专利名称：溶解氧智能变送器的制作方法
技术领域：
本发明涉及水质检测领域，特别是涉及一种能够实现温度补偿和盐度补 偿的、并且能够在线检测水体的溶解氧智能变送器。
背景技术：
溶解W:指溶解于水或溶液中的分子态的氧，是水生动物和水生植物生存不 可缺少的条件。溶解氧受水体的温度、盐度变化影响明显，测量时必须考虑温度 4M尝和盐度^M尝。天然水中溶解氧近于饱和值，当溶解氧浓度小于3mg/1时，鱼 类等的生存就会受到影响。江、河、湖泊中溶解氧减小是水质恶化的主要原因， 溶解氧浓度的大小反映出水体受污染特别是有机物污染的程度，溶解氧浓度的测 定在工业、医药、环境监测，水产养殖等领域意义重大，它是水质污染程度的重 要指标之一。
随着控制、计算机、通信和网络的不断发展，测控仪表正朝着智能化、网络 化、集成化的方向发展，用于溶解氧浓度测定的溶解氧变送器也逐渐向高智能 化和高集成度方向发展。但现有技术中的溶解氧变送器多为无4Hf尝或仅能够实 现温度4M尝的溶解氧变送器，其采用模拟量输出且普遍存在造价高、功能单一、 集成度和智能化程度低的问题。也就是说，现有技术中还不存在一种带有温度补
偿和盐度^Hf尝、并且能够实现在线检测水体的溶解氧智能变送器。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的问题，提供一种溶解氧智能变送器，该 溶解氧智能变送器能够实现对溶解氧测量的温度补偿和盐度补偿，并且能够 实现对水体溶解氧的在线检测。为实现上述目的，本发明提供了一种溶解氧智能变送器，包括
溶解氧探头，用于采集水体的溶解氧信号；
温度电导率探头，用于采集水体的温度信号和电导率信号；
激励信号源，用于向所述溶解氧探头提供电压激励信号以及向所述温度 电导率探头提供电流激励信号；
信号调理模块，用于将所述溶解氧信号转换为电压信号并对该电压信号 进行放大处理生成溶解氧电压信号，对所述电导率信号进行峰值检波处理生 成电导率电压信号，以及对所述温度信号进行放大处理生成温度电压信号；
变送器电子表格TEDS存储器，用于存储TEDS参数，所述TEDS参数包括 符合IEEE1451. 2标准的通道信息和校准补偿参数；
微控制器，用于对所述溶解氧电压信号、电导率电压信号和温度电压信 号进行模拟数字转换处理生成数字化的溶解氧电压信号、电导率电压信号和 温度电压信号，并根据所述通道信息和校准4卜偿参数对数字化的溶解氧电压 信号、电导率电压信号和温度电压信号进行计算处理生成溶解氧含量、电导 率、温度和实用盐度；
电源模块，用于向所述微控制器提供供电电压，在所述微控制器的控制 下向所述激励信号源提供供电电压，以及在所述微控制器的控制下向所述信 号调理模块提供供电电压；
总线接口模块，用于输出所述微控制器生成的溶解氧含量、电导率、温 度和实用盐度。
本发明溶解氧智能变送器集成了溶解氧探头、温度电导率探头、TEDS存 储器、微控制器和总线接口模块。通过溶解氧探头采集出水体的溶解氧信号 以及通过温度电导率探头采集出温度信号和电导率信号，由微控制器根据 TEDS存储器存储的TEDS参数以及经过处理后的溶解氧信号、温度信号和电 导率信号计算出溶解氧含量、电导率、温度和实用盐度，并通过总线接口模 块对计算出的溶解氧含量、电导率、温度和实用盐度进行输出，从而实现了对溶解氧测量的温度补偿和盐度补偿以及对水体溶解氧的在线检测。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明实施例的溶解氧智能变送器的工作原理示意图2为本发明实施例的溶解氧智能变送器的具体结构示意图3为本发明实施例的溶解氧变送器中的微控制器的总体程序的流程图4为本发明实施例的溶解氧智能变送器的校正补偿流程图。
具体实施例方式
