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基于SOC單片機(jī)的pH值檢測與控制

作者: 時間:2013-02-20 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  0 引言

  隨著科技的進(jìn)步和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,水產(chǎn)養(yǎng)殖這一傳統(tǒng)的行業(yè)也在向工廠化和智能化方向發(fā)展。水質(zhì)監(jiān)控儀器的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖的關(guān)鍵設(shè)備。其中pH 值就是多因子水環(huán)境中一個重要的因子,本文設(shè)計(jì)了基于SOC 單片機(jī)C8051F020 的pH 值的檢測電路,并通過控制算法實(shí)現(xiàn)了對多因子水環(huán)境中pH 值的控制調(diào)節(jié)。

  1 硬件電路設(shè)計(jì)和pH 測量原理

  本設(shè)計(jì)采用高速SOC 單片機(jī)C8051F020 既能提高儀表可靠性又能提高系統(tǒng)性能。C8051F020是集成的混合信號片上系統(tǒng),具有與MCS-51內(nèi)核及指令集完全兼容的微控制器,除了具有標(biāo)準(zhǔn)8051 的數(shù)字外設(shè)部件之外,片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其它數(shù)字外設(shè)及功能部件。設(shè)計(jì)中采用了C8051F020 提供的12 位A/D、D/A,能有滿足設(shè)計(jì)要求。pH 檢測控制電路框圖如圖1 所示。


  圖 1 pH 檢測控制電路的框圖

  1.1 信號放大電路設(shè)計(jì)

  設(shè)計(jì)中采用pH復(fù)合玻璃電極,由于pH測量電極內(nèi)阻大,要求前置放大器有較高的輸入阻抗,設(shè)計(jì)中選用運(yùn)放CA3140,它具有輸入阻抗高、低偏置電流、低噪聲、高增益等特點(diǎn),主要用來完成阻抗匹配、降低測量噪聲、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等。信號放大電路如圖2所示。


  圖2 信號放大電路

  1.2 pH值信號放大電路抗干擾設(shè)計(jì)

  由于信號調(diào)理電路很容易受到其他信號的干擾,主要表現(xiàn)為工頻干擾,不僅僅是50Hz,50Hz的整數(shù)倍諧波頻率的干擾也不能忽視,其幅值比50Hz的干擾小。另外,50Hz工頻干擾漂移的存在使得包括這個范圍的頻率都應(yīng)視為工頻干擾。對于諧波的干擾可通過低通濾波器去掉,而要去掉49.5~50.5Hz的干擾則需要設(shè)計(jì)出性能好的陷波器。下面是筆者在pH值信號抗干擾電路中所設(shè)計(jì)的陷波電路,電路圖如圖3所示。

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