【正文】 1989年月本橫河電機(jī)又推出EXAPH PH 200 G型智能式工業(yè)PH計(jì)，儀器配有微處理機(jī)，據(jù)稱該EXA型PH計(jì)是世界上第一臺智能2線式工業(yè)PH計(jì)。1979年，橫河電機(jī)H8F型PH變送器。1951年日本電氣式化學(xué)計(jì)研究所(DKK 前身)研制生產(chǎn)的日本生產(chǎn)的第一臺工業(yè)PH計(jì)。但化學(xué)分析方法和試驗(yàn)分析都不可以做在線自動測量。對于那些測量方便，而計(jì)算很復(fù)雜的方法，如多次添加法有重要的意義。因此可以借助于直流電位測量儀器由一指示電極與另一支參比電極在溶液中組成測量電池的電動勢，然后測量計(jì)算出溶液中離子含量。輸入電路采用高阻差分電路，傳感器的設(shè)計(jì)可以減少溶液中其他離子的干擾。三電極系統(tǒng)有良好地抗干擾能力。電位分析法是用電極電位和濃度的關(guān)系來測定物質(zhì)濃度的一種電化學(xué)分析方法。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展與普及，出現(xiàn)了許多微機(jī)化電位測量儀器，它用軟件來完成電位、PH濃度的測定。目前，PH值的參數(shù)測量方法有很多種，最常用的化學(xué)分析法、試紙分析法和電位分析法。工業(yè)PH計(jì)發(fā)展過程，以日本為例。在8511型PH 變送器的基礎(chǔ)上,推出PH6F型PH變送器。該儀器為一體化結(jié)構(gòu)，具有高可靠性、多功能、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)。隨著科技進(jìn)步和創(chuàng)新PH測量系統(tǒng)正邁向智能化，人性化的方向發(fā)展。輸入電路的研究提供了非常高的阻抗。玻璃電極是由特殊玻璃膜制成的，,AgAgCl 為參考電極在內(nèi)部，由二者組成復(fù)合電極，之間是PH 值一定的參比溶液，當(dāng)玻璃電極放入待測溶液時(shí)，玻璃膜處于H+ 濃度一定內(nèi)參比溶液和待測溶液之間，形成很薄的水化層，二者之間形成新的H+平衡，產(chǎn)生了膜電位E（玻璃電極）和E（參比電極），則復(fù)合電極的E= E E， 恒定不變,E與溶液H+濃度 E=RTFlna=, (21)，因?yàn)镻H=lg得 E=KPH, (22)由上可看出，電極E 與PH 成線性關(guān)系，其中斜率k 是溫度t 的函數(shù)，由實(shí)驗(yàn)資料得出其擬和直線為： K=+, (23)上式t 是溫度傳感器所測溶液的溫度，當(dāng)溶液PH=7時(shí)，兩電極之間電勢差為0，為了使電勢的高低與PH 值一致,代入得： E E=K (PH7), (24)標(biāo)定方法很多，標(biāo)定是用已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)液去校準(zhǔn)儀器。 三電極測量系統(tǒng)電位測量溶液的玻璃電極為指示電極，銀氯化銀電極為參比電極，雙電極封裝在一起，形成一個(gè)復(fù)合玻璃電極。分析電極稱為原電池。這（如上所述）由金屬和金屬離子的溶液組成的電極稱為第一類電極。離子選擇性電極的性能主要取決于膜的種類及其制備技術(shù)，常用的離子選擇性電極有晶體膜電極、液膜電極和玻璃膜電極等。在一定測量范圍內(nèi)，相界面電位與離子濃度關(guān)系符合能斯特方程： , (29)式中，——敏感膜兩邊溶液的離子濃度；——離子濃度=1,溫度為t時(shí)的電位值（溫度不同，不同）。此外，為了防止因研究體系溶液對Ag/電極稀釋而造成的沉淀析出，可以在電極和研究體系溶液間放一個(gè)盛有溶液的鹽橋。為溶液溫度系數(shù)項(xiàng)，它受溶液中離子濃度的影響，而離子濃度又取決于它的濃度系數(shù)和離子強(qiáng)度。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。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL 邏輯門電路。P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。ALE當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8 位字節(jié)。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN信號。 溫度采集電路本文設(shè)計(jì)采用DS18B20溫度傳感器，它是美國DALLAS公司推出的一線總線溫度傳感器。、圖32 DS18B20引腳GND:地信號。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。按照熱敏電阻的性質(zhì)可以分為半導(dǎo)體熱電阻和金屬熱電阻兩大類，前者通常稱為熱敏電阻，后者稱為熱電阻。鉑電阻與溫度的關(guān)系是=R0(1+At+Bt*t)其中是溫度為t℃時(shí)鉑熱電阻的電阻值；R0是溫度為0℃時(shí)鉑熱電阻的電阻值；t為任意溫度值，A、B為溫度系數(shù)。