【正文】 ⑤可以一種機(jī)器多種用途，儀器不僅可檢測PH值，也可對ORP(氧化還原電位)、電導(dǎo)率、離子濃度、溫度等一項(xiàng)或幾項(xiàng)聯(lián)合檢測。設(shè)計(jì)的運(yùn)算放大器CA3140，具有高電壓PMOS管和高壓二極管的優(yōu)勢。圖11 總體電路 參比電極高阻差分放大電路89c52單片機(jī)系統(tǒng)AD轉(zhuǎn)換DA轉(zhuǎn)換數(shù)字控制開轉(zhuǎn)換接地電極顯示器鍵 盤串行通信溫度放大電 路指示電極溫度傳感器第二章 測量系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)第二章 測量系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 測量原理玻璃電極和參考電極是PH 計(jì)的重要組成部分，溶液的PH 值是由它們與待測溶液組成的原電池的電動(dòng)勢決定的?？傻茫? , (25) , (26)進(jìn)一步得：, (27)為玻璃電極再PH=。 PH測量系統(tǒng)的測量方法本測量系統(tǒng)采用電位法進(jìn)行測量。在平衡狀態(tài)下存在的電壓稱為半電池電位或電極電位。不同離子選擇性電極都有一個(gè)所謂離子選擇性膜的敏感元件。321A2A1 A1圖21 敏感膜電位的示意圖1參比電極；2指示電極；測量離子選擇性敏感膜電位的示意圖，圖中的1與2是完全相同的參比電極；膜兩側(cè)的溶液中含有該膜能響應(yīng)的離子，且離子濃度分別為AA2；膜兩側(cè)的表面與相接觸的溶液之間存在著電位差，分別為EE2.，通常稱之為敏感膜相界面電位。 M 溶液作為電解液。故PH測試儀都裝有溫度補(bǔ)償器，在電路上采取措施，以補(bǔ)償其對測量的影響。第三章 PH測量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)第三章 PH測量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用MSC51單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理的核心部件，并擴(kuò)展一些外圍芯片，組成一個(gè)可以完成自我檢測，標(biāo)定的智能儀器。功能包括對會聚主IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。在Flash 編程時(shí)，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。PSEN程序儲存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。X2振蕩器反相放大器的輸出端。（6）.內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。在測量PH時(shí)，要有溫度補(bǔ)償和標(biāo)定，所以要求對溫度進(jìn)行檢測，應(yīng)該先考慮用熱電阻傳感器。在0℃100℃時(shí)，℃。由于復(fù)合PH電極內(nèi)阻很高。本文采用3個(gè)CA3140來構(gòu)成雙高阻抗差分輸入電路。圖36 ADC0804引腳DB7DB0：具有三態(tài)數(shù)字信號輸出口。INTR:工作結(jié)束標(biāo)志，低電平表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。 信號輸出電路單片機(jī)微機(jī)系統(tǒng)輸出的數(shù)字信號經(jīng)DAC0832送入輸出電路。 電源鍵按下為整個(gè)電路通電，所有模塊、器件初始化，時(shí)鐘開始計(jì)時(shí)?？娠@示192（列）64（行）點(diǎn)陣。輸入端接整流濾波電路，輸出端接負(fù)載，公共端接輸入輸出的公共連接點(diǎn)。其次，確定變壓器。圖311 總線擴(kuò)展電路本設(shè)計(jì)使用的復(fù)位電路為按鍵電平復(fù)位電路，它是通過RST段經(jīng)電阻與電源VCC接通而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)LE為低電平時(shí)，O被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。圖313 28C24引腳28C64主要用來存儲標(biāo)定數(shù)據(jù)、斜率、歷史曲線。表31 74LS244真值L=低邏輯電平；H=高邏輯電平；X=低或高邏輯電平；Z=高阻抗，結(jié)合高性能的CMOS工藝與電可擦懸浮柵工藝可為PLD市場提供最高速度的性能。這樣可以減少元器件數(shù)量、降低線路復(fù)雜程度，同時(shí)降低故障機(jī)率及提高硬件設(shè)計(jì)的靈活性。還具有自身補(bǔ)償能力來達(dá)到穩(wěn)定的放大增益；輸出部分含有自身保護(hù)電路來保護(hù)由于負(fù)載短路造成的損害。在一般的利用PC機(jī)對單片機(jī)進(jìn)行控制的場合，都是采用Windows作為上位機(jī)的平臺，具有友好的界面，編程和操作更容易。 兩種接口方式 串行接口方式串口是計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口，PC機(jī)一般至少有兩個(gè)串行口Com1和Com2。并行接口主要使用36針接頭和25針D形接頭，目前以25針D形接頭為主。