【正文】 RE: RET GOON: JNC BIG JC SMALL BIG: MOV R4， 0FH SMALL: SETB NOP NOP 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 CLR 。 綠指示燈亮 ACQU: JNB ， $ 。 反射串口來的數(shù)據(jù) CJNE A， 0BBH， FINISH1 。 反射串口來的數(shù)據(jù) MOV R4， A 。 沒有命令 繼續(xù)下一輪采集 FINISH1: RET 。 (3)通過端口向單片機(jī)發(fā)送命令。計(jì)算機(jī)程序啟動(dòng)兩個(gè)工作線程，一個(gè)是上述的接收采集數(shù)據(jù)工作線程，另一個(gè)就是計(jì)算工作線程，兩個(gè)工作線程通過事件來同步，計(jì)算工作線程等待事件有信號(hào)，一旦事件有信號(hào)計(jì)算工作線程用非線性校正操作獲得的特征數(shù)據(jù)把新數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為線性數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行濾波、整流計(jì)算，再用儀器標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行插值計(jì)算，最后得到濁度值。在選擇菜單操作 選擇端口 ， 彈出如圖 62 的對(duì)話框。 圖 儀器的界面 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 端口選擇對(duì)話框 從菜單中選擇操作 線性校正。約一秒左右采樣值文本框會(huì)出現(xiàn)采樣值，同時(shí)左邊窗口中會(huì)添加這對(duì)數(shù)據(jù)。讓使用者完成線性校正和標(biāo)定儀器的原因是儀器的周期效驗(yàn)問題。從狀態(tài)條上也可看出測(cè)量方式情況。但四盞時(shí)鐘仍閃爍表示儀器仍在進(jìn)行測(cè)量，只是數(shù)據(jù)為顯示出。最好接受默認(rèn)文件名以便于查找，當(dāng)然也可根據(jù)需要和自己喜好改變它。統(tǒng)計(jì) LED 就會(huì)顯示整個(gè)儀器中濁度測(cè)量的各統(tǒng)計(jì)量。若要查看的時(shí)間不在顯示范圍內(nèi)，可在儀器顯 示屏內(nèi)按下右鍵拖動(dòng)儀器顯示屏向前或向后滾動(dòng)，也可拖動(dòng)水平滑塊調(diào)節(jié)時(shí)間軸的顯示范圍。儀器就開始測(cè)量。使用者可通過菜單方便地重新進(jìn)行線性校正（重新進(jìn)行線性校正，在線性校正之前點(diǎn)擊菜單的操作 清空校正數(shù)據(jù)）和標(biāo)定儀器，確保儀器的測(cè)量精度。標(biāo)定的點(diǎn)越多儀器精度越高，但至少每 1000 標(biāo)定 5 個(gè)點(diǎn)。線性校正要花幾分鐘時(shí)間，狀態(tài)條會(huì)顯示 ―正在進(jìn)行線性校正 ‖字樣和一個(gè)進(jìn)度條，當(dāng)線性校正完成，狀態(tài)條會(huì)顯示 ―線性校正完成 ‖，進(jìn)度條消失來提示操作者。默認(rèn)選擇是 COM1。當(dāng)使用者企圖運(yùn)行第二個(gè)實(shí)例時(shí)，只是激活前一實(shí)例窗口，而不另運(yùn)行一個(gè)實(shí)例。單片機(jī)收到任何字節(jié)都把該字節(jié)返回給計(jì)算機(jī)，從而計(jì)算機(jī)得知單片機(jī)收到的命令是否正確，也通過此檢測(cè)端口通訊是否正常。包括時(shí)間、濁度當(dāng)前值的顯示，有記錄時(shí)刻的濁度值查詢，濁度值的變化顯示，統(tǒng)計(jì)值的顯示。 若大于 0FH 按 0FH 處理 JC SMALL1 BIG1: MOV R4， 0FH SMALL1: SETB NOP NOP CLR 。 接收計(jì)算機(jī)傳出的光源強(qiáng)度值 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 CLR RI MOV A， SBUF 。 調(diào)用采集子程序 JB RI ， FINISH 。 給 CD4040 R4R3 個(gè)脈沖 DJNZ R3， COUNT MOV R3， 0FFH DJNZ R4， COUNT SETB CLR JNB RI， $ 。 讀串口 JNB TI， $ CLR TI 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 MOV SBUF， A 。 選擇通路 MOV R4， 00FH LOOP: MOV R3， 0FFH 。 復(fù)位 MAX172 的 CS 和 RD NOP 。 復(fù)位 MAX172 的 HBEN CLR 。 若為 AAH 繼續(xù)等待讀后一節(jié) CLR RI MOV A， SBUF 。 波特率加倍 MOV TH1， 0FFH 。圖中未畫出。