【文章內(nèi)容簡介】 TC89系列單片機為高電平復(fù)位，通常在復(fù)位引腳 RST上連接一個電容到 VCC，再連接一個電阻到 GND，由此形成一個 RC充放電回路，這樣可以保證單片機在上電時 RST腳上有足夠時間的高電平進行復(fù)位，隨后回歸到低電平進入正常工作狀態(tài) 。 當(dāng)單片機系統(tǒng)在運行中，受到干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。為了保證單片機系統(tǒng)中的電路能穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位能可靠工作，復(fù)位電路是不可或缺的一部分，復(fù)位電路包括手動復(fù)位和上電復(fù)位。單片機在開始工作時都需要復(fù)位，這樣就可以使整個系統(tǒng)處于確定的初始狀態(tài)，從初始狀態(tài)開始工作 。 89系列單片機的復(fù)位信號是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)工作狀態(tài)正常，振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個高電平并且保持 2 個機器周期（ 24個振蕩周期）以上，則 CPU就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。 TDS 值測量電路 TDS值測量原理 TDS 表明 1 升水中溶有多少毫克溶解性總固體，或者說 1 升水中含有的離子總量。而本設(shè)計的TDS 值通過測量被測溶液的電導(dǎo)率計算得出。電導(dǎo)率是表示物質(zhì)導(dǎo)電性能的物理指標(biāo)。電導(dǎo)率越大物質(zhì)的導(dǎo)電性能越強，相應(yīng)的電阻就越小，反之物質(zhì)導(dǎo)電性能越小，電阻越大，電導(dǎo)率也越小。溶 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 共 28 頁 液的電導(dǎo)率等于溶液中各種離子電導(dǎo)率之和。在水樣經(jīng)過過濾后，在一定溫度下烘干所得的固體殘渣，其中包括不易揮發(fā)的可溶性鹽類、有機物及能通過過濾器的不溶解微粒等，都稱為溶解性總固體。 導(dǎo)體的導(dǎo)電能力與導(dǎo)體本 身的自由電荷在電場作用下的運動有關(guān)，所以其導(dǎo)電能力與導(dǎo)體的性質(zhì)及它的長度和橫截面積有關(guān)。其關(guān)系式為： SR L??? （ ） 式（ ）中， R為電阻， L為導(dǎo)體有效長度， S為導(dǎo)體的有效橫截面積，ρ為電阻率。而電導(dǎo) LR ??? ?S1G （ ） 令 K1??，則我們稱 K為電導(dǎo)率，是電阻率的倒數(shù)。令 JSL? ，所以 JKLK ??? SG （ J為電導(dǎo)池常數(shù)） （ ） 電導(dǎo)率 K 的單位為每厘米西門子，符號為 S? 1cm,橫截面積為 1cm2所具有的電導(dǎo)值，對電解質(zhì)導(dǎo)體來說相當(dāng)于 1cm3的溶液再相距 1cm 的兩電極間所具有的電導(dǎo)量 [8]。測量溶液時，由于水質(zhì)測試儀的確定，使得測量儀器探針的有效長度 L和有效橫截面積 A不變，探針之間水的體積就可以固定，通過式（ ）可得到電導(dǎo)率 K。 J??SK （ ） 由于 TDS 與電導(dǎo)率之間存在顯著地相關(guān)關(guān)系，由資料 [9]可知，溶解固體與電導(dǎo)之間的關(guān)系可用下面的經(jīng)驗公式估算： ~ D S ?? ）（ （ ） 式（ ）中： TDS 為水中溶解固體（ mg/L）； K 為 25℃時水的電導(dǎo)率（ S/m）。上式只是粗略的反映了溶解性總固體與電導(dǎo)率之間的數(shù)量關(guān)系，系數(shù) ~。 