本實用新型屬于控制技術領域，具體涉及一種低成本、電流變送輸出干擾度小的pH控制器。

背景技術：

pH控制器是一款智能在線化學分析儀器之一，廣泛應用于火電、化工化肥、冶金、環(huán)保、制藥、生化、食品和自來水等溶液中pH值或OPR值和溫度的連續(xù)監(jiān)測。

國外的pH控制器穩(wěn)定時間短，但成本較高；在污水處理等領域中，對pH控制器的穩(wěn)定時間要求并不高，高成本的pH控制器會增加企業(yè)負擔，因此，國外的pH控制器對污水處理等領域并不是一個很好的選擇。

國內生產的pH控制器雖然有價格優(yōu)勢，但其實成本還可以進一步控制，從而提升國內pH控制器的競爭力。例如，不管是國外還是國內的pH控制器，電流變送輸出都是采用D/A方式，D/A方式雖然精度高，但是價格也比pwm方式高。若是采用pwm方式也能夠將電流變送輸出的精度提升至與D/A方式相媲美，甚至超越D/A方式，這將為pH控制器的成本控制帶來巨大的突破。再如，不管是國外還是國內的pH控制器，現有的電源模塊均采用隔離模塊將內部供電模塊和外部供電模塊相隔離，然而隔離模塊是電源模塊中除變壓器外價格最高的，現有隔離模塊的隔離電壓最高也就5000V左右，若隔離模塊省去也可以很好地起到隔離模塊的效果(達到5000V隔離電壓)，這也無疑大大降低了pH控制器的成本。對于單個pH控制器而言，采用pwm方式及去除隔離模塊能省下20元左右，若是大批量生產，則整個訂單的效益和競爭力是巨大的。

技術實現要素：

本實用新型的目的是針對現有技術的不足，提供一種pH控制器，可以節(jié)省20元左右的成本，而目前隔離電壓輸出需要使用電壓隔離模塊，這個模塊加上外圍電路市場普遍的價格在20-30元。

本實用新型包括控制模塊、pH/ORP采集模塊、溫度采集模塊、人機界面、運行狀態(tài)指示模塊、基準模塊、LDO穩(wěn)壓模塊、報警指示模塊、蜂鳴器模塊、 RS485通信模塊、變送輸出模塊和負壓變換模塊；所述的控制模塊控制報警指示模塊的發(fā)光二極管亮與滅；人機界面與控制模塊連接。

所述的控制模塊包括主控芯片U5、第八電阻R8和第九電阻R9；主控芯片U5的型號為STM8L052R8；主控芯片U5的6引腳接第九電阻R9的一端，7引腳接第八電阻R8的一端，13引腳接主控系統濾波模塊，11引腳、55引腳、29引腳及12引腳均接+3.3V供電電壓，10引腳、56引腳、30引腳及9引腳均接DGND。第八電阻R8和第九電阻R9的另一端均接繼電器報警模塊。

所述的溫度采集模塊包括第一運算放大器U4、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第四電容C4、第十二電容C12、第十三電容C13、第三十電容C30和第三十一電容C31；主控芯片U5的48引腳接第四電阻R4的一端及第十二電容C12的一端；第十二電容C12的另一端接DGND；第四電阻R4的另一端接第一運算放大器U4的輸出端及反相輸入端；第一運算放大器U4的正相輸入端接第五電阻R5的一端，正電源輸入端接第十三電容C13的一端及負壓變換模塊輸出的+5V供電電壓，負電源輸入端接第四電容C4的一端及負壓變換模塊輸出的-5V供電電壓；第十三電容C13和第四電容C4的另一端均接DGND；第五電阻R5的另一端接第六電阻R6的一端、第三十一電容C31的一端、第三十電容C30的一端及溫度傳感器NTC電阻的一端；溫度傳感器NTC電阻的另一端接基準模塊輸出的+2.5V基準電壓；第六電阻R6、第三十一電容C31及第三十電容C30的另一端均接DGND。

