Mainly in terms of hardware with MCU， A/D conversion， sensor， multichannel switch. Single chip microputer as the core of the hardware， it is responsible for munication with the puter， to control A/D conversion， control circuit switch， produce light source modulation signals， etc. Key words: turbidity。這些懸浮物質(zhì)能吸附細(xì)菌和病毒，所以渾濁度低有利于水的消毒，對(duì)確保水質(zhì)指標(biāo)有極重要的影響。因此測(cè)定散射光與透射光強(qiáng)度間的變化，就可以測(cè)得水的濁度。透射光強(qiáng)度隨濁度的變化遵從朗伯特—比爾定律，即透射光隨濁度增加按指數(shù)形式衰減 IR=Io exp(KTL) 式中， Io為入射光的強(qiáng)度， L 為液體透光層厚度， K 為比例常數(shù)， IR為透射光的強(qiáng)度， T 為水的濁度。方向所接受到的散射光強(qiáng)度可用下式來(lái)表示： IR=IO(KNV2/ 4? ) 式中， I0 為入射光的強(qiáng)度， K 為系數(shù)， N 為單位容積的微粒數(shù)， V 為微粒的體積， λ 為入射光波長(zhǎng)。它是以上兩種方法的綜合，采用透射光和散射光強(qiáng)比較的方法測(cè)量濁液的濁度，這種方法可以消除部分干擾，提高靈敏度。 (5) 偏振法 對(duì)于粗大的顆粒，散射光為部分偏振光，而且偏振的程度與顆粒的大小和形狀有關(guān)?；跍y(cè)量濁度的方法，可分為透射式、散射式、透射光和散射光比值式、表面散射式、偏振光式濁度儀。按濁度儀結(jié)構(gòu)不同，可分為窗口測(cè)定槽式、落流式、振動(dòng)片式和積分球式。進(jìn)入 21 世紀(jì)后，市場(chǎng)上的濁度儀更是種類繁多、品種多樣。這些新型濁度儀都采用了單片微計(jì)算機(jī)技術(shù)，其中，許多儀器的單片機(jī)采用的是目前最新型的單片微機(jī)芯片。 國(guó)內(nèi)濁度儀器的現(xiàn)狀 我國(guó)的工業(yè)過程濁度儀，從無(wú)到有，近幾年來(lái)得到較大發(fā)展。這兩種濁度儀的外形尺寸相同，十分小巧，僅 200 x120 x75mm。若不提要求，則按最大測(cè)量量程即高濁度 0—1000FTU、低濁度 0—25FTU供貨。 本文研究的目的和研究?jī)?nèi)容 研究的目的 現(xiàn)代科技的進(jìn)步以計(jì)算機(jī)的進(jìn)步為代表 ， 不斷創(chuàng)新的計(jì)算機(jī)技術(shù) ， 正以不可逆轉(zhuǎn)之勢(shì)從各個(gè)層面上影響著各行各業(yè)的技術(shù)進(jìn)步 ， 今天的測(cè)控儀器行業(yè)同樣經(jīng)歷著一場(chǎng)翻天覆地的變革。它們的基本結(jié)構(gòu)是電磁式的，基于電磁測(cè)量原理使用指針來(lái)顯示最終結(jié)果。第三代就是本文要討論的智能式儀器儀表，這類儀器儀表 的主要特點(diǎn)是內(nèi)含微處理器，因此，通常具有信息采集、數(shù)據(jù)處理，輸出控制及測(cè)試過程和測(cè)試結(jié)果顯示、記錄、傳輸自動(dòng)進(jìn)行等功能。也就是說(shuō)，用軟件方法克服硬件本身的缺陷，從而提高儀器的性能價(jià)格比。硬件上，由于采用軟件技術(shù)，簡(jiǎn)化了硬件的設(shè)計(jì) 。常用的方法是完全封閉起來(lái)遮蔽背景光。方向所接受到的散射光強(qiáng)度可用下式來(lái)表示： IR=Io(KNV2/ 4? ) 式中， I0 為入射光的強(qiáng)度， K 為系數(shù)， N 為單位容積的微粒數(shù)， V 為微粒的體積， λ 為入射光波長(zhǎng)。根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況，它可由一直流信號(hào)和一系列的階躍 信號(hào)來(lái)表示，其隨時(shí)間變化的函數(shù)為： IC= )(tIuAi? （ 4） 上式中 Ic 為直流信號(hào)，即一常數(shù)值， u(t)為階躍信號(hào)其表達(dá)式為： u(t)= ??? ??tit tit01 Ai 為各階躍信號(hào)的強(qiáng)度。對(duì)于透射測(cè)濁度法原理相同，只不過將 上述的 KTI 換為 exp(KTL)。為作校正處理，必須找出轉(zhuǎn)換的特性，即探測(cè)器上的光強(qiáng)信號(hào)與它轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的關(guān)系。 2. 光源 I 單獨(dú)照射濁度儀的探測(cè)器，產(chǎn)生電信號(hào) U1， 然后打開光源 ?I，兩個(gè)濁度儀的探測(cè)器，產(chǎn)生電信號(hào) U19。