以STM32F103为控制器的pH测试仪表的设计与研究

摘要

随着我国经济快速发展，由经济发展而引起的环境污染也日趋严重。作为人类赖以生存的水资源现状也不乐观，生产、生活污水正在污染着河流与湖泊。在水处理过程中，pH值是必须监测的一个重要指标。经市场调研，现在绝大部分大型的污水处理厂使用的pH测试仪几乎全部从国外进口，使用和维护成本十分昂贵。国内尚没有与国外同类产品在质量和性能上相当的产品，这也是做此研究的一个重要原因。同时，希望本文的研究成果能为我国的环保事业能尽一点微薄之力。
　　 早期的pH测试仪信号处理部分采用三极管等分立元件设计，电路复杂且不易于调试，故障率高且不易于维修。显示部分采用数码管专用驱动芯片，pH电极所产生的电压信号直接送入数码管专用驱动芯片，由数码管专用驱动芯片把对应的pH值显示在数码管上。随着IC技术的不断发展，pH测试仪的设计也逐渐向着集成化的方向发展。但智能化、显示界面的彩色化、信息传输的无线数字化还没有得到很好的解决。
　　 文中把彩色TFT显示模块、触摸屏技术、信号隔离技术、Cotex-M3微控制器、数字信号处理等先进的技术融合到一起，设计了一款以STM32F103为控制器的pH测试仪表。创造性地把彩色TFT显示模块以及无线数据传输应用到pH测试仪设计中，解决了彩色显示的问题和现场仪表与控制室之间的无线数据传输问题，降低了布线成本。给出了pH测试仪设计的总体方案，从方案的介绍到各个模块原理图的设计都给出了详细设计方法和说明。从硬件调试到软件调试都给出了具体的实验与调试方法。软件调试和pH温度补偿算法是本文的研究核心，着重研究温度对pH测量的影响，并结合多年工程应用实际给出具有实际应用价值的温度补偿算法。
　　 通过样机的制作和调试达到了±0.02pH的测量精度，大大超过了国内±0.1pH的测量精度，接近国外±0.01pH的测量精度。经现场测试，长期工作的测量精度和工作稳定性超过国内同类型仪表，接近国外同类型的高端仪表。而本文设计的pH测试仪在价格上不高于国内同类型仪表，远远低于国外高端动辄五六万甚至几十万的价格。具有广泛的发展和应用前景。