所述的pH/ORP采集模塊包括第十電阻R10、第十一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第十四電阻R14、第十五電阻R15、第十六電阻R16、第三十七電阻R17、第三十七電阻R37、第十四電容C14、第十五電容C15、第十六電容C16、第十七電容C17、第十八電容C18、第十九電容C19、第二十電容C20、第二十一電容C21、第三十二電容C32、第二運算放大器U7和跟隨器U8；跟隨器U8的型號為CA3140；主控芯片U5的39引腳接第十九電容C19的一端及第十三電阻R13的一端；第十九電容C19的另一端接DGND；第十三電阻R13的另一端接第二運算放大器U7的輸出端、第十七電阻R17的一端及第三十二電容C32的一端；第十六電阻R16的一端接第十七電阻R17的另一端、第三十二電容C32的另一端及第二運算放大器U7的反相輸入端，另一端接DGND；第二運算放大器U7的正相輸入端接第十七電容C17、第十六電容C16、第十五電阻R15、第十四電阻R14及第十電阻R10的一端；第二運 算放大器U7的正電源輸入端接第十五電容C15的一端并接負壓變換模塊輸出的+5V供電電壓，負電源輸入端接第二十電容C20的一端及負壓變換模塊輸出的-5V供電電壓；第十五電容C15、第十六電容C16、第十七電容C17、第二十電容C20和第十五電阻R15的另一端均接DGND；第十電阻R10的另一端接第十一電阻R11及第三十七電阻R37的一端；第十一電阻R11的另一端接基準模塊輸出的+2.5V基準電壓；第三十七電阻R37的另一端接DGND；第十四電阻R14的另一端接跟隨器U8的輸出端及反相輸入端；跟隨器U8的正相輸入端接第十二電阻R12及第十八電容C18的一端，第十二電阻R12的另一端接pH/ORP傳感器的輸出端；跟隨器U8的負電源輸入端接第二十一電容C21的一端并接負壓變換模塊輸出的-5V供電電壓，正電源輸入端接第十四電容C14的一端并接負壓變換模塊輸出的+5V供電電壓；第十四電容C14、第十八電容C18、第二十一電容C21的另一端均接DGND。

所述的負壓變換模塊包括DC-DC變換芯片U2、第三電容C3、第九電容C9和第十電容C10；DC-DC變換芯片U2的型號為ICL7660；DC-DC變換芯片U2的8引腳接第三電容C3的一端并輸出+5V供電電壓，5引腳接第十電容C10的一端并輸出-5V供電電壓，2引腳接第九電容C9的一端，4引腳接第九電容C9的另一端；DC-DC變換芯片U2的3引腳、第三電容C3及第十電容C10的另一端均接DGND；DC-DC變換芯片U2的1、6和7引腳均懸空。

所述的基準模塊包括第三電阻R3和第一基準芯片U3；第一基準芯片U3的型號為TL431；第一基準芯片U3中穩(wěn)壓管的正極接DGND，負極接第三電阻R3的一端并輸出+2.5V基準電壓；第三電阻R3的另一端接+3.3V供電電壓。

所述的LDO穩(wěn)壓模塊包括LDO線性穩(wěn)壓芯片U1、第五電容C5和第六電容C6；LDO線性穩(wěn)壓芯片U1的型號為LM7824；LDO線性穩(wěn)壓芯片U1的3引腳接第六電容C6的一端并輸出+5V供電電壓，1引腳接第五電容C5的一端并接+24V供電電壓，4引腳接第六電容C6及第五電容C5的另一端并接AGND。

所述的蜂鳴器模塊包括第一三極管Q1、第一電阻R1、第二電阻R2、第一二級管D1和蜂鳴器Sp1；第二電阻R2的一端接主控芯片U5的4引腳，另一端接第一電阻R1的一端及第一三極管Q1的基極；第一電阻R1的另一端接負壓變換模塊輸出的+5V供電電壓；第一三極管Q1的發(fā)射極接負壓變換模塊輸出的+5V供電電壓，集電極接第一二極管D1的負端及蜂鳴器Sp1的負端；第一二極管D1的正端及蜂鳴器Sp1的正端均接DGND。

所述的運行狀態(tài)指示模塊包括發(fā)光二極管D2和第七電阻R7；發(fā)光二極管D2的正極接+3.3V供電電壓，負極接第七電阻R7的一端；第七電阻R7的另一端接主控芯片U5的3引腳。