如圖 。 對(duì)光強(qiáng)為 I 的光照射探測(cè)器，經(jīng)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換得到 U，因?yàn)? X0， X1， X2…… Xn 是單調(diào)的，對(duì)應(yīng) U 有唯一的 i 使 XiUXi+1 則 : S=i+(UXi)/(Xi+1–Xi) XiUXi+1 S 與探測(cè)器上光 強(qiáng) I 近似線性關(guān)系。UiUi’UIX 0X 1X 2X 3X i?????? ?????? 圖 非線性校正原理 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第 3 章 儀器的整體設(shè)計(jì) 根據(jù) 2 節(jié)的原理設(shè)計(jì)的濁度儀結(jié)構(gòu)原理如圖 31。主線程除負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、保存、打印、人機(jī)界面外，還啟動(dòng)兩個(gè)工作線程，一個(gè)接收線程和一個(gè)計(jì)算線程。這里說(shuō)明以下，線性校正和濾波的計(jì)算也可以放在單片機(jī)中進(jìn)行，但計(jì)算機(jī)有強(qiáng)大的軟件開發(fā)平臺(tái)，可利用的豐富資源，使得程序設(shè)計(jì)更容易。 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 第 4 章 硬件電路的設(shè)計(jì) 電源電路 GND1IRI2OUI3RE84CON5IHR6DI87VGG8U1 5551KR133KR27uFC1100uFC410uFC810uFC7D1 IN916D2 IN916INPUT1OUTPUT2COM3U27912INPUT1OUTPUT2COM3U3780518VGND100KR3C5C6C95V12V 圖 電源電路 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 單片 機(jī) AT89C51 及其他元件需要 +5V 的電源， A/D 轉(zhuǎn)換器需要 +5V 和12V 的的電源。圖中 C1 為耦合電容， C4 濾波電容。 MAX172 是完全的 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，它具有高速、低能耗、片內(nèi)參考電壓等特點(diǎn)。與 8 位微處理器和 16 位微處理器相連都很方便。若與 16 位的微處理器相連此時(shí)可將 12 位數(shù)據(jù)一次讀出。讀引腳的方式讀取數(shù)據(jù)。通過模擬多路開關(guān) CD4052 實(shí)現(xiàn)兩種功能的切換。 半導(dǎo)體發(fā)光管 D1 是用作儀器線性校正時(shí)的開關(guān)光源 (見 非線性校正的法 )，通過微處理器的指令置位和復(fù)位端口 P03 從而開和關(guān)半導(dǎo)體發(fā)光管 D1R3 為發(fā)光管的限流電阻，也調(diào)節(jié)發(fā)光管的亮度。長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 單片機(jī)的 P0 P0 P07 端口分別連接 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX172 的 BUSY、CS/RD、 HBEN 端，通過指令置位和復(fù)位 P0 P07 端口提供 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX172 的 CS/RD、 HBEN 信號(hào)，通過指令查詢與 MAX172 的 BUSY 端連接的 P05 引腳，單片機(jī)得知 A/D 轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)。它的 ALE/P 引腳輸出周期信號(hào)，周期為時(shí)鐘的六分頻，即 。 第三種，將 作 212 分頻后得到 450Hz 的方波，穩(wěn)壓管 D1 穩(wěn)定方波的峰值，經(jīng)模擬多路開關(guān) CD4052 的 0K 端，運(yùn)放 LM224 驅(qū)動(dòng)后作調(diào)制源信號(hào)。計(jì)時(shí)器的 12 位輸出端接電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)摸轉(zhuǎn)換器。 模擬多路開關(guān) CD4052 的多路選擇端 A、 B 和使能端 INH 連接單片機(jī)的 P00、 P0 P02 端口。 單片機(jī)的串口端 RXD、 TXD 經(jīng)串口驅(qū)動(dòng)芯片 MAX232 與計(jì)算機(jī)的 RS232 口相連。 