图1为本发明实施例的溶解氧智能变送器的工作原理示意图，如图1所 示，溶解氧智能变送器包括溶解氧探头1、温度电导率探头2、分别与溶解氧 探头1和温度电导率探头2连接的激励信号源3、分别与溶解氧探头1和温 度电导率探头2连接的信号调理模块4、变送器电子表格(Transducer Electronic Data Sheets,简称TEDS)存储器5、分别与信号调理模块4和 TEDS存储器5连接的微控制器6、与微控制器6连接的总线接口模块7和电 源模块8。溶解氧探头1用于采集水体的溶解氧信号；温度电导率探头2用 于采集水体的电导率信号和温度信号；激励信号源3用于向溶解氧探头1提 供电压激励信号以及向温度电导率探头2提供电流激励信号，具体地，温度 电导率探2头可包括电导率探头22和温度探头24,则激励信号源3向温度 电导率探头2中的电导率探头22提供电流激励信号；信号调理模块4用于将 溶解氧信号转换为电压信号并对电压信号进行放大处理生成溶解氧电压信 号，对电导率信号进行峰值检波处理生成电导率电压信号，以及对温度信号 进行放大处理生成温度电压信号；TEDS存储器5用于存储TEDS参数，该TEDS 参数包括符合IEEE1451. 2标准的通道信息和校准补偿参数；微控制器6用于 对溶解氧电压信号、电导率电压信号和温度电压信号进行模拟数字转换处理生成数字化的溶解氧电压信号、电导率电压信号和温度电压信号，并根据TEDS 存储器5存储的TEDS参数对数字化的溶解氧电压信号、电导率电压信号和温 度电压信号进行计算处理生成溶解氧含量、电导率、温度和实用盐度；电源 模块8用于向微控制器6提供供电电压、在微控制器6的控制下向激励信号 源3提供供电电压、以及在微控制器6的控制下向信号调理模块4提供供电 电压；总线接口模块7用于输出微控制器6生成的溶解氧含量、电导率、温 度和实用盐度。
进一步地，溶解氧变送器还可以包括分别与电源模块8和微控制器6连 接的电源管理模块9,为实现电源模块8对激励信号源3和信号调理模块4 的供电，电源管理模块9还分别与激励信号源3和信号调理模块4连接，该 电源管理模块9用于稳定电源模块8提供的供电电压，并将供电电压提供给 微控制器6、信号调理模块4和激励信号源3。也就是说，电源模块8通过电 源管理模块9分别向微控制器6、信号调理模块4和激励信号源3提供供电 电压。
图2为本发明实施例的溶解氧智能变送器的具体结构示意图，在图1的 基础上再结合图2所示对溶解氧智能变送器的具体结构进行详细说明。
溶解氧探头1是极谱型复膜式氧电极，具体可以为通用工业级极镨型复 膜式氧电41,包括铂电^l和Ag/AgCl参比电极，铂电极和Ag/AgCl参比电极 组成电极对。其中，柏电极作为阴极，Ag/AgCl参比电极作为阳极。当在鉑 电极和Ag/AgCl参比电极这两个电极上加上一个固定的极化电压，并将这两 个电极插入被测水体时，水体中的溶解氧透过薄膜，在铂电极(阴极)上发 生还原反应。具体地，溶解氧探头l (即极谱型复膜式氧电极)的阴极和阳 极发生的反应可如下所示
阴才及02+2H20+2e_ —H202+20}f H202+2e- —20『
阳极Ag+C1— —AgCl+e-全反应4Ag+02+2H20+4Cr —4AgCl+40H— 因电极输出的电流与氧的活度(即氧分压)成正比，所以测量出的上述铂电 极和Ag/AgCl参比电极上的电流即为溶解氧信号。进一步地可根据溶解氧信 号得出被测水体的溶解氧含量。溶解氧探头l灵敏度高，响应时间短，残余 电流低。为了适用于恶劣环境中对水体的长期监测，在溶解氧探头l的外部 可以设置带有溶解氧探头保护套滤网23的溶解氧探头保护套21,该溶解氧 探头保护套21可以增加溶解氧探头1的使用寿命和便于对溶解氧探头1进行 在线清洗。溶解氧4冢头1可以广泛应用于水产养殖场、自来水厂、城市污水 处理厂和环境监测部门等对水体中溶解氧的测定。