所述的RS485通信模塊包括第一隔離光藕U12、第二隔離光藕U15、485通信芯片U14、光電隔離器U16、第二十二電阻R22、第二十三電阻R23、第二十八電阻R28、第三十一電阻R31、第三十二電阻R32、第三十三電阻R33、第三十四電阻R34、第三十五電阻R35、第三十六電阻R36和第二十六電容C26；第一隔離光藕U12和第二隔離光藕U15的型號均為6N137；485通信芯片U14的型號為MAX485；光電隔離器U16的型號為ACPL-217-56BE；第一隔離光耦U12的2引腳接第二十三電阻R23的一端，3引腳接主控芯片U5的58引腳，8引腳接穩(wěn)壓模塊輸出的+5V供電電壓，6引腳接第二十二電阻R22的一端、485通訊芯片U14的1引腳并接AGND，5引腳接AGND；第二十三電阻R23的另一端接+3.3V供電電壓；第一隔離光藕U12的1引腳、4引腳和7引腳均懸空；第二十二電阻R22的另一端接LDO穩(wěn)壓模塊輸出的+5V供電電壓；第二隔離光耦U15的8引腳接負壓變換模塊輸出的+5V供電電壓，7引腳接主控芯片U5的57引腳，6引腳接第三十四電阻R34的一端，2引腳接第三十一電阻R31的一端，3引腳接485通訊芯片U14的4引腳，5引腳接DGND，1引腳和4引腳均懸空；第三十四電阻R34的另一端接+3.3V供電電壓；第三十二電阻R31的另一端接穩(wěn)壓模塊輸出的+5V供電電壓；485通訊芯片U14的2引腳和3引腳均接第三十二電阻R32的一端及光電隔離器U16的第4引腳，8引腳接第二十六電容C26的一端、第二十八電阻R28的一端并接穩(wěn)壓模塊輸出的+5V供電電壓，7腳接外部通信設備的一端、第二十八電阻R28的另一端及第三十三電阻R33的一端，6引腳接外部通信設備的另一端，5引腳接第三十六電阻R36的一端并接AGND；第三十六電阻R36的另一端接第三十三電阻R33的另一端；第二十六電容C26的另一端接AGND；光電隔離U16的第1引腳接第三十五電阻R35的一端，第2引腳接主控芯片U5的59引腳，第3引腳接AGND；第三十五電阻R35的另一端接+3.3V供電電壓；第三十二電阻R32的另一端接穩(wěn)壓模塊輸出的+5V供電電壓。

所述的變送輸出模塊包括第三隔離光藕U9、第一PNP三極管Q3、第二PNP三極管Q4、NPN三極管Q2、邏輯與門U11、第二基準芯片U13、第二運算放大器U10A和穩(wěn)壓二極管Z1；第三隔離光藕U9的型號為HCPL-M453-500E， 第二基準芯片U13的型號為TL431ACDBZR，邏輯與門U11的型號為SN74AHC1G08DBVR，第二運算放大器U10A的型號為LM358DR；第三隔離光耦U9的第1引腳接第二十電阻R20的一端，第3引腳接第二十二電容C22的一端、穩(wěn)壓二極管Z1的負極并接+24V供電電壓，第5引腳接第一PNP三極管Q3的集電極，第6引腳接第二十一電阻R21的一端及邏輯與門U11的1引腳和2引腳，第4引腳接第三十電阻R30的一端、第二基準芯片U13中穩(wěn)壓管的正極、第二十七電容C27的一端及邏輯與門U11的3引腳；第二十電阻R20的另一端接+3.3V供電電壓；第二十五電阻R25的一端接第一PNP三極管Q3的基極，另一端接第二十九電阻R29的一端及主控芯片U5的8引腳；第一PNP三極管Q3的發(fā)射極和第二十九電阻R29的另一端均接DGND；第二十二電容C22及第三十電阻R30的另一端均接AGND；穩(wěn)壓二極管Z1的正極接第二十一電阻R21的另一端、第二基準芯片U13中穩(wěn)壓管的負極、第二十三電容C23的一端、第二十四電容C24的一端、第二十七電容C27的另一端、第十八電容R18的一端及邏輯與門U11的5引腳；第二十三電容C23的另一端接第二十六電阻R26和第二十七電阻R27的一端；第二十六電阻R26的另一端接邏輯與門U11的4引腳；第二十四電容C24的另一端接第二十七電阻R27的另一端、第二十八電容C28的一端及第二運算放大器U10A的3引腳；第二十八電容C28的另一端接第二運算放大器U10A的2引腳、第十九電阻R19的一端及第二十五電容C25的一端；第二運算放大器U10A的4引腳接AGND，1引腳接第二十五電容C25的另一端及第二十四電阻R24的一端，8引腳接第二十九電容C29的一端并接+24V供電電壓；第二十九電容C29的另一端接AGND；第二十四電阻R24的另一端接NPN三極管Q2的基極；NPN三極管Q2的發(fā)射極接第十八電阻R18的另一端、第十九電阻R19的另一端及第二PNP三極管Q4的集電極，集電極接第二PNP三極管Q4的基極；第二PNP三極管Q4的發(fā)射極作為變送輸出端IOut。

所述主控芯片U5的1、2、5、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、31、32、33、34、35、36、37、38、40、41、42、43、44、45、46、47、49、50、51、52、53、54、60、61、62、63和64引腳均懸空。

所述的變送輸出模塊還包括第三運算放大器U10B，第三運算放大器U10B的型號為LM358DR。第三運算放大器U10B的第5引腳接到AGND，第6引腳接到第7引腳。

