采用W78E58单片机的酸碱浓度检测技术

摘要

pH值是表示溶液酸碱浓度的基本参数，pH值的测量在电力、环保、化工等部门被广泛应用。以玻璃电极作传感器的电位测量法是应用最广泛的一种工业上测量溶液pH值的方法。影响这种方法测量准确性的因素主要有三个方面：溶液温度、玻璃电极高内阻和电极偏差。 论文中设计和实现了一种智能酸碱浓度测试仪，以玻璃电极为传感器采用电位法测量溶液的酸碱浓度。选用PT100铂热电阻温度传感器测量溶液温度，对玻璃电极进行温度补偿，采用桥路和单运放差动放大电路对PT100铂热电阻温度传感器信号检测放大，软件校正温度传感器和测量电路的非线性，软件校准测量电路的零点和满度，消除测量电路的系统误差，提高补偿温度的测量精度。采用高阻、低漂移运放TLC2254组成高阻差动放大电路用于酸度电极信号测量。为了消除电极引线和线路板上接线端子漏电影响测量电路的输入阻抗，采用高阻绝缘线连接电极并将高阻绝缘线直接焊在印刷线路板上；同时，印刷电路板上加绝缘环，消除线路板绝缘电阻对放大电路输入阻抗的影响。软件校正电极偏差，并给出校准算法。 智能酸碱浓度测试仪以W78E58单片机为核心，采用SPI串行接口部件，全贴片CMOS集成电路设计，电路简单，结构轻巧，功耗低；具有电源监视电路和看门狗电路，并采取光电隔离技术将供电电源与测量电路隔离以增强可靠性和抗干扰能力；输入输出加有保护电路，误加高压不会损坏仪器；设计有隔离的RS485标准串行口，通讯协议兼容研华ADAM4000系列，能够直接接入RS485总线网络，被组态软件支持。软件程序由C51语言编写，程序编写中采用模块化结构和相应的文档说明，分级驱动。软件实现了测试仪多种智能化功能，软件设定各种参数，软件实现了测试仪的自校验。 在实验室中，用精密信号源FLUKE5500A和精密电阻箱分别模拟复合玻璃电极和铂热电阻温度传感器，完成对测试仪的检定。实验数据表明测试仪补偿温度的测量误差小于±0.2℃，酸度的测量误差小于±0.02pH。

目录

文摘

英文文摘

第1章前言

1.1课题的背景与意义

1.2国内外研究概况和发展趋势[4][6][10]

1.3主要研究工作

第2章电位法测量溶液酸碱浓度的原理

2.1原电池和电极电位[1]

2.1.1原电池

2.1.2电极电位

2.1.3离子选择性电极

2.1.4液接电位

2.2银-氯化银电极和玻璃电极[1]

2.3电位法测量原理和影响测量精度的因素[1][6]

第3章智能酸碱浓度测试仪的系统组成

3.1系统组成结构

3.2测量电路[18][19]

3.2.1高输入阻抗电极信号测量电路

3.2.2温度测量电路

3.2.3以±18位ADC MAX132为核心的模数转换电路[21][22]

3.3模拟量输出电路[21]

3.4键盘和显示电路

3.5系统可靠性设计[9]

3.6基于RS485的通讯电路[13]

3.7硬件抗干扰措施

3.7.1干扰的来源

3.7.2抗干扰的措施

第4章智能酸碱浓度测试仪的软件系统设计

4.1测试仪功能分析

4.1.1测试仪E2PROM中的参数结构

4.1.2研华ADAM兼容通讯协议

4.1.3通过串行口采集数据

4.1.4测试仪的键盘操作

4.2测试仪软件系统设计

4.2.1测试仪硬件驱动程序设计

4.2.2测试仪软件主程序流程

4.2.3数据采集与处理模块程序流程

4.2.4通讯模块程序流程

4.2.5键盘处理模块程序流程

4.3上位机设置程序设计

第5章数据处理和实验结果

5.1温度测量的数据处理和实验结果[5][19]

5.1.1温度传感器和测量电路的线性化

5.1.2温度测量电路的校准和实验结果

5.2酸度测量的数据处理和实验结果[5][11]

5.2.1测量电极的校正

5.2.2电极信号测量电路的校准和实验结果

5.2.3测试仪系统误差的修正

第6章结论

攻读学位期间公开发表的论文

致谢

参考文献