温度电导率探头2包括电导率探头和温度探头24,并且该温度探头和电导 率探头为一体设置。电导率探头采用电流-电压四环电极法，包括两个电流电 极和两个电压电极，具体为在绝缘体上设置上部电流电才及26、下部电流电极 27以及两个电压电极25。电导率探头的测量原理是在两个电流电极上施加一 个交流电流信号，该交流电流信号是由激励信号源3提供的。该交流电流信号 在被测水体介质里建立起电场，该电场可以在电压电极25上感应出电压。因 为感应出的电压电极25间的电压降与水体的电导率成正比，所以测量出的电 压电极上感应出的电压即为电导率信号。再根据电导率信号可以得出被测水 体的电导率。进一步地，已知被测水体的电导率，即可计算出水体的实用盐 度。具体地，实用盐度(S)是根据Ki5定义和计算的，所谓Ls是指在15。C和一个 标准大气压的条件下，海水样品电导率和质量比为32. 4356 x 1(^的氯化钾 溶液电导率的比值。温度探头24设置在温度电导率探头2的最底端，即上述 绝缘体的最底端，用于采集温度信号。温度探头24可采用MF51型负温度系数 (Negative Temperature Coefficient,简称NTC)热敏电阻，具有体积 小、检测范围宽、测试精度高、反应速度快、稳定可靠、抗老化、互换性和 一致性好等特点。温度电导率探头2的外部也可以设置带有温度电导率探头保 护套滤网29的温度电导率探头保护套28,该温度电导率探头保护套28对电导率探头上的电流电极和电压电极有保护的作用，可以延长温度电导率探头2
的使用寿命以及便于对温度电导率探头2进行在线清洗。
进一步地，溶解氧探头保护套21和温度电导率探头保护套28上均设置有 保护套流通孔20，该保护套流通孔20用于进行水交换，使溶解氧探头保护 套21和温度电导率探头保护套28外部的水溶液可以进入溶解氧探头保护套21 和温度电导率探头保护套28,以便于溶解氧探头1和温度电导率探头2采集水 体的溶解氧信号、温度信号和电导率信号。并且溶解氧探头l通过溶解氧探头 螺旋压帽17与接线盒底座3O连接，在溶解氧探头螺旋压帽17与接线盒底座30 之间还设置有溶解氧探头密封圈19。温度电导率探头2通过温度电导率探头螺 旋压帽32与接线盒底座30连接，温度电导率探头螺旋压帽32与接线盒底座30 之间还设置有温度电导率探头密封圏31 。
如图2所示，溶解氧智能变送器还包括变送器线路板15，变送器线路板 15内集成了图1中的激励信号源3、信号调理模块4、 TEDS存储器5、微控 制器6、总线接口模块7和电源模块8。其中总线接口模块7可采用RS485总 线接口 ，变送器线路板15可通过四芯电缆11连接电源、接地以及连接总线 接口模块7中的RS485总线接口的正极和负极。变送器线3各板15外部设置有 接线盒外壳14，接线盒外壳14和接线盒底座30之间设置有接线盒密封圈18。 也就是说，变送器线路板15密封于接线盒外壳14中。四芯电缆11穿通接线 盒外壳14，通过电缆螺旋压帽12与接线盒外壳14连接，并且在电缆螺旋压 帽12与接线盒外壳14之间设置有电缆线密封圈13。接线盒密封圈18和电 缆线密封圏13可以保证整个溶解氧智能变送器对水体完全封闭，防护等级为 IP68,使溶解氧智能变送器可以浸没于水体中工作，以便测定水体中不同深 度的溶解氧含量、电导率、实用盐度和温度。其中，电导率探头采集的溶解 氧信号通过电导率探头引线10发送给变送器线路板15,温度电导率探头2 采集的温度信号和电导率信号通过溶解氧探头引线16发送给变送器线路板 15。如图1所示，激励信号源3包括与溶解氧探头1连接的极化电压源33以 及与温度电导率探头2中的电导率探头22连接的交流电流源34。极化电压 源33用于向溶解氧探头1提供极化电压，交流电流源34用于向电导率探头 22提供交流电流。交流电流可以为正弦波电流，则交流电流源34包括正弦 电路和恒流电^^,正弦电^^用于产生正弦波电流，恒流电i 各用于稳定所述正 弦波电流，并向电导率探头22输出稳定后的正弦波电流。极化电压源33为 高精度基准电压源，可保证溶解氧探头1不受电源波动和温度波动影响，使 溶解氧含量的测量更为准确。其中，极化电压源33提供的极化电压优选为 0. 7V极化电压，交流电流源34提供的交流电流优选为10KHz交流电流。