所述的主控系統濾波模塊包括第一電容C1、第二電容C2、第七電容C7、第八電容C8和第十一電容C11；第一電容C1、第二電容C2、第七電容C7和第八電容C8的一端均接+3.3V供電電壓，另一端均接第十一電容C11的一端并接DGND；第十一電容C11的另一端接基準模塊輸出的+2.5V基準電壓并接主控芯片U5的13引腳。

所述的繼電器報警模塊包括第一繼電器RE1、第二繼電器RE2、第五三極管Q5、第六三極管Q6、第三二極管D3、第四二極管D4、第三十七電阻R37、第三十八電阻R38、第三十九電阻R39和第四十電阻R40；第一繼電器RE1和第二繼電器RE2的型號均為HF32F/005-HS3、第五三極管Q5和第六三極管Q6的型號均為BC857CLT1G；第一繼電器RE1的第1引腳接DGND,第2引腳接第三二極管D3的負極及第五三極管Q5的集電極，第3引腳和第4引腳通過報警端子CN2接外部報警器；第五三極管Q5的發(fā)射極接負壓變換模塊輸出的+5V供電電壓，基極接第三十七電阻R37的一端及第三十八電阻R38的一端；第三十七電阻R37的另一端接負壓變換模塊輸出的+5V供電電壓，第三十八電阻R38的另一端接控制模塊中第九電阻R9的另一端。第二繼電器RE2的第1引腳接DGND,第2引腳接第四二極管D4的負極及第六三極管Q6的集電極，第3引腳和第4引腳通過報警端子CN2接外部報警器；第六三極管Q6的發(fā)射極接負壓變換模塊輸出的+5V供電電壓，基極接第四十電阻R40的一端及第三十九電阻R39的一端，第四十電阻R40的另一端接負壓變換模塊輸出的+5V供電電壓，第三十九電阻R39的另一端接控制模塊中第八電阻R8的另一端；第三二極管D3和第四二極管D4的正極均接地。

本實用新型的有益效果：

1、本實用新型連續(xù)監(jiān)測數據，并通過電流變送輸出連接記錄儀實現遠傳監(jiān)控與記錄，也可以連接RS485接口通過MODBUS RTU協議方便聯入計算機實現監(jiān)控與記錄。

2、本實用新型采用電流隔離變送輸出或隔離RS485通訊，干擾度更小。

3、本實用新型的電流變送輸出采用pwm方式，精度卻超越了D/A方式，電源模塊中也省去隔離模塊，大大降低成本。

4、本實用新型根據水工業(yè)環(huán)境和特點結合國際供電標準，增加了低電壓DC24V。

5、本實用新型板卡模塊化設計，組裝配置更加方便。

6、本實用新型可進行pH/ORP的測量、溫度測量、上下限控制、變送輸出、RS485通訊。

7、本實用新型組態(tài)溫度手動、自動補償功能；設置高、低報警功能及遲滯量；設置蜂鳴器、燈光報警開關功能；增加萬能密碼功能；工業(yè)控制式看門狗，確保儀表不會死機。

附圖說明

圖1為本實用新型的系統整體框圖；

圖2為本實用新型中控制模塊的電路圖；

圖3為本實用新型中溫度采集模塊的電路圖；

圖4為本實用新型中pH/ORP采集模塊的電路圖；

圖5為本實用新型中負壓變換模塊的電路圖；

圖6為本實用新型中基準模塊的電路圖；

圖7為本實用新型中LDO穩(wěn)壓模塊的電路圖；

圖8為本實用新型中主控系統濾波模塊的電路圖；

圖9為本實用新型中蜂鳴器模塊的電路圖；

圖10為本實用新型中運行狀態(tài)指示模塊的電路圖；

圖11為本實用新型中RS485通信模塊的電路圖；

圖12為本實用新型中變送輸出模塊的電路圖；

圖13為本實用新型中繼電器報警模塊的電路圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。

如圖1所示，一種pH控制器包括控制模塊1、pH/ORP采集模塊2、溫度采集模塊3、人機界面4、運行狀態(tài)指示模塊5、基準模塊6、LDO穩(wěn)壓模塊7、報警指示模塊8、蜂鳴器模塊9、RS485通信模塊10、變送輸出模塊11、負壓變換模塊、主控系統濾波模塊和繼電器報警模塊；控制模塊1控制報警指示模塊8的發(fā)光二極管亮與滅；人機界面4與控制模塊連接。