此外，為便于調(diào)試和觀察單片機(jī)程序的運(yùn)行，在 P1 P1 P1 P15 端口加上 LED 發(fā)光管作為指示燈。圖 51 為單片 主程序的流程圖，主程序?yàn)檠h(huán)結(jié)構(gòu)。 定時(shí)器 1 為模式 2 ORL PCON， 80H 。 紅指示燈亮 MOV P2， 0FFH WAIT1: JNB RI， $ 。 判斷是否為命令 約定命令以位字節(jié)為 AAH 開始 JNB RI， $ 。 約定 09aaH 為線性矯正命令 ACALL LINEAR JMP WAIT 。 約定 0aaaH 為恒定光源測(cè)量 JMP WAIT SUBR: CLR 。 讀取引腳時(shí)端口先置 1 NOP 。 置位 MAX172 的 HBEN CLR 。 置位 MAX172 的 CS 和 RD 結(jié)束本輪采集 JNB TI， $ CLR TI MOV SBUF， R1 。 打開計(jì)數(shù)器 MOV P0， 11111001B 。 關(guān)閉開關(guān)光源 NOP 。 選擇通路 BACK : JNB RI， $ CLR RI MOV A， SBUF 。 反射串口來(lái)的數(shù)據(jù) MOV R3， A JNB RI， $ CLR RI MOV A， SBUF 。 復(fù)位 CD4040 COUNT: CLR NOP NOP SETB 。 插一等待 CLR RI SETB NOP 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 NOP NOP NOP NOP ACALL SUBR 。 為了同步和固定采樣時(shí)間等待 上信號(hào)的負(fù)跳變 JB ， $ ACALL SUBR 。 兩指示燈都不亮 MOV P0， 11111001B 。 約定 BBH 表示傳遞光源強(qiáng)值的開始 否則為誤信號(hào) JNB RI， $ 。 。 計(jì)數(shù)器值的低 8 位裝入 R4 JNC BIG1 。 為了同步和固定采樣時(shí)間 等待 上 信號(hào)的負(fù)跳變 JB ， $ ACALL SUBR 。 返回 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 END 計(jì)算機(jī)程序的編寫 計(jì)算機(jī)程序采用 C++語(yǔ)言在 Microsoft Visual C++ 開發(fā)環(huán)境中編寫， 主要完成以下任務(wù)： (1)提供人機(jī)界面。因濁度是變化緩慢的量，所以測(cè)量以每秒采集一個(gè)值，并把它作上當(dāng)前的時(shí)間標(biāo)記顯示出來(lái)，以文件形式保存一系列有時(shí)間標(biāo)記的濁度值，以備查詢。計(jì)算機(jī)和單片機(jī)命令約定為： 01aaH 為開始測(cè)量命令， 09aaH 為線性矯正命令， 05aaH 為單步線性矯正命令， 0aaaH 為開始恒定光源測(cè)量。硬件電路每秒采集 1800 個(gè)數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù) 12 位，分兩字節(jié)發(fā)送給計(jì)算機(jī)，即每秒發(fā)送 3600 個(gè)字節(jié)。 此外，避免程序運(yùn)行混亂，該程序一次只能運(yùn)行一個(gè) 實(shí)例，不允許同時(shí)運(yùn)行多個(gè)實(shí)例。接通儀器電源，打開計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)該程序。選擇儀器連接到計(jì)算機(jī)的 串口名，如 COM2。會(huì)彈出一個(gè)檢查結(jié)果息框。儀器會(huì)自動(dòng)進(jìn)行線性校正，并把校正數(shù)據(jù)保存。對(duì)話框左邊顯示以標(biāo)定的數(shù)據(jù)。重復(fù)以上方法標(biāo)定其他濁度值。若點(diǎn)擊取消按鈕，則本次標(biāo)定無(wú)效退出。當(dāng)儀器使用一段時(shí)間后，電路、光源的老化是不可避免的，必然影響測(cè)量結(jié)果。默認(rèn)的測(cè)量方式是恒光源測(cè)量。 點(diǎn)擊右上的 ―啟動(dòng) ‖按鈕， “啟動(dòng)” 按鈕改變狀態(tài)為 ―停止 ‖按鈕。右邊的統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目默認(rèn)顯示從開始測(cè)量到當(dāng)前濁度值的各統(tǒng)計(jì)量。左擊儀器顯示屏出現(xiàn)一豎條游標(biāo)，按下左鍵拖動(dòng)游標(biāo)，濁度值 LED 和時(shí)間 LED 顯示游標(biāo)所在位置的濁度值和時(shí)間。儀器顯示屏繼續(xù)滾動(dòng)，濁度值 LED 和時(shí)間 LED 顯示當(dāng)前值。 全局統(tǒng)計(jì) ，只需點(diǎn)選 “全局統(tǒng)計(jì)范圍” 。需要說(shuō)明部分統(tǒng)計(jì)不能在測(cè)量的追蹤 狀態(tài)