從而單片機(jī)通過指令控制 P00、 P0 P02 端口來選擇模擬多路開關(guān)的通路，實(shí)現(xiàn)測(cè)量工作狀態(tài)和非線性校正工作狀態(tài)的切換。這里沒有采用前面分析的正弦波調(diào)制光源信號(hào) (見 節(jié) )而采用方波 ， 其結(jié)果是一樣的。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換開始，BUSY 信號(hào)由高變低，轉(zhuǎn)換完成， BUSY 信號(hào)由低變高，單片機(jī)由與 A/D 轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)口 D0D1 連接的 口，將 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)分兩次讀入，先讀入低 8 位，再讀入高 4 位。 0Y， 1Y 端是引入的電流負(fù)反饋，從而控制通過半導(dǎo)體發(fā)光管 D2 的電流。若與 8 位 的微處理器相連，此時(shí)從 D0D7 引取低 8 位數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換時(shí)間 10181。圖 為將 +18V 的輸入轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的 +5V 和 12V 輸出給各元件供電。接收線程負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的接受。 長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 以上過程不涉及具體的光強(qiáng) I，不需要照度計(jì)，可用計(jì)算機(jī)編程配合硬件自動(dòng)完成，作為濁度儀功能的一部分。 3. 向上調(diào)節(jié)強(qiáng)度光源 I，反復(fù)步驟 2，得（ U1， U19） ，（ U2， U29） …… （ Un，Un9），直到 Un 大于測(cè)量濁度的光和最大容許環(huán)境光作用于探測(cè)器所產(chǎn)生的 U。 非線性的校正方法 上述原理在光電信號(hào)轉(zhuǎn)換是線性的情況下才能成立。假設(shè) λ 和 V 為常數(shù)，則 KNV2∕λ4 與單位容積微粒的總數(shù)或總體積成正比，也就 是與濁度成正比，則有： IR=KTIO （ 1） 式中 T 為水的濁度， K‘為系數(shù)。硬件以 AT89C51 單片機(jī)為中心，設(shè)計(jì)采樣電路、光源電路、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、與 PC 的接口電路以及測(cè)量探頭等。 本文的研究目的是將儀器儀表的智能化技術(shù)具體應(yīng)用于濁度測(cè)量中，解決濁度測(cè)量中的問題，采用軟件技術(shù)代替復(fù)雜的硬件電路，通過軟件的非線性校正、長(zhǎng)春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 濾波等技術(shù)修正和克服由傳感器、變換器、放大器等引入的誤差，從而提高儀器的精度和其他性能指標(biāo)。計(jì)算機(jī) 滲透到儀器科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域并得到充分應(yīng)用的結(jié)果，在該領(lǐng)域出現(xiàn)了完全突破傳統(tǒng)概念的新一代儀器 ——智能儀器，從而開創(chuàng)了儀器儀表的一個(gè)嶄新的時(shí)代。 .傳感發(fā)送器為流通式，直接安裝在管路中進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，整套儀器安裝在一個(gè)支撐座架上，只要將樣水用管道直接接入傳感發(fā)送器即可測(cè)量。有些公司的產(chǎn)品，還將測(cè)定濁度和固體懸浮物等多種功能合成在一起，可用同一探頭、同一臺(tái)儀器操作，只需按一下功能轉(zhuǎn)換鍵即可，無(wú)需重新進(jìn)行參數(shù)設(shè)定和更換測(cè)量探頭，大大擴(kuò)展了儀器的應(yīng)用范圍，增強(qiáng)了儀器檢測(cè)的多元化功能。按濁度儀安裝結(jié)構(gòu)不同，有可分為流通式、沉入式、插入式、伸縮可拆卸帶球閥插入式濁度儀。通過對(duì)偏振度的檢測(cè)，可測(cè)量濁度 。假設(shè) λ 和 V 為常數(shù)，則 KNV2∕λ4 與單位容積微粒的總數(shù)或總體積成正比，也就是與濁度成正比，則有： IR=KTIO 式中 T 為水的濁度， K‘為系數(shù)。 濁度測(cè)量方法 濁度的測(cè)定目前有化學(xué)分析法和儀器分析法兩種，化學(xué)分析法采用透明度試管法和透明度試驗(yàn)圓盤法，適用于實(shí)驗(yàn)室或野外作人工分析測(cè)定；儀器分析法利用 880nm 近紅外光源，采用光學(xué)透射或散射原理，將濁度轉(zhuǎn)換為光電信號(hào)，測(cè)出濁度數(shù)值大小。 