基于51单片机的电导率测试仪硬件设计
基于51单片机的电导率测试仪硬件设计[20200406105626]
摘 要
近年来，电导率测试仪被广泛应用于电厂、制药、水处理、工艺水和工业废水处理等领域。本文主要对电导率测试仪进行硬件设计。硬件设计采用51单片机作为控制核心，由LM75A芯片实现温度采集，主要能够实现温度补偿的电导率测量；软件采用C语言编程来实现。相对于传统的温度采集系统而言，本设计的系统具有操作简便、测量精度高、实用性强、价格低廉等优点。该系统具有相对广阔的应用前景，是各大机构必备检验设备。
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关键字:单片机电导率硬件设计
目 录
1 绪论 1
1.1 电导率测试仪概述 1
1.2 电导率测试仪的应用 1
1.3 本文主要工作 1
2 系统设计方案 3
2.1 系统设计要求 3
2.2 系统总体设计 3
2.2.1 51单片机接口连接 3
2.2.2 电导率硬件设计总体原理图分析 4
2.2.3 项目总体框图 5
3 硬件设计 6
3.1 单片机最小系统 6
3.1.1 电源电路 7
3.1.2 时钟振荡电路 7
3.1.3 复位电路 8
3.2 电源部分 8
3.3 直流-直流变换器ICL7660S 9
3.4 温度采集及显示部分 9
3.4.1 LM75A芯片的温度采集 9
3.4.2 数码管温度显示 11
3.5 按键部分 11
3.6 发声电路 12
3.7 方波发生电路 12
3.8 信号调理部分 13
3.8.1传感器部分 13
3.8.2 电流-电压转换部分 13
3.8.3 换挡部分 13
3.8.4 放大部分 14
3.9 LED报警部分 14
3.10 模数转换部分 14
3.11 测温部分 15
4 软件设计 16
4.1 流程图 16
4.2 程序分析 17
4.3 实物展示 18
结语 21
参考文献 22
致谢 23
附录 24
附录一 程序代码 24
附录二 系统原理图 33
1 绪论
1.1 电导率测试仪概述
将圆柱形电极或固定值的板的端部放置在溶液中（两端通常正弦电压恒定，以避免电解液的试验板和两个平行的距离L波电压，1?3kHz的频率）。 通过该电导仪的电极板之间的测量从而来确定导电原理的导电性。
目前正在研究，电导率的溶液的能力能用数字表示。其中所含的无机酸的水的导电率，碱，盐具有恒定的关系。当浓度低时，导电性低，而密度的电导率增大。因此，指示器的总浓度是用在盐水或离子的检测中。
电导（G)是电阻（R）的倒数。因此，两个电极（通常情况下为铂电极或铂黑电极，），根据欧姆定律，根据一个特定的温度，这个电阻值与电极间的距离L（厘米）成正比，与电极的横截面积A（平方厘米）成反比。
电阻率取决于材料的性质的大小，P是导体，长1cm的电阻的横截面积为1平方厘米。在上式中，所述导体（G）的导电率可以通过下面的等式来表示：
在K = 1 /P，其中参考了导电性，，J =L /A称为电极常数。
体积为1立方厘米的填充了一定距离的平行电导的电极之间的电解质溶液具有导电性。可以从上面的方程中已知，电极溶液常数（J）的电阻通过测量（R）的导电性（G）可以计算。
1.2 电导率测试仪的应用
应用领域：电厂的运用为水处理；水厂和污水厂运用为废水处理；造纸运用为生产过程和废水处理；医药行业运用为生物反应和发酵以及废水处理等。电导率仪是各大食品厂、饮用水厂必备检验设备。
1.3 本文主要工作
本设计预想以高频双极性方波设计所需的激励信号在周期的第一半和第二半反转为被测系统，它可以削弱电介质极化现象（作为一个激励脉冲的施加的电流的值）。它是一个运算放大器，将电流信号转换成电压信号。在此期间，作为系统受直流电压恒定激励，采样点，通过软件对波形的平坦位置控制。测得的电压信号不要求能够处理复杂的相位敏感解调器，它简化了实质性的系统的配置更长的时间，提高了数据采集的速度，并在过滤的其他方面被删去。
本系统能够进行电导率的测量，它的核心部分为51单片机。由于温度是影响液体溶液电导率的重要因素，该系统中需要进行温度测量，以修正由于温度对液体电导率的影响，所以系统应具有温度采集功能。系统具备以下五项功能模块：
1、能够实现水溶液电导率的实时测量；
2、能够在电导率超过一定门限时报警；
3、环境温度能够实时测量；
4、能够实现人机对话功能；
5、微控制器能够实现数据处理，运算和管理功能。
2 系统设计方案
本课题可以实现温度补偿的电导率的测量。使用数码管显示温度和电导率数据信息，并实现简单的按键控制。
2.1 系统设计要求
（1）控制核心为AT89C51单片机
（2）温度传感器DS18B20芯片实现温度采集