大約l012。圖35 輸入電路圖在圖中，U1和U2構(gòu)成輸入級，而U3構(gòu)成輸出級，依據(jù)輸入電壓約束條件，在R3上的電壓為玻璃電極V1和參比電極V2電壓之差，即V1V2，依據(jù)輸入電流約束條件，流過R1與R3是同一電流。AGND:模擬低信號。 VIN(+)端的電壓即為ADC0804的模擬輸入電壓，最好再接上個(gè)電阻，防止因電流過大而燒壞芯片。輸出電路轉(zhuǎn)換可輸出010mA或420mA的電流信號和05mV或010mV的電壓信號。 復(fù)位鍵是強(qiáng)制單片機(jī)結(jié)束工作任務(wù)進(jìn)行初始化。可完成圖形顯示，也可顯示124個(gè)（1616點(diǎn)陣）中文漢字。其內(nèi)部有采樣、基準(zhǔn)、放大、調(diào)整和保護(hù)等電路組成。交流輸入電壓經(jīng)過降壓、全波整流和濾波后，兩模塊分別承受12V電壓，U2=12V。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用6MHz時(shí)，C取22uF，RS取200 ，RK取1K 。當(dāng)LE端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善400mV。是可以電改寫的只讀存儲器，工作時(shí)可以改寫其中的數(shù)據(jù)，掉電以后EEPROM中數(shù)據(jù)不會丟失。高速擦寫時(shí)間（＜100ns）允許快速和有效的重復(fù)編程。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。可完成阻抗匹配、降低測量噪聲、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等，非常適合此電路設(shè)計(jì)。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。串行端口從不同的并行端口，其數(shù)據(jù)和控制信息是一個(gè)一個(gè)在傳輸線傳輸，這樣串行口較并行口能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送信息。 51系列單片機(jī)串行口控制寄存器SCON它是一個(gè)可尋址的專用寄存器，用于串行通信的控制，單元地址是98H，其結(jié)構(gòu)格式如表:表41 寄存器結(jié)構(gòu)格式位序號D7D6D5D4D3D2D1D0位符號SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0，SM1工作方式選擇位。收到信息TB8=0，則表示是數(shù)據(jù)幀，而對于地址不符的從機(jī)SM2=1，收到信息TB8=0，則不予理睬，這樣就實(shí)現(xiàn)了主機(jī)與地址相符的從機(jī)之間的雙機(jī)通信。典型工作電路如下：圖42 MAX232典型工作電路 MAX232外圍連接電路 本測量系統(tǒng)采用試驗(yàn)階段采用了實(shí)時(shí)軟件調(diào)試，所以需要與上位機(jī)進(jìn)行通訊，使用RS232協(xié)議，而PC機(jī)串行口給出的一個(gè)RS232信號（一個(gè)基于37V正電壓、37V負(fù)電壓的脈沖鏈）。第五章 PH測量系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)第五章 PH測量系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 測量系統(tǒng)主要內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)PH值測試系統(tǒng)，除硬件設(shè)計(jì)，軟件編程，許多過去用硬件電路實(shí)現(xiàn)的功能也可以通過軟件實(shí)現(xiàn)，這樣不僅可以提高儀器的功能，而且還可以提高精度的儀器，該儀器具有優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊節(jié)省投資。系統(tǒng)自檢程序的作用是確保系統(tǒng)可以自動運(yùn)行的前提，它包括檢測指令系統(tǒng)中斷功能，顯示器LED檢測、檢測RAM、檢測A/D、檢測放大電路等，指令系統(tǒng)探測計(jì)劃是執(zhí)行一個(gè)計(jì)算程序，該指令包括：數(shù)據(jù)傳送指令、邏輯運(yùn)算指令、位操作指令、控制轉(zhuǎn)移指令。當(dāng)“排液”燈亮，操作者便可排掉標(biāo)樣2，將測量池清洗后注人被測水樣，通知儀器操作完畢后，儀器自動進(jìn)入兩點(diǎn)校準(zhǔn)的方法測量狀態(tài)，執(zhí)行相應(yīng)的測量程序。標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液在正常情況下不會有多大問題，對于精度在，177。