measurement of turbidity。然而，目前我國(guó)市場(chǎng)上的濁度計(jì)很大程度依賴于進(jìn)口，這些濁度計(jì)雖然測(cè)量精度和穩(wěn)定性都很好。 （論文）中引用他人的觀點(diǎn)和研究成果，均在文中加以注釋或以參考文獻(xiàn)形式列出，對(duì)本文的研究工作做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中注明。該智能化濁度儀的軟件在 Mirosoft Visual C++ 開發(fā)環(huán)境用 C++語(yǔ)言編寫，它充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力，圖形界面顯示、儲(chǔ)存、打印功能。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。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。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?；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。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。 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，近幾年來得到較大發(fā)展。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。它們的基本結(jié)構(gòu)是電磁式的，基于電磁測(cè)量原理使用指針來顯示最終結(jié)果。也就是說，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。常用的方法是完全封閉起來遮蔽背景光。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。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。如圖 。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。這里說明以下，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。圖中 C1 為耦合電容， C4 濾波電容。與 8 位微處理器和 16 位微處理器相連都很方便。讀引腳的方式讀取數(shù)據(jù)。 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。它的 ALE/P 引腳輸出周期信號(hào)，周期為時(shí)鐘的六分頻，即 。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。 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。圖 51 為單片 主程序的流程圖，主程序?yàn)檠h(huán)結(jié)構(gòu)。 紅指示燈亮 MOV P2， 0FFH WAIT1: JNB RI， $ 。 約定 09aaH 為線性矯正命令 ACALL LINEAR JMP WAIT 。 讀取引腳時(shí)端口先置 1 NOP 。 置位 MAX172 的 CS 和 RD 結(jié)束本輪采集 JNB TI， $ CLR TI MOV SBUF， R1 。 關(guān)閉開關(guān)光源 NOP 。 反射串口來的數(shù)據(jù) MOV R3， A JNB RI， $ CLR RI MOV A， SBUF 。 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 。 兩指示燈都不亮 MOV P0， 11111001B 。 。 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 。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，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。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)。接通儀器電源，打開計(jì)算機(jī)，啟動(dòng)該程序。會(huì)彈出一個(gè)檢查結(jié)果息框。對(duì)話框左邊顯示以標(biāo)定的數(shù)據(jù)。若點(diǎn)擊取消按鈕，則本次標(biāo)定無(wú)效退出。默認(rèn)的測(cè)量方式是恒光源測(cè)量。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。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。需要說明部分統(tǒng)計(jì)不能在測(cè)量的追蹤 狀態(tài)