如圖2所示，控制模塊1包括主控芯片U5、第八電阻R8和第九電阻R9；主控芯片U5的型號為STM8L052R8；主控芯片U5的6引腳接第九電阻R9的一端，7引腳接第八電阻R8的一端，13引腳接主控系統濾波模塊，11引腳、 55引腳、29引腳及12引腳均接+3.3V供電電壓，10引腳、56引腳、30引腳及9引腳均接DGND。主控芯片U5的1、2、5、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、31、32、33、34、35、36、37、38、40、41、42、43、44、45、46、47、49、50、51、52、53、54、60、61、62、63和64引腳均懸空。

如圖3所示，溫度采集模塊3包括第一運算放大器U4、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第四電容C4、第十二電容C12、第十三電容C13、第三十電容C30和第三十一電容C31；主控芯片U5的48引腳接第四電阻R4的一端及第十二電容C12的一端；第十二電容C12的另一端接DGND；第四電阻R4的另一端接第一運算放大器U4的輸出端及反相輸入端；第一運算放大器U4的正相輸入端接第五電阻R5的一端，正電源輸入端接第十三電容C13的一端及負壓變換模塊輸出的+5V供電電壓，負電源輸入端接第四電容C4的一端及負壓變換模塊輸出的-5V供電電壓；第十三電容C13和第四電容C4的另一端均接DGND；第五電阻R5的另一端接第六電阻R6的一端、第三十一電容C31的一端、第三十電容C30的一端及溫度傳感器NTC電阻的一端；溫度傳感器NTC電阻的另一端接基準模塊輸出的+2.5V基準電壓；第六電阻R6、第三十一電容C31及第三十電容C30的另一端均接DGND。

如圖4所示，pH/ORP采集模塊2包括第十電阻R10、第十一電阻R11、第十二電阻R12、第十三電阻R13、第十四電阻R14、第十五電阻R15、第十六電阻R16、第三十七電阻R17、第三十七電阻R37、第十四電容C14、第十五電容C15、第十六電容C16、第十七電容C17、第十八電容C18、第十九電容C19、第二十電容C20、第二十一電容C21、第三十二電容C32、第二運算放大器U7和跟隨器U8；跟隨器U8的型號為CA3140；主控芯片U5的39引腳接第十九電容C19的一端及第十三電阻R13的一端；第十九電容C19的另一端接DGND；第十三電阻R13的另一端接第二運算放大器U7的輸出端、第十七電阻R17的一端及第三十二電容C32的一端；第十六電阻R16的一端接第十七電阻R17的另一端、第三十二電容C32的另一端及第二運算放大器U7的反相輸入端，另一端接DGND；第二運算放大器U7的正相輸入端接第十七電容C17、第十六電容C16、第十五電阻R15、第十四電阻R14及第十電阻R10的一端；第二運算放大器U7的正電源輸入端接第十五電容C15的一端并接負壓變換模塊輸出的+5V供電電壓，負電源輸入端接第二十電容C20的一端及負壓變換模塊 輸出的-5V供電電壓；第十五電容C15、第十六電容C16、第十七電容C17、第二十電容C20和第十五電阻R15的另一端均接DGND；第十電阻R10的另一端接第十一電阻R11及第三十七電阻R37的一端；第十一電阻R11的另一端接基準模塊輸出的+2.5V基準電壓；第三十七電阻R37的另一端接DGND；第十四電阻R14的另一端接跟隨器U8的輸出端及反相輸入端；跟隨器U8的正相輸入端接第十二電阻R12及第十八電容C18的一端，第十二電阻R12的另一端接pH/ORP傳感器的輸出端；跟隨器U8的負電源輸入端接第二十一電容C21的一端并接負壓變換模塊輸出的-5V供電電壓，正電源輸入端接第十四電容C14的一端并接負壓變換模塊輸出的+5V供電電壓；第十四電容C14、第十八電容C18、第二十一電容C21的另一端均接DGND。

如圖5所示，負壓變換模塊包括DC-DC變換芯片U2、第三電容C3、第九電容C9和第十電容C10；DC-DC變換芯片U2的型號為ICL7660；DC-DC變換芯片U2的8引腳接第三電容C3的一端并輸出+5V供電電壓，5引腳接第十電容C10的一端并輸出-5V供電電壓，2引腳接第九電容C9的一端，4引腳接第九電容C9的另一端；DC-DC變換芯片U2的3引腳、第三電容C3及第十電容C10的另一端均接DGND；DC-DC變換芯片U2的1、6和7引腳均懸空。

如圖6所示，基準模塊6包括第三電阻R3和第一基準芯片U3；第一基準芯片U3的型號為TL431；第一基準芯片U3中穩(wěn)壓管的正極接DGND，負極接第三電阻R3的一端并輸出+2.5V基準電壓；第三電阻R3的另一端接+3.3V供電電壓。