有的材料雖然電阻很高，但它對水有浸潤性，當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，表面就會有一層水汽而使絕緣降低。最后，測溫過程中溫度變化或標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液與被測液溫度不一致也將產(chǎn)生誤差或示值不穩(wěn)，因此在PH測量中必須使標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液與被測液溫度盡量接近并保持恒定。由于沒有足夠重視儀器的保養(yǎng)或使用不當(dāng)和使儀器性能降低，造成儀器本身不穩(wěn)定性，產(chǎn)生儀器內(nèi)各元器件的騷動，導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。上表中儀器測量值為所設(shè)計(jì)的PH測試儀的實(shí)際測試值。 標(biāo)定方法：兩點(diǎn)標(biāo)定法； 測量系統(tǒng)：三電極法測量。可以將不同溫度下標(biāo)準(zhǔn)溶液的DH值存入程序常數(shù)區(qū)。感謝電工電子教研室的全體老師和同學(xué)多年來的關(guān)心和支持！感謝所有關(guān)心和幫助過我的人們！ 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1] 周立功. 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程（三）.北京航空航天大學(xué)出版社. 2006,5[2] 彭軍. 傳感器與檢測技術(shù). 西安電子科技大學(xué)出版社. 2003,11[3] 林鋼. 常用電子元器件. 機(jī)械工業(yè)出版社. 2004,8[4] 劉欣榮. 通用離子計(jì)的研究. 東北電力大學(xué)碩士論文. 2003[5] 承慰才. 電廠化學(xué)儀表. 中國電力出版社. 2009,4[6] 張春霞. pH計(jì)的溫度補(bǔ)償. 醫(yī)療衛(wèi)生裝備. 2000,3[7] 張文政. 智能pH—9000酸度計(jì)的研制. 北京理工大學(xué)學(xué)報(bào). 1996,4[8] 楊成忠. 高精度pH測量儀表的研制. 機(jī)電工程. 1997[9] 單片機(jī)原理及應(yīng)用. ,12[10] 陳立春. 儀器分析. 中國輕工業(yè)出版社. 2002[11] 崔亦飛. 8098單片機(jī)構(gòu)成pH計(jì)的原理. 1995,11,VOL16[12] 查爾斯. 曼（美）.，1994[13] 承慰才,王中甲. 電廠化學(xué)儀表. 北京. 水利電力出版社. 1998[14] 張友德. 單片微型機(jī)原理應(yīng)用與實(shí)驗(yàn). 復(fù)旦大學(xué)出版社. 1991[15] 何立民. 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編. 北京航空航天大學(xué)出版社. 1996[16] Jacuzzi. Determination of the pH across a Cell Membrane Using a Methylamineselective Electrode. Analyst. June 1998[17] . Microprocessors in Instruments and Control. 1996[18] Electrode. April 68, 1994, Analyst. August 1994[19] Orion Research . Newsletter. 2,33. 1990[20] Fredirick . What Is pH,And How Is It Company,2003[21] Charles Kitchin,Lew Designer’s Guide To Instrumentation [22] JJG 1192005,實(shí)驗(yàn)室pH (酸度)計(jì)計(jì)量檢定規(guī)程[23] 張玉海. 新型醫(yī)用檢測儀器原理與維修，,2005[24] 董金偉,朱維濤,．（4）：4849[25] 楊素英,尹景鵬,崇仲全,2003(10):79[26] 劉均華. 智能傳感器系統(tǒng). [27] 侯傳嘉,1993[28] :(1):128131[29] ，2000（2）:4647[30] 盧國華,楊萬生,2002（5）:6468[31] 李長林. Visual Basic串口通信技術(shù)與典型實(shí)例[M]. 北京：清華大學(xué)出版社,[32] 李朝青,劉艷玲,沈怡麟. 單片機(jī)與PC機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社,[33] 萬福軍,潘松峰,劉芳. MCS51單片機(jī)原理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用. [M] 北京：清華大學(xué)出版社,[34] ,2009[35] [M].北京:高等教育出版社,1985[36] [37] [38] [39] [40] [41] 附錄附錄