TDS測量電路 圖 TDS測量電路。 圖 TDS 測量電路 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 共 28 頁 該電路是被測溶液的電導(dǎo)率檢測多諧振蕩電。當(dāng)排針上接的兩根探針插入被測溶液，形成了一個電極，使整個電路構(gòu)成封閉的諧振電路，而由該諧振電路產(chǎn)生的與被測溶液電導(dǎo)率有關(guān)的頻率 f由 555芯片的 3引腳輸出，向單片機 。這個多諧振蕩電路是由探針與被測溶液構(gòu)成的電極和電容 C5組成。 555定時器 是美國 Sigics公司 1972年研制的用于取代機械式定時器數(shù)字電路與模擬電路相結(jié)合的的中規(guī)模集成電路，因輸入端設(shè)計有三個 5KΩ 的電阻而得名。 555定時器是由兩個電壓比較器，一個基本 RS觸發(fā)器，一個放電三極管，電阻分壓器和輸出緩沖器五個基本單元組成。有兩個基準(zhǔn)電壓，分別為 VCC/3， 2VCC/3，是構(gòu)成多諧振蕩器的主要器件。使用 555定時器的電路使用靈活、方便并且價格低廉，只需外接少量電阻電容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等，廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。如圖 ，為 555定時器結(jié)構(gòu)圖。 圖 555 定時器結(jié)構(gòu)圖 由 3個 5KΩ的電阻串聯(lián)構(gòu)成的電阻 分壓器為兩個電壓比較器 C1 和 C2提供參考電壓。如控制電壓輸入端 5懸空，則比較器 C1的參考電壓為 1／ 3VCC，加在同相端； C2的參考電壓為 2／ 3VCC，加在反相端。 4腳是復(fù)位輸入端，當(dāng) RD有效時，基本 RS觸發(fā)器被置“ 0”，晶體管導(dǎo)通，輸出端 3為低電平。正常工作時而應(yīng)無效。 6腳和 2腳是信號輸入端。當(dāng) 6腳電壓 2／ 3VCC， 2腳電壓 1／ 3VCC時，比較器 C2輸出高電平，基本 RS觸發(fā)器被復(fù)位置 0，晶體管導(dǎo)通，輸出端 3為低電平。當(dāng) 6腳的電壓 2／ 3VCC， 2腳電壓 1／ 3VCC時，比較器 C1輸出高電平，基本 RS觸發(fā)器被置 1，晶體管截止，輸出端 3為高電平。當(dāng) 6腳電壓 2／ 3VCC， 2腳電壓 1／ 3VCC時，基本 RS觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變 [10]。綜上所述，可得 555定時器功能，如表 。 表 555 定時器功能表 RD(輸入 ) UTH(輸入 ) UTR(輸入 ) U0（輸出） TD（輸出） 0 X X 低 導(dǎo)通 1 2VCC/3 VCC/3 低 導(dǎo)通 1 2VCC/3 VCC/3 不變 不變 1 2VCC/3 VCC/3 高 截止 1 2VCC/3 VCC/3 高 截止 該電路工作原 理：電路剛開始運行時電容 C5上的電壓為 0，實際電路處在置位狀態(tài)，引腳 3輸出高電平。 VCC通過電極向 C5充電， Q2導(dǎo)通，充電過程為： VCCQ2— 電極 — C5。當(dāng)上升到 Vc≥ 2/3VCC時， 6腳內(nèi)部高限比較器反轉(zhuǎn)， 3腳輸出低電平， Q2截止， 7腳內(nèi)集電極開路放電管導(dǎo)通，放電過程：C5— 電極 — 7 引腳。當(dāng)放電至 Vc≤ 1／ 3VCC 時，腳 2 內(nèi)低限比較器反轉(zhuǎn)，引腳 3 再次輸出高電平， 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 共 28 頁 電容再次充電。如此以上過程循環(huán)往復(fù)形成振蕩輸出頻率 f。