如圖7所示，LDO穩(wěn)壓模塊7包括LDO線性穩(wěn)壓芯片U1、第五電容C5和第六電容C6；LDO線性穩(wěn)壓芯片U1的型號為LM7824；LDO線性穩(wěn)壓芯片U1的3引腳接第六電容C6的一端并輸出+5V供電電壓，1引腳接第五電容C5的一端并接+24V供電電壓，4引腳接第六電容C6及第五電容C5的另一端并接AGND。

如圖8所示，主控系統濾波模塊包括第一電容C1、第二電容C2、第七電容C7、第八電容C8和第十一電容C11；第一電容C1、第二電容C2、第七電容C7和第八電容C8的一端均接+3.3V供電電壓，另一端均接第十一電容C11的一端并接DGND；第十一電容C11的另一端接基準模塊輸出的+2.5V基準電壓并接主控芯片U5的13引腳。

如圖9所示，蜂鳴器模塊9包括第一三極管Q1、第一電阻R1、第二電阻R2、第一二級管D1和蜂鳴器Sp1；第二電阻R2的一端接主控芯片U5的4引腳，另一端接第一電阻R1的一端及第一三極管Q1的基極；第一電阻R1的另一端接負壓變換模塊輸出的+5V供電電壓；第一三極管Q1的發(fā)射極接負壓變換模塊輸出的+5V供電電壓，集電極接第一二極管D1的負端及蜂鳴器Sp1的負端；第一二極管D1的正端及蜂鳴器Sp1的正端均接DGND。

如圖10所示，運行狀態(tài)指示模塊5包括發(fā)光二極管D2和第七電阻R7；發(fā)光二極管D2的正極接+3.3V供電電壓，負極接第七電阻R7的一端；第七電阻R7的另一端接主控芯片U5的3引腳。

如圖11所示，RS485通信模塊10包括第一隔離光藕U12、第二隔離光藕U15、485通信芯片U14、光電隔離器U16、第二十二電阻R22、第二十三電阻R23、第二十八電阻R28、第三十一電阻R31、第三十二電阻R32、第三十三電阻R33、第三十四電阻R34、第三十五電阻R35、第三十六電阻R36和第二十六電容C26；第一隔離光藕U12和第二隔離光藕U15的型號均為6N137；485通信芯片U14的型號為MAX485；光電隔離器U16的型號為ACPL-217-56BE；第一隔離光耦U12的2引腳接第二十三電阻R23的一端，3引腳接主控芯片U5的58引腳，8引腳接穩(wěn)壓模塊輸出的+5V供電電壓，6引腳接第二十二電阻R22的一端、485通訊芯片U14的1引腳并接AGND，5引腳接AGND；第二十三電阻R23的另一端接+3.3V供電電壓；第一隔離光藕U12的1引腳、4引腳和7引腳均懸空；第二十二電阻R22的另一端接LDO穩(wěn)壓模塊輸出的+5V供電電壓；第二隔離光耦U15的8引腳接負壓變換模塊輸出的+5V供電電壓，7引腳接主控芯片U5的57引腳，6引腳接第三十四電阻R34的一端，2引腳接第三十一電阻R31的一端，3引腳接485通訊芯片U14的4引腳，5引腳接DGND，1引腳和4引腳均懸空；第三十四電阻R34的另一端接+3.3V供電電壓；第三十二電阻R31的另一端接穩(wěn)壓模塊輸出的+5V供電電壓；485通訊芯片U14的2引腳和3引腳均接第三十二電阻R32的一端及光電隔離器U16的第4引腳，8引腳接第二十六電容C26的一端、第二十八電阻R28的一端并接穩(wěn)壓模塊輸出的+5V供電電壓，7腳接外部通信設備的一端、第二十八電阻R28的另一端及第三十三電阻R33的一端，6引腳接外部通信設備的另一端，5引腳接第三十六電阻R36的一端并接AGND；第三十六電阻R36的另一端接第三十三電阻R33的另一端；第二十六電容C26的另一端接AGND；光電隔離U16的第1引 腳接第三十五電阻R35的一端，第2引腳接主控芯片U5的59引腳，第3引腳接AGND；第三十五電阻R35的另一端接+3.3V供電電壓；第三十二電阻R32的另一端接穩(wěn)壓模塊輸出的+5V供電電壓。