(4)地址相符的從機(jī)SM2=0，可以接收到主機(jī)隨后發(fā)來的信息，即主機(jī)發(fā)送的所有信息。硬件接口簡單，被廣泛使用。因此研究上位機(jī)與單片機(jī)串口通信具有重要的實(shí)際和工業(yè)意義。 測量系統(tǒng)主程序該系統(tǒng)的主要功能是完成系統(tǒng)自檢，初始化，處理鍵盤命令，和完成顯示功能，控制系統(tǒng)是在一個(gè)預(yù)定的操作程序，可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，校準(zhǔn)和報(bào)警功能。當(dāng)“標(biāo)2”燈亮，操作與上步相同，操作者按提示完成后需按輸入鍵通知儀器此項(xiàng)操作已完成。在實(shí)際測量中，對于精度為177。輸入端絕緣性能的好壞與輸入端各部分的電極插口、測量開關(guān)、電極引線的絕緣電阻有關(guān)。這就是低溫天氣進(jìn)行PH測量，電極反應(yīng)遲鈍、示值漂移，需長時(shí)間才能穩(wěn)定讀數(shù)的原因?？梢圆捎萌詣?dòng)校準(zhǔn)電路校準(zhǔn)誤差：其基本思想是在系統(tǒng)開機(jī)后或每隔一定時(shí)間自動(dòng)測量基準(zhǔn)參數(shù)和零電壓，然后計(jì)算誤差模型，獲得并存儲誤差補(bǔ)償因子。表61 數(shù)據(jù)溫度（℃）202530202530202530標(biāo)準(zhǔn)液試驗(yàn)測試值誤差（%）儀器測量值注：上表酸堿度的值均為25℃下的標(biāo)準(zhǔn)值。 溫度測量范圍：060度；精度：177。具有數(shù)據(jù)存儲功能。導(dǎo)師廣博的學(xué)識和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度將使我受益終生。校正時(shí)根據(jù)測得的溫度值自動(dòng)查用標(biāo)準(zhǔn)溶液相應(yīng)溫度的PH值，也可以將有代表性的已處理廢水的PH值對溫度的曲線存人計(jì)算機(jī)，根據(jù)廢水溫度對設(shè)定值進(jìn)行修正。PH測量系統(tǒng)所具有的功能：采用軟件溫度補(bǔ)償和電極校正，PH電極電動(dòng)勢和溫度的測量電路是獨(dú)立的，互不影響，調(diào)試容易。與傳統(tǒng)的PH計(jì)，本文設(shè)計(jì)相比具有多種強(qiáng)大的功能更強(qiáng)大的功能和多種接口，便于模塊化，充分考慮到電磁干擾的設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的布局和布線具有較強(qiáng)的抗干擾能力，適合環(huán)境比較惡劣情況，本設(shè)計(jì)中采用一塊32K的FLASH，它可以在程序運(yùn)行的過程中進(jìn)行讀寫，因此可以用來存儲PH電極在標(biāo)準(zhǔn)液中的修正數(shù)據(jù)，從而避免了傳統(tǒng)儀器每次開機(jī)人工校正過程中，測量周期短，在測量儀器快速檢測的原則，通過設(shè)置相應(yīng)的參考價(jià)值，監(jiān)測參數(shù)的設(shè)計(jì)，并與報(bào)警和自動(dòng)清洗功能。就儀器本身精度要求來說 PH1PH10范圍內(nèi)其誤差范圍基本上在1%～% 之間，如果不加以重視，則其誤差就可能增大，從而導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)。防止溫度的急劇變化是保證測量結(jié)果準(zhǔn)確度的必要條件。故一定要保持儀器輸入端清潔與干燥，否則，不僅影響測量準(zhǔn)確度，甚至出現(xiàn)故障而不能工作。標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液需嚴(yán)格配制，采用經(jīng)檢定合格的標(biāo)準(zhǔn)緩沖物質(zhì)，并按規(guī)定的方法嚴(yán)格制備和保護(hù)溶液，并將其對測量的誤差的影響估計(jì)在內(nèi)。 開始 標(biāo)定計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)電極電位E0和斜率K標(biāo)定P1點(diǎn) 標(biāo)定P2點(diǎn) 存儲 存儲 存儲結(jié) 束 圖52標(biāo)定程序 測量子程序標(biāo)定后，就可以測量。然后，確定了計(jì)算結(jié)果與已知值是否相等，如果相等就順序執(zhí)行程序，如果不等于將產(chǎn)生報(bào)警。PH值測試儀的特點(diǎn)是將電極在解決潛在的信號輸入計(jì)算機(jī)，用軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PH值測試儀功能調(diào)節(jié)功能，如電極系數(shù)校正裝置，定位調(diào)節(jié)器和溫度補(bǔ)償和所有其他硬件調(diào)整與所有軟件函數(shù)代替。此信號必須轉(zhuǎn)換成一個(gè)05V的脈沖鏈后處理器就可讀取。(5)被尋址的從機(jī)通信結(jié)束后置SM2=1，恢復(fù)多機(jī)通信系統(tǒng)原有的狀態(tài)。串行口有四種工作方式，由SM0，SM1設(shè)定，對應(yīng)下表：表42 四種工作方式SM0SM1方式功能說明000同步移位寄存器方式01110位異步收發(fā)數(shù)據(jù)，波特率可變00211位異步收發(fā)，波特率固定11311位異步收發(fā)，波特率可變SM2多機(jī)通信控制位。