（3）由数码管显示采集当前温度值
（4）模拟开关CD4051
（5）模数转换芯片TLC149
（6）电源部分选用芯片LM7805，采用DC9~12V供电，
（7）按键能够随时保存当前温度
2.2 系统总体设计
本课题主要能够实现温度补偿的电导率的测量。使用数码管显示温度和电导率数据信息，并实现简单的按键控制。AT89C51单片机，包括最小的一部分。其中包括报警光学显示单元，按钮，声音等的部分。部分单芯片具有串行通信的功能。它收集了数据的采集，如温度和电导率数据采集。电导率数据采集包括方波发生部分，电导池，换挡，电流电压转换，信号放大，模数转化。
2.2.1 51单片机接口连接
单片机具有外围晶振电路、复位电路和按键电路，该按键既可作为外部中断又可作为普通的按键使用。
如图2.1所示是51单片机芯片外形结构和引脚分布图
图2.1 芯片外形结构和引脚分布
表2.1管脚功能表
2.2.2 电导率硬件设计总体原理图分析
1、电源部分包括正和负电源电压电路5V，+5 V直流电压通过一个三端稳压器LM7805调节器的5V电压，包括直流转换到-5V。人机对话部分包括四位数码管显示，两个独立式按键接到单片机外部中断引脚；蜂鸣器，LED显示构成声光报警。
2、单片机最小系统选用AT89S51，晶振24M，复位采用上电复位。为单片机工作提供外部环境。
3、温度测量部分选用单一的总线接口电路内置的温度传感器DS18B20来进行环境温度的测量。
4、电导率的测量分为模拟- 数字转换单元的方波产生部分，导电元件部分，电流 - 电压电路部分，移位部分，放大部分等。
2.2.3 项目总体框图
图2.2 电导率仪设计框图
图2.2为电导率仪设计框图。单片机选用51系列的AT89S51。单片机最小系统包括AT89S51和供电部分。人机对话部分包括显示部分，按键部分，声光报警部分。通信部分为单片机串口。数据采集包括温度采集，电导率数据采集。电导率数据采集包括方波发生部分，电导池，换挡，电流电压转换，信号放大，模数转换。本项目可以实现温度补偿的电导率测量。使用数码管显示温度和电导率数据信息，并实现简单的按键控制。
3 硬件设计
单片机控制系统为核心，由微控制器收集的读取和传送的最小系统微控制器的主要目的是传送数据，同时系统又可分为电源部分、温度采集及显示部分和存储电路部分进行设计。
摘 要
近年来，电导率测试仪被广泛应用于电厂、制药、水处理、工艺水和工业废水处理等领域。本文主要对电导率测试仪进行硬件设计。硬件设计采用51单片机作为控制核心，由LM75A芯片实现温度采集，主要能够实现温度补偿的电导率测量；软件采用C语言编程来实现。相对于传统的温度采集系统而言，本设计的系统具有操作简便、测量精度高、实用性强、价格低廉等优点。该系统具有相对广阔的应用前景，是各大机构必备检验设备。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:单片机电导率硬件设计
目 录
1 绪论 1
1.1 电导率测试仪概述 1
1.2 电导率测试仪的应用 1
1.3 本文主要工作 1
2 系统设计方案 3
2.1 系统设计要求 3
2.2 系统总体设计 3
2.2.1 51单片机接口连接 3
2.2.2 电导率硬件设计总体原理图分析 4
2.2.3 项目总体框图 5
3 硬件设计 6
3.1 单片机最小系统 6
3.1.1 电源电路 7
3.1.2 时钟振荡电路 7
3.1.3 复位电路 8
3.2 电源部分 8
3.3 直流-直流变换器ICL7660S 9
3.4 温度采集及显示部分 9
3.4.1 LM75A芯片的温度采集 9
3.4.2 数码管温度显示 11
3.5 按键部分 11
3.6 发声电路 12
3.7 方波发生电路 12
3.8 信号调理部分 13
3.8.1传感器部分 13
3.8.2 电流-电压转换部分 13
3.8.3 换挡部分 13
3.8.4 放大部分 14
3.9 LED报警部分 14
3.10 模数转换部分 14
3.11 测温部分 15
4 软件设计 16
4.1 流程图 16
4.2 程序分析 17
4.3 实物展示 18
结语 21
参考文献 22
致谢 23
附录 24
附录一 程序代码 24
附录二 系统原理图 33
1 绪论
1.1 电导率测试仪概述
将圆柱形电极或固定值的板的端部放置在溶液中（两端通常正弦电压恒定，以避免电解液的试验板和两个平行的距离L波电压，1?3kHz的频率）。 通过该电导仪的电极板之间的测量从而来确定导电原理的导电性。
目前正在研究，电导率的溶液的能力能用数字表示。其中所含的无机酸的水的导电率，碱，盐具有恒定的关系。当浓度低时，导电性低，而密度的电导率增大。因此，指示器的总浓度是用在盐水或离子的检测中。