如圖12所示，變送輸出模塊11包括第三隔離光藕U9、第一PNP三極管Q3、第二PNP三極管Q4、NPN三極管Q2、邏輯與門U11、第二基準芯片U13、第二運算放大器U10A和穩(wěn)壓二極管Z1，還包括第三運算放大器U10B(型號為LM358DR)；第三隔離光藕U9的型號為HCPL-M453-500E，第二基準芯片U13的型號為TL431ACDBZR，邏輯與門U11的型號為SN74AHC1G08DBVR，第二運算放大器U10A的型號為LM358DR；第三隔離光耦U9的第1引腳接第二十電阻R20的一端，第3引腳接第二十二電容C22的一端、穩(wěn)壓二極管Z1的負極并接+24V供電電壓，第5引腳接第一PNP三極管Q3的集電極，第6引腳接第二十一電阻R21的一端及邏輯與門U11的1引腳和2引腳，第4引腳接第三十電阻R30的一端、第二基準芯片U13中穩(wěn)壓管的正極、第二十七電容C27的一端及邏輯與門U11的3引腳；第二十電阻R20的另一端接+3.3V供電電壓；第二十五電阻R25的一端接第一PNP三極管Q3的基極，另一端接第二十九電阻R29的一端及主控芯片U5的8引腳；第一PNP三極管Q3的發(fā)射極和第二十九電阻R29的另一端均接DGND；第二十二電容C22及第三十電阻R30的另一端均接AGND；穩(wěn)壓二極管Z1的正極接第二十一電阻R21的另一端、第二基準芯片U13中穩(wěn)壓管的負極、第二十三電容C23的一端、第二十四電容C24的一端、第二十七電容C27的另一端、第十八電容R18的一端及邏輯與門U11的5引腳；第二十三電容C23的另一端接第二十六電阻R26和第二十七電阻R27的一端；第二十六電阻R26的另一端接邏輯與門U11的4引腳；第二十四電容C24的另一端接第二十七電阻R27的另一端、第二十八電容C28的一端及第二運算放大器U10A的3引腳；第二十八電容C28的另一端接第二運算放大器U10A的2引腳、第十九電阻R19的一端及第二十五電容C25的一端；第二運算放大器U10A的4引腳接AGND，1引腳接第二十五電容C25的另一端及第二十四電阻R24的一端，8引腳接第二十九電容C29的一端并接+24V供電電壓；第二十九電容C29的另一端接AGND；第二十四電阻R24的另一端接NPN三極管Q2的基極；NPN三極管Q2的發(fā)射極接第十八電阻R18的另一端、第十九電阻R19的另一端及第二PNP三極管Q4的集電極，集電極接第二PNP三極 管Q4的基極；第二PNP三極管Q4的發(fā)射極作為變送輸出端IOut。第三運算放大器U10B的第5引腳接到AGND，第6引腳接到第7引腳。

如圖13所示，繼電器報警模塊包括第一繼電器RE1、第二繼電器RE2、第五三極管Q5、第六三極管Q6、第三二極管D3、第四二極管D4、第三十七電阻R37、第三十八電阻R38、第三十九電阻R39和第四十電阻R40；第一繼電器RE1和第二繼電器RE2的型號均為HF32F/005-HS3、第五三極管Q5和第六三極管Q6的型號均為BC857CLT1G；第一繼電器RE1的第1引腳接DGND,第2引腳接第三二極管D3的負極及第五三極管Q5的集電極，第3引腳和第4引腳通過報警端子CN2接外部報警器；第五三極管Q5的發(fā)射極接負壓變換模塊輸出的+5V供電電壓，基極接第三十七電阻R37的一端及第三十八電阻R38的一端；第三十七電阻R37的另一端接負壓變換模塊輸出的+5V供電電壓,第三十八電阻R38的另一端接控制模塊中第九電阻R9的另一端。第二繼電器RE2的第1引腳接DGND，第2引腳接第四二極管D4的負極及第六三極管Q6的集電極，第3引腳和第4引腳通過報警端子CN2接外部報警器；第六三極管Q6的發(fā)射極接負壓變換模塊輸出的+5V供電電壓，基極接第四十電阻R40的一端及第三十九電阻R39的一端，第四十電阻R40的另一端接負壓變換模塊輸出的+5V供電電壓，第三十九電阻R39的另一端接控制模塊中第八電阻R8的另一端；第三二極管D3和第四二極管D4的正極均接地。

