溶液检测装置制作方法

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单晶硅锭

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查看: 136回复: 2 发表于 2020-9-4 09:35:13   只看该作者
摘要
本系统采用PIC18F4550核心板作为主控板,采用液面传感器来检测水的高度,采用pH值传感器和高精度信号前级放大电路,信号滤波电路组成pH值检测系统,采用DS18B20温度传感器和高精度信号放大电路组成温度检测系统,采用低功耗OLED显示屏对采集到的pH值、温度、水位高度、电池电压等数据进行显示。综合考虑电路参数设计性能要求和经济效益,液面传感器采用高精度超声波传感器,其稳定性好,可以不接触液体进行测量。本传感器测量方式是将传感器放置于容器的底部,精度可以达到1 mm。数据返回方式为串口,能更好地与单片机通信。pH电极的选择采用普通的pH电极,可以测量0-24 pH的酸碱溶液,适合普通实验使用,价格适中。温度传感器采用DS18B20,其测量温度范围广(-55C-+125 C)、温度延迟低、灵敏度高、抗干扰能力强、“一线总线”的数据传输方式。

关键词: PIC18F4550; 液面传感器; pH 值传感器; DS18B20 温度传感器; OLED显示屏

一、系统方案
1.系统基本方案
为实现题目要求采用Microchip公司的PIC18F4550单片机作为主控芯片,采用pH值传感器来检测水中的酸碱浓度,pH值传感器的输出值经过TLC4502高精度运放的放大之后送到CA3140AMZ96线性缓冲放大器,最后数据被送到主控的ADC端口。液面传感器输出串口数据给单片机处理,进行处理后显示在OLED显示屏上。

2.各部分方案的选择梁用方案
1)主控板的选择
方案一:采用PIC18F4550,其供电电压为2.6~6.2V,自带ADC、SPI、CCP、PWM、UsB,适用于大电流、大电压及不稳定场合下的精密控制。

方案二:采用STC15F2K60S2,其供电电压为3.8~5.5V, 自带ADC、自带SPI、 看门狗、掉电唤    醒,有党限定、电源电压明确、AVD转换要求精度不高的场合。

方案三:采用STM32F103RBT6,其供电电压为3~3.3V,自带ADC、MSSP控制器,USB2.0全速控制器、以太网控制器。

综合以上考虑,选择方案一。

2)液面传感器的选择
方案一:采用普通超声波传感器,把传感器立在水面之上向下测量,可以粗略检测到水面的高度,但是达不到本设计的要求。

方案二:采用液面高度传感器,单块模块的高度为4 cm,题目要求容器高度至少在20 cm以上,只能将5块模块拼接在一起使用,软件和硬件的难度都有一定 程度的增加,这样设计还需占用单片机5个I/O口资源。

方案三:采用高精度超声波传感器,其稳定性好,可以不接触液体进行测量。本传感器测量方式是将传感器放置于容器的底部,精度可以达到1 mm。数据返回方式为串口,能更好地与单片机通信。

综合以上考虑,选择方案三。

3) pH电极的选择方案
方案一:采用四氟电极,适用于强酸强碱环境,但价格昂贵,不适合本次设计。

方案二: 采用普通的出 电板,可以测量0- 240的酸碱溶液,适合普通实验使用,价格适中。

综合以上考虑,选择方案二。

4) 温度传感器的选择
方案一:采用DS18B20,其测量温度范围广(-55℃~+125℃),温度延迟低,灵敏度高,抗干扰能力强,“一线总线”的数据传输方式。

二、系统理论分析与计算
pH值传感器输出电压与温度的关系如图1所示。

01.png
图1  pH 值传感器温度曲线表(pH=4.0,T=25℃)

由图1得知,同等pH值液体中,温度越高,pH值相对于25
下的值越小。

pH值传感器在各个标准pH缓冲溶剂中的模拟电压输出见表1。

图1  pH 值传感器在各个标准pH缓冲溶剂中的模拟电压输出


pH 4.006.86 9.18
电压/mV 3532.503152.22 2678.13



经过计算,pH值的增加与减少并不是线性增量的关系。例如,在0~1pH时,每增加0.1 pH值,电压下降17 mV;在1-2 pH时,每增加0. lpH值,电压下降18 mV。再经过测试,其关系为分段函数。

例如,0当前pH值传感器返回3 121 mV,则当前测量pH值= (3 177.5-3 121) / [ (3177.5-3000) /10]= 56.5/17.75= 3.2,得到的为小数部分,又因为它在6~7 pH之间,所以现在测得的pH值为6. 32 pH。

利用PLC单片机的内部ADC,基准电压通过TL431设置的2.5 V,这样可以降低误差值。

pH值传感器的输出电压通过5/5的电阻电压平分,得到一半的电压,再通过LM324 运放搭建的滤波器滤掉共模信号和干扰信号,最后通过2.5 kQ阻抗匹配输人A/D转换通道0,再经过上面的算法得到当前的pH值。


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