9針D形連接器，有些老式則使用25針D形連接器。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)全雙工收發(fā)器緩沖（SBUF），兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收發(fā)送器，可以接受也可以傳輸數(shù)據(jù)，它們共享相同的地址99H。本文采用3個(gè)CA3140來構(gòu)成雙高阻抗差分輸入電路。具有體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，所以可以應(yīng)用于傳統(tǒng)測量。依靠輸出邏輯宏單元（OLMC）允許用戶來構(gòu)建，這種通用的結(jié)構(gòu)提供了最大的設(shè)計(jì)靈活性。程序存儲器27256主要存儲漢字庫。圖312 74LS373引腳373引出端符號： D0～D7數(shù)據(jù)輸入端 OE三態(tài)允許控制端（低電平有效） LE鎖存允許端 O0O7輸出端地址鎖存器74LS373能夠進(jìn)行三態(tài)總線驅(qū)動(dòng)輸出；置數(shù)全并行存??；緩沖控制輸入；使能輸入有改善抗擾度的滯后作用。由于該最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的數(shù)字量的測控單元，這樣不能滿足本設(shè)計(jì)的要求，所以要外擴(kuò)程序存儲器。即U2=。保護(hù)電路就有過流，過熱及短路保護(hù)功能。該元件可提供三種控制接口： 8位微處理器接口、4位微處理器接口、串行接口。復(fù)位鍵通過+5V電源與開關(guān)接入單片機(jī)的RESET管腳，到開關(guān)按下則RESET管腳輸入高電平，使單片機(jī)復(fù)位。電流信號和電壓信號的輸出范圍可通過儀器內(nèi)部的切換開關(guān)進(jìn)行切換。圖37 DAC0832引腳DAC0832內(nèi)部的8位輸入寄存器用于存放CPU送來的數(shù)字量，是由LE1端加以控制的，輸入數(shù)字量得到緩沖和所存的場所，；8位DAC寄存器是由LE2端控制，用于存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量的地方。DGND:數(shù)字信號地。由歐姆定律得：VV=1+2RR(VV)輸入級也稱為差分輸入，U3為差分放大器，因此有：Vo=RR(VV)兩式結(jié)合起來得：Vo=A(VV)A=1+2RRRR總增益A是第一級A1和第二級A2的乘積，輸入電路的增益取決于外部電阻的比值，所以采用合適的電阻。要求前置放大器有較高的輸入阻抗。但其成本太貴，不適合做普通設(shè)計(jì)。方法1：采用熱敏電阻，這種電阻是利用對溫度敏感的半導(dǎo)體材料制成，其阻值隨溫度變化有明顯的變化。該協(xié)議定義了幾種信號的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。DQ: 數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。具有微型化，低功耗，高性能，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可以直接將溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。EA/VP外部訪問允許。一般情況下，ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL 邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。RST/Vpd（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。 89C52介紹主要性能參數(shù)：與MSC51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容；8K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲器；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz24MHz。對弱電解質(zhì)和溶液形成絡(luò)合物的電解質(zhì)溶液，還受它們的平衡常數(shù)的影響。在使用參比電極時(shí)，為了防止溶液間的相互作用和玷污，常使用同種離子溶液的參比電極。所謂離子選擇性敏感膜的膜電位是指膜的兩側(cè)相界面電位之代數(shù)和，即膜電位E可表示為 , (210)最常用的指示電極便是玻璃電極。理想的離子選擇性電極的電位與離子活度的關(guān)系應(yīng)符合能斯特方程 , (28)a為溶液中此離子的活度值；S為電機(jī)的斜率項(xiàng)，是溫度的函數(shù)；E0為電極等電勢點(diǎn)的電位值。此電位的測量是相對一個(gè)電位與鹽溶液的成分無關(guān)的參比電極進(jìn)行的。原電池是一個(gè)系統(tǒng)，它的作用是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。將傳感器插入被測溶液中，復(fù)合玻璃電極與被測溶液組成的原電池，組合式玻璃電極輸出引線分別用于原電池的正電極和負(fù)電極。算出測量方程中的未知數(shù)，然后才能在測量過程中根據(jù)測量值和參數(shù)值算出被測試樣濃度值。具有很快的響應(yīng)速度。精確度越來越高。