該pH控制器的工作原理：

圖1：控制模塊將pH/ORP采集模塊采集的pH/ORP和溫度采集模塊采集的溫度與基準模塊進行對比，并將pH/ORP采集模塊和溫度采集模塊采集上來的碼值通過pH電極算法轉換成pH值，在人機界面顯示pH值；控制模塊將pH值通過pH/ORP變送輸出算法轉換成4-20mA變送電流，并通過變送輸出模塊進行遠傳；控制模塊將PH值通過標準MODBUS協議轉換，并通過RS485通信模塊進行輸出；控制模塊通過控制蜂鳴器模塊的蜂鳴器報警和報警指示模塊的發(fā)光二極管亮與滅告知客戶。運行狀態(tài)指示模塊指示當前工作狀態(tài)是否正常，負壓變換模塊和LDO穩(wěn)壓模塊為整個系統提供工作電壓。

pH電極算法：已知兩組不同的pH溶液，通過pH/ORP電極接到pH/ORP采集模塊，記錄實際pH/ORP電極采集的兩組電壓值，通過實際標定公式(1)，計算出當前溫度的K1、B1值，再通過理論斜率公式(2)計算出當前溫度下 的K2值，最后通過實際理論百分比公式(3)在不同溫度下相同的原理，計算出其它溫度下的K值。

(1)實際標定公式：U＝B-K1*pH，其中，K1為直線方程的實際斜率，B1為直線方程的實際截距值，電壓值U和pH為變量。

(2)理論斜率公式：理論斜率值K2＝2.303RT/F，其中，氣體常數R＝8.314(單位J/mol*K)，T為當前華氏溫度，法拉第常數F＝96485.3383C/mol；理論截距值B2為-414.12mV。

(3)實際理論百分比公式：N＝K1/K2(N代表線路板誤差常數，N不會受溫度的變化而變化、K1為實際斜率、K2為理論斜率)

pH變送輸出算法：變送輸出模塊將輸出電流定義為：pH值為0時對應4mA，pH值為14時對應20mA，電流輸出計算公式：I＝(pH值-4mA對應pH值)*(20mA–4mA)/(20mA對應pH值-4mA對應pH值)+4.00，即I＝(pH值-0)*(16/14)+4.00。ORP變送輸出算法：變送輸出模塊將輸出電流定義為：-1500為4mA對應值；+1500為20mA對應值，電流輸出計算公式：I＝(D-4mA對應值)*(20mA–4mA)/(20mA對應值-4mA對應值)+4.00，I＝(D+1500)*(16/3000)+4.00。

圖3：溫度采集原理：通過基準模塊產生一個2.5V標準電壓接到溫度傳感器NTC電阻一端，溫度傳感器NTC電阻的另一端連接第六電阻R6到DGND，采集第六電阻R6到DGND的電壓，從而將電阻信號轉換成電壓信號，再通過第一運算放大器U4放大，得到0-2V的電壓，并輸出給主控芯片內部AD。

圖4：pH/ORP電極采集原理：電極輸出的是-414mV～+414mV的弱電壓信號，通過跟隨器U8增加輸出阻抗，再通過R10、R11、R14、R37、R15精密電阻將負壓變換成正壓，最后通過第二運算放大器U7進行放大，得到0-2V的電壓信號，并輸出給主控芯片內部AD。

圖11：RS485通信模塊原理：先通過第一隔離光藕U12、第二隔離光藕U15和光電隔離器U16將UART接口的3.3V電平信號轉換成5V電平信號。通訊電路由UART接口和RS485驅動電路組成，UART接口負責對接收和發(fā)送的數據進行處理，RS485驅動電路負責把UART發(fā)送的信號轉換為RS485的電氣特性的電平，把接收到的信號從RS485標準轉換為0～5V的標準數字信號。485通信芯片U14內部由一個接收器和一個發(fā)送器組成，接收器接收由RS485總線傳輸的電平信號，RX485B為接收器輸入端，通過RS485通信芯片轉換成電 平信號，再通過第二隔離光藕U15接主控芯片的RX引腳；主控芯片U5的TX引腳將數據傳送到第一隔離光藕U12，再通過RS485通信芯片將電平信號轉換成差分信號傳給發(fā)送器，最后數據通過RS485A端發(fā)送到總線中，RX485A為發(fā)送器輸出端；主控芯片的RX485引腳是接收器和發(fā)送器的使能端。由于485通信芯片U14是半雙工工作，故RE、DE可通過主控芯片的一個I/O口控制。

圖12：變送輸出模塊原理：主控芯片定時產生一個PWM波形，通過第一PNP三極管Q3進行電流放大驅動第三隔離光藕U9，并輸出一個幅度3.3V的PWM頻率信號。第二基準芯片U13產生一個2.5V的基準電壓給邏輯與門U11供電，將幅度3.3V的PWM頻率信號通過一個與門變換成一個幅度2.5V的PWM頻率信號，最后通過2路RC濾波電路，將幅度2.5V的PWM頻率信號轉換成0-2.5V電壓信號。0-2.5V電壓信號經過V/A變換電路轉換成0-24mA的電流信號。