如图1所示，信号调理模块4包括分别与溶解氧探头1和微控制器6连 接的电流转换放大电路41、分别与温度电导率探头2中的电导率探头22和 微控制器6连接的峰值检波电路42、分别与温度探头24和微控制器6连接 的滤波放大电路43。电流转换放大电路41包括低电压低功耗高精度的运放 电路和精密电阻，用于接收溶解氧探头1采集的溶解氧信号，将溶解氧信号 转换为电压信号并对该电压信号进行放大处理生成溶解氧电压信号，也就是 说电流转换放大电路41对溶解氧信号进行电压转换和放大处理生成溶解氧 电压信号。峰值检波电路42用于接收电导率探头22采集的电导率信号并对 电导率信号进行峰值检波处理生成电导率电压信号，峰值检波处理具体为获 取电导率信号的峰值并对获取的峰值进行放大处理生成电导率电压信号。滤 波放大电路43包括低电压低功耗高精度的运放电路和精密电阻，用于接收温 度探头24采集的温度信号并对温度信号进行放大处理生成温度电压信号。上 述生成的溶解氧电压信号、电导率电压信号和温度电压信号为后续微控制器 6进行模拟数字转换时所需的电压信号。
TEDS存储器5，用于存储TEDS参数，该TEDS参数包括符合IEEE1451. 2 标准的通道信息和校准补偿参数，符合IEEE1451.2标准的通道信息可以为 Channel-TEDS , 符合 IEEEl451. 2标准的校准补偿参数可以为Calibration-TEDS。另外，TEDS参数还可以包括Meta-TEDS。
为增强系统的集成度，微控制器6可釆用美国TI公司的MSP430系列单 片机集成电路芯片，也可以采用其它能够实现数据处理和控制的芯片。其中， MSP430系列单片机是TI公司研发的16位超低功耗单片机，非常适合各种 功率要求低的场合，特别适合于电池应用的场合或手持设备。该单片机在 1.8V-3. 6V电压、lMHz的时钟条件下，耗电电流在O. 1 400jaA之间；含有 P。 Ps共7个I/O 口、 2个定时器Timer A、 Timer B、 1个看门狗，内部集 成2K的RAM和60K的Flash,MSP430系列的Flash,可十万次重复编程；MSP430 系列单片机均为工业级的产品，运行环境温度为-40°C ~+85°C;而MSP430系 列单片机一般单价只有几十元。由此可以看出，MSP430系列单片机的性价比 高，完全能够满足系统开发的需要。
MSP430单片机具有12位8路模数转换器(Analog to Digital Converter, 简称ADC)功能和DMA控制单元，可以分别为系统采样电路和数据传输部分 采用，使得系统的硬件电路更加集成化、小型化。可通过MSP430单片机内的 ADC对溶解氧电压信号、电导率电压信号和温度电压信号进行模拟数字转换 生成数字化的溶解氧电压信号、电导率电压信号和温度电压信号，由于上述 转换后的结果可在微控制器6内部根据温度和电导率之间的相互影响进行拟 合，并通过软件的方法来消除溶解氧探头1和温度电导率探头2由于自身工 作环境改变而？ 1起的采集的数据信号的变化，因此可保证数据客观准确。
电源模块8向微控制器6提供供电电压、在微控制器6的控制下向激励 信号源3提供供电电压，以及在微控制器6的控制下向信号调理模块4提供 供电电压。电源模块8可直接向微控制器6输入供电电压，并通过电阻分压 方法，为供电状况自诊断提供依据。进一步地，电源模块8与微控制器6、 信号调理模块4和激励信号源3之间还可以设置电源管理模块9,电源管理 模块9 一方面通过稳压电路提高电源模块8输入的供电电压的适应范围，增 强芯片电压的稳定性，另一方面与微控制器6配合，实现对激励信号源3和
ii信号调理模块4的脉冲式供电，使整个溶解氧智能变送器可以在超低功耗下 运行。
总线接口模块7在硬件实现上可采用RS485总线接口 ，在软件协议上支 持IEEE1451. 2标准。该总线接口模块7可实现即插即用功能。
IEEE1451. 2标准定义的网络化智能传感器包括智能变送器模块(Smart Transducer Interface Module,简称STIM)和网纟各适配器才莫块(Network Capable Application Processor,简称NCAP)两部分，STIM和NCAP可通过 传感独立接口 (Transducer Independent Interface,简称TII)相连。STIM 可实现所有与变送相关的功能，例如信号调理、测量信号或驱动执行器；并 且STIM包含格式化的TEDS信息，可进行传感器数据的读入和参数的设定，从 而实现传感器的"即插即用"功能。但IEEE1451.2标准中仅定义了网络化智 能传感器各部分的功能，未对其结构进行描述。