电导（G)是电阻（R）的倒数。因此，两个电极（通常情况下为铂电极或铂黑电极，），根据欧姆定律，根据一个特定的温度，这个电阻值与电极间的距离L（厘米）成正比，与电极的横截面积A（平方厘米）成反比。
电阻率取决于材料的性质的大小，P是导体，长1cm的电阻的横截面积为1平方厘米。在上式中，所述导体（G）的导电率可以通过下面的等式来表示：
在K = 1 /P，其中参考了导电性，，J =L /A称为电极常数。
体积为1立方厘米的填充了一定距离的平行电导的电极之间的电解质溶液具有导电性。可以从上面的方程中已知，电极溶液常数（J）的电阻通过测量（R）的导电性（G）可以计算。
1.2 电导率测试仪的应用
应用领域：电厂的运用为水处理；水厂和污水厂运用为废水处理；造纸运用为生产过程和废水处理；医药行业运用为生物反应和发酵以及废水处理等。电导率仪是各大食品厂、饮用水厂必备检验设备。
1.3 本文主要工作
本设计预想以高频双极性方波设计所需的激励信号在周期的第一半和第二半反转为被测系统，它可以削弱电介质极化现象（作为一个激励脉冲的施加的电流的值）。它是一个运算放大器，将电流信号转换成电压信号。在此期间，作为系统受直流电压恒定激励，采样点，通过软件对波形的平坦位置控制。测得的电压信号不要求能够处理复杂的相位敏感解调器，它简化了实质性的系统的配置更长的时间，提高了数据采集的速度，并在过滤的其他方面被删去。
本系统能够进行电导率的测量，它的核心部分为51单片机。由于温度是影响液体溶液电导率的重要因素，该系统中需要进行温度测量，以修正由于温度对液体电导率的影响，所以系统应具有温度采集功能。系统具备以下五项功能模块：
1、能够实现水溶液电导率的实时测量；
2、能够在电导率超过一定门限时报警；
3、环境温度能够实时测量；
4、能够实现人机对话功能；
5、微控制器能够实现数据处理，运算和管理功能。
2 系统设计方案
本课题可以实现温度补偿的电导率的测量。使用数码管显示温度和电导率数据信息，并实现简单的按键控制。
2.1 系统设计要求
（1）控制核心为AT89C51单片机
（2）温度传感器DS18B20芯片实现温度采集
（3）由数码管显示采集当前温度值
（4）模拟开关CD4051
（5）模数转换芯片TLC149
（6）电源部分选用芯片LM7805，采用DC9~12V供电，
（7）按键能够随时保存当前温度
2.2 系统总体设计
本课题主要能够实现温度补偿的电导率的测量。使用数码管显示温度和电导率数据信息，并实现简单的按键控制。AT89C51单片机，包括最小的一部分。其中包括报警光学显示单元，按钮，声音等的部分。部分单芯片具有串行通信的功能。它收集了数据的采集，如温度和电导率数据采集。电导率数据采集包括方波发生部分，电导池，换挡，电流电压转换，信号放大，模数转化。
2.2.1 51单片机接口连接
单片机具有外围晶振电路、复位电路和按键电路，该按键既可作为外部中断又可作为普通的按键使用。
如图2.1所示是51单片机芯片外形结构和引脚分布图
图2.1 芯片外形结构和引脚分布
表2.1管脚功能表
2.2.2 电导率硬件设计总体原理图分析
1、电源部分包括正和负电源电压电路5V，+5 V直流电压通过一个三端稳压器LM7805调节器的5V电压，包括直流转换到-5V。人机对话部分包括四位数码管显示，两个独立式按键接到单片机外部中断引脚；蜂鸣器，LED显示构成声光报警。
2、单片机最小系统选用AT89S51，晶振24M，复位采用上电复位。为单片机工作提供外部环境。
3、温度测量部分选用单一的总线接口电路内置的温度传感器DS18B20来进行环境温度的测量。
4、电导率的测量分为模拟- 数字转换单元的方波产生部分，导电元件部分，电流 - 电压电路部分，移位部分，放大部分等。
2.2.3 项目总体框图
图2.2 电导率仪设计框图
图2.2为电导率仪设计框图。单片机选用51系列的AT89S51。单片机最小系统包括AT89S51和供电部分。人机对话部分包括显示部分，按键部分，声光报警部分。通信部分为单片机串口。数据采集包括温度采集，电导率数据采集。电导率数据采集包括方波发生部分，电导池，换挡，电流电压转换，信号放大，模数转换。本项目可以实现温度补偿的电导率测量。使用数码管显示温度和电导率数据信息，并实现简单的按键控制。
3 硬件设计
单片机控制系统为核心，由微控制器收集的读取和传送的最小系统微控制器的主要目的是传送数据，同时系统又可分为电源部分、温度采集及显示部分和存储电路部分进行设计。
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