一種在線pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種在線pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。一種在線pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：本系統(tǒng)以C8051F340為控制核心，外圍由信號(hào)采集電路、存儲(chǔ)電路、電源電路、輸入電路以及輸出電路組成；其中，其分別直接連接C8051F340。本發(fā)明具有溫度補(bǔ)償、電極自動(dòng)標(biāo)定、數(shù)據(jù)超限報(bào)警功能。以C8051F340單片機(jī)內(nèi)嵌的USB控制器實(shí)現(xiàn)了和PC機(jī)的數(shù)據(jù)通信，通過(guò)軟硬件濾波的方法對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并采用高阻絕緣線連接電極、輸入端浮空、外設(shè)屏蔽罩、電源隔離等方法進(jìn)行了抗干擾處理。實(shí)際應(yīng)用中系統(tǒng)既能與PC機(jī)聯(lián)機(jī)工作又能獨(dú)立采集數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)的pH值監(jiān)測(cè)設(shè)備比較系統(tǒng)具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、低功耗、便于擴(kuò)展、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互，應(yīng)用前景廣闊。
【專利說(shuō)明】一種在線pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在線pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]溶液pH值是衡量工業(yè)用水、生活用水、環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。隨著工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞也日益嚴(yán)重，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和生態(tài)環(huán)境的PH值及氧化還原電位，并加以控制具有重要意義?；赨SB接口的在線pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)用USB代替?zhèn)鹘y(tǒng)接口作為數(shù)據(jù)采集單元與PC機(jī)相連接的總線接口。數(shù)據(jù)采集單元通過(guò)USB接口將溶液PH值、溫度及氧化還原電位傳遞給Pc機(jī)，以顯示實(shí)時(shí)監(jiān)控曲線，并實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)、曲線的存儲(chǔ)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在提供一種能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控曲線，并實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)、曲線存儲(chǔ)功能的一種在線PH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案在于:
一種在線pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本系統(tǒng)以C8051F340為控制核心，外圍由信號(hào)采集電路、存儲(chǔ)電路、電源電路、輸入電路以及輸出電路組成；其中，其分別直接連接C8051F340。
[0005]優(yōu)選地，所述信號(hào)采集電路為依次連接的電極、信號(hào)調(diào)理電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路。
[0006]更優(yōu)選地，所述電極采用玻璃電極和鉬金ORP電極實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液pH值及氧化還原電位的采集。
[0007]或者優(yōu)選地，所述輸入電路為鍵盤(pán)。
[0008]或者優(yōu)選地，所述輸出電路為IXD、報(bào)警輸出以及PC監(jiān)控輸出。
[0009]更優(yōu)選地，A/D轉(zhuǎn)化電路采用12位精度的雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器ICL7109實(shí)現(xiàn)對(duì)采集信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換。
[0010]或者優(yōu)選地，本系統(tǒng)還設(shè)有一溫度傳感器。
[0011]或者優(yōu)選地，所述溫度傳感器型號(hào)為S18820。
[0012]本發(fā)明的技術(shù)效果在于:
基于USB接口的pH值在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有溫度補(bǔ)償、電極自動(dòng)標(biāo)定、數(shù)據(jù)超限報(bào)警功能。以C8051F340單片機(jī)內(nèi)嵌的USB控制器實(shí)現(xiàn)了和PC機(jī)的數(shù)據(jù)通信，通過(guò)軟硬件濾波的方法對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并采用高阻絕緣線連接電極、輸入端浮空、外設(shè)屏蔽罩、電源隔離等方法進(jìn)行了抗干擾處理。實(shí)際應(yīng)用中系統(tǒng)既能與PC機(jī)聯(lián)機(jī)工作又能獨(dú)立采集數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)的PH值監(jiān)測(cè)設(shè)備比較系統(tǒng)具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、低功耗、便于擴(kuò)展、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互，應(yīng)用前景廣闊。
[0013]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】圖1為本發(fā)明系統(tǒng)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]一種在線pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本系統(tǒng)以C8051F340為控制核心，外圍由信號(hào)采集電路、存儲(chǔ)電路、電源電路、輸入電路以及輸出電路組成；其中，其分別直接連接C8051F340。信號(hào)采集電路為依次連接的電極、信號(hào)調(diào)理電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路。電極采用玻璃電極和鉬金ORP電極實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液pH值及氧化還原電位的采集。所述輸入電路為鍵盤(pán)。輸出電路為L(zhǎng)CD、報(bào)警輸出以及PC監(jiān)控輸出。
[0015]A/D轉(zhuǎn)化電路采用12位精度的雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器ICL7109實(shí)現(xiàn)對(duì)采集信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)還設(shè)有一溫度傳感器。所述溫度傳感器型號(hào)為S18820。