經(jīng)電路原理得出以下公式： )( 0 tGKRf x ?? （ ） 式（ ）中： G(t)=1/Rx， G(t)為電極實測的電導(dǎo)值； K0=， K0為電導(dǎo) 頻率轉(zhuǎn)換系數(shù)。由式（ ）可以看出，輸出頻率 f與電導(dǎo) G(t)成正比，即頻率和電導(dǎo)率呈線性關(guān)系 [11]。 在設(shè)計過程中，探針的尺寸固定，即 L/S=常數(shù)， L 為兩探頭之間的間距， S 為探頭浸入溶液深度與探頭橫截面長度的乘積。本實驗中 L=， S=4cm*=，所以 L/S==250m1；C5=。將兩探針之間的被測溶液也視為電阻，可確定 f與 K的線性關(guān)系，即 :K=?105f,即推算出 f???? )~(T D S 。 由于溶液電導(dǎo)率測量受溫度影響很大，電解質(zhì)的電離度、溶解度、離子運動速度等都直接受溫度的影響，溶液溫度升高時，離子熱運行加快，導(dǎo)電能力增加，溶液電導(dǎo)率增大。反之亦然。而本設(shè)計是根據(jù)被測溶液電導(dǎo)率來計算 溶液 TDS 值，所以溫度直接影響溶液電導(dǎo)率測量的精度，也就是直接影響 TDS值的測量精度。 如上面所述，溫度對 TDS 值的測量精度影響是非常大的。當(dāng)被測溶液的溫度不是基準(zhǔn)溫度，即25℃時，就必須進行溫度補償，也就是說需要將測量結(jié)果補償?shù)交鶞?zhǔn)溫度下的數(shù)值，從而排除溫度對測量值的影響 [12]。國內(nèi)外已經(jīng)商品化的儀器溫度補償?shù)姆椒ㄖ饕腥N： （ 1） 樣品恒溫法：就是加裝水樣預(yù)處理的恒溫裝置，先將被測溶液的溫度補償?shù)?25℃條件下再進行測量，但是這種方法需要昂貴精密的恒溫裝置，條件也很難控制，所以在現(xiàn)場很少被采用。 （ 2）手動調(diào) 整補償法：在電導(dǎo)率儀器上設(shè)置一個手動溫度補償調(diào)整器。這種方法在使用前必須先測量被測溶液的溫度值然后再調(diào)整溫度系數(shù)，一般為 2%/℃。采用這種方法的儀器僅限于實驗使用表。 （ 3）自動溫度補償法：在測量儀器中設(shè)置自動溫度補償電路，在測量任意溫度的溶液時，都能自動進行溫度補償并且顯示出補償至基準(zhǔn)溫度 25℃時該溶液的電導(dǎo)率值。該方法分為熱敏電阻補償法和擬合經(jīng)驗公式補償法。熱敏電阻補償法實際設(shè)計復(fù)雜，有局限性。使用軟件擬合公式處理法對測得的溶液的電導(dǎo)率和溫度進行處理，可以較好地得到溫度補償后的數(shù)值 [13]。本設(shè)計采用軟 件擬合公式補償法。 被測溶液的溫度每升高 1℃，電導(dǎo)率就增加約 2%，溫度校正系數(shù)與溫度成一元線性關(guān)系，當(dāng)測量溫度為 25℃左右時，其溫度補償公式為： Ks=Kt/[+)] （ ） 式（ ）中， Ks 為 25℃下溶液的電導(dǎo)率， Kt為 t℃下溶液的電導(dǎo)率， t為被測溶液的溫度。 當(dāng)測量溫度偏離 25℃時，由于以上公式所得的電導(dǎo)率誤差較大，為了提高測量精度，所以 采用不同的溫度校正系數(shù)來進行計算，不同溫度范圍內(nèi)的溫度校正系數(shù)也不同。式（ ） 式（ ）為不同溫度范圍下的溫度補償公式： Ks=Kt/(+) 1℃≤ t≤ 10℃ （ ） Ks=Kt/(+) 10℃≤ t≤ 20℃ （ ） Ks=Kt/(+) 20℃≤ t≤ 30℃ （ ） Ks=Kt/(+) 其他溫度范圍 （ ） 本設(shè)計通過測量電導(dǎo)率和通過 DS18B20 防水型溫度傳感器測量溶液溫度，借助數(shù)據(jù)擬合的方法擬合出經(jīng)驗公式進行軟件溫度補償。這種方法不但使硬件電路變得沒有那么復(fù)雜，而且使該 TDS 水質(zhì)測量儀使用更加方便，測量也更加精確。 圖 DS18B20引腳圖。