[0016]工業(yè)級(jí)復(fù)合玻璃電極的輸出信號(hào)為-500?+500 mV,電極內(nèi)阻為108歐-109歐，鉬金ORP電極輸出信號(hào)為-2 000?+2000 mV.信號(hào)處理電路的關(guān)鍵一是要實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃電極的阻抗匹配，二是要實(shí)現(xiàn)對(duì)兩種電極輸出信號(hào)不同比例的放大。測(cè)量電路選用了 CA3140組成雙高阻放大器，前級(jí)采用同相放大器，可以獲得112歐的輸入阻抗，后級(jí)采用差分放大電路，可以獲得較高的共模抑制比，增強(qiáng)抗干擾能力。對(duì)于玻璃電極設(shè)置電路放大倍數(shù)為5倍，對(duì)于ORP電極設(shè)置電路放大倍數(shù)為2倍。為了消除印制板絕緣電阻對(duì)放大電路輸入阻抗的影響，設(shè)計(jì)中
采用了浮空法進(jìn)行處理，電極引線直接接芯片引腳。由于前級(jí)電路輸入阻抗較高，容易受到外來(lái)信號(hào)的干擾，雖然差分放大電路有較強(qiáng)的共模抑制作用，但有部分工頻干擾會(huì)以差模信號(hào)進(jìn)入電路，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的波動(dòng)。設(shè)計(jì)中采用了帶反饋的雙T帶通濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)50 Hz工頻干擾的濾除。此外，為了抑制50Hz的諧波的影響，設(shè)計(jì)又增加了一級(jí)有源低通濾波電路，中心頻率取150 Hz0
[0017]前級(jí)的放大電路中采集的電壓值均是雙極性的，設(shè)計(jì)中采用雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器ICL7109實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換。ICL7109具有12位轉(zhuǎn)換精度，典型功耗小于20 mff,是一款高精度、低噪聲、低漂移、高輸入阻抗的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。41，能夠有效抑制工頻于擾。設(shè)計(jì)中ICL7109采用直接方式和C8051F340
連接，通過(guò)STATUS引腳與C8051n40的P0.3 口相連接。在軟件中配置P0.3為外部中斷輸入端13，當(dāng)ICL7109轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，由STATUS發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束指令到單片機(jī)申請(qǐng)中斷，在中斷服務(wù)程序中單片機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)分高低字節(jié)進(jìn)行讀取。ICL7109基準(zhǔn)電壓取2.048 V,滿度輸出可達(dá)4.096 V.為了使ICL7109具有
較好的抗50 Hz干擾能力，晶體頻率選用6 MHz，完成一次轉(zhuǎn)換時(shí)間為79.2 ms，即轉(zhuǎn)換速率為12.6次/S。
[0018]溫度的變化直接影響pH值測(cè)量的準(zhǔn)確性，以往的pH計(jì)溫度測(cè)量電路一般采用鉬電阻作為溫度傳感器，但由于鉬電阻本身是非線性使得線性校正方法存在誤差，影響校正精度。設(shè)計(jì)采用一線制數(shù)字溫度傳感器DS18820采集溶液溫度，它具有體積小、測(cè)量精度高、無(wú)需A/D轉(zhuǎn)換等優(yōu)點(diǎn)。在-10?+85°C范圍內(nèi)具有±0.5 oc的精度，經(jīng)過(guò)特殊處理精度可達(dá)0.01°C，可滿足系統(tǒng)要求。溫度傳感器通過(guò)P0.2 口將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過(guò)算法處理后得出溫度值，完成對(duì)PH值的溫度補(bǔ)償計(jì)算。
[0019]C8051F340內(nèi)部?jī)?nèi)集成了全速的USB2.0控制器、有8個(gè)USB端點(diǎn)、I KB FIFO存儲(chǔ)器和時(shí)鐘恢復(fù)電路，因此采用C8051F340的USB控制器設(shè)計(jì)通信電路相對(duì)較為容易。USB總線的最大電流為500 mA，考慮到系統(tǒng)供電的安全需求，USB接13采用自供電方式，5 V電源經(jīng)過(guò)集成穩(wěn)壓器輸出3.3 V電源給系統(tǒng)供電。為了防止ESD干擾，在D+、D-引腳連接了 ESD保護(hù)二極管。
[0020]本發(fā)明具有溫度補(bǔ)償、電極自動(dòng)標(biāo)定、數(shù)據(jù)超限報(bào)警功能。以C8051F340單片機(jī)內(nèi)嵌的USB控制器實(shí)現(xiàn)了和PC機(jī)的數(shù)據(jù)通信，通過(guò)軟硬件濾波的方法對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并采用高阻絕緣線連接電極、輸入端浮空、外設(shè)屏蔽罩、電源隔離等方法進(jìn)行了抗干擾處理。實(shí)際應(yīng)用中系統(tǒng)既能與PC機(jī)聯(lián)機(jī)工作又能獨(dú)立采集數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)的pH值監(jiān)測(cè)設(shè)備比較系統(tǒng)具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、低功耗、便于擴(kuò)展、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互，應(yīng)用前景廣闊。
【權(quán)利要求】
1.一種在線pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:本系統(tǒng)以C8051F340為控制核心，外圍由信號(hào)采集電路、存儲(chǔ)電路、電源電路、輸入電路以及輸出電路組成；其中，其分別直接連接C8051F340。
2.如權(quán)利要求1一種在線PH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述信號(hào)采集電路為依次連接的電極、信號(hào)調(diào)理電路以及A/D轉(zhuǎn)換電路。
3.如權(quán)利要求2—種在線pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述電極采用玻璃電極和鉬金ORP電極實(shí)現(xiàn)對(duì)溶液pH值及氧化還原電位的采集。
4.如權(quán)利要求1一種在線pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述輸入電路為鍵盤(pán)。
5.如權(quán)利要求1一種在線pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述輸出電路為L(zhǎng)CD、報(bào)警輸出以及PC監(jiān)控輸出。
6.如權(quán)利要求1一種在線pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:A/D轉(zhuǎn)化電路采用12位精度的雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器ICL7109實(shí)現(xiàn)對(duì)采集信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換。
7.如權(quán)利要求1一種在線pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:本系統(tǒng)還設(shè)有一溫度傳感器。
8.如權(quán)利要求4一種在線pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述溫度傳感器型號(hào)為S18820。
【文檔編號(hào)】G01N27/00GK104316567SQ201410536925
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】王耀斌 申請(qǐng)人:陜西高新實(shí)業(yè)有限公司