本发明提出的溶解氧智能变送器可实现IEEE1451. 2中定义的STIM的功 能。实现STIM功能的核心是具有支持IEEE1451. 2标准的TEDS存储器5和总线接 口模块7。其中，TEDS存储器5可将对溶解氧探头1和温度电导率探头2的标定 以及数据的校正等工作转化为微控制器6承担的例行任务，TEDS存储器5是溶 解氧智能变送器实现自校准、自补偿等智能功能的基础。
本发明溶解氧智能变送器中的总线接口模块7不采用IEEE1451. 2中的TI1 接口而是采用应用更为广泛的RS485总线接口，该RS485总线接口连接了热拔 插电路，可以实现RS485总线接口的热拔插。为了方便TEDS存储器5中存储内 容的升级与更新，可采用异步串行接口来下载TEDS并通过I2C总线转存至 FM24CL16铁电存储器中。
在实现STIM功能方面，主要是实现TEDS数据结构设计。在IEEE1451.2标 准中TEDS是核心内容之一，其是一种嵌入于STIM内的表格，完整定义了STIM 各个部分逻辑信息存储和互操作格式，也是对STIM各通道传感器数据进行校 正的基础数据结构。 一个符合标准的传感器自身带有内部信息，具体包括制造商、数据代码、序列号、使用的极限以及校准系数等。当系统上电时，
上述内部信息可以被提供给NCAP以及系统其它部分。TEDS分为8个可寻址部 分，其中两个必备的电子数据表格是:Meta-TEDS和Channel-TEDS,其余可按 需要进行选择。Meta-TEDS用于描绘TEDS信息、数据结构、支持的通道数和通 道极限时间参数等有关STIM的总体信息；每个STIM通道包括1个 Channel-TEDS,主要用于描述每个通道的具体信息，如描述通道物理属性、 纠正类型、返回数据类型和格式通道的定时信息等。Calibration-TEDS用于 存放校准补偿参数，以实现传感器的自校正功能。
本发明因需要实现自校正功能，所以TEDS存储器5中存储有符合 IEEE1451. 2标准的Channel-TEDS和Calibration-TEDS,另外，TEDS存储器5 还存储有符合IEEE1451. 2标准的Meta-TEDS。其中，Cal ibrat ion-TEDS可用于 实现盐度补偿和温度补偿，其可存放0 ~ 4(TC水体中电导率电压信号和实用盐 度之间的对应曲线，以及温度在0 ~ 4 (TC范围时不同盐度(S= 0 ~ 6 0)的水体中 溶解氧含量与溶解氧电压信号之间的对应曲线等。
本发明TEDS存储器5存储的TEDS信息量多，相互之间关系复杂，例如存储 有对温度电导率探头输出的温度信号进行转换后生成的温度电压信号与实际 温度的对应曲线、0 4(TC温度下电导率电压信号与实用盐度的对应曲线、不 同盐度(S = 0-60)下对溶解氧探头输出的溶解氧信号进行转换后生成的溶 解氧电压信号与温度的对应曲线等，所以TEDS需要的存储空间较大，我们将 其存储于FM24CL16铁电存储器中，FM24CL16铁电存储器具有2KB的存储容量并 拥有较大的扩展空间。4^电存储器FRAM在性能方面与EEPR0M和Flash相比有三 点优势之处首先，铁电存储器的读写速度更快，与其它存储器相比，铁电 存储器的写入速度要快10万倍以上，读的速度同样也很快，和写操作在速度 上几乎没有太大的区别；其次，铁电存储器可以无限次擦写，而EEPROM则只 能进行100万次的擦写；最后，铁电存储器所需功耗远远低于其它非易失性存 储器。本发明中的总线接口模块7采用了 RS485总线接口 ，通过该总线接口模 块7可以与上位机或其它设备进行通讯。总线接口模块7与微控制器6之间 还可以连接有RS485转换电路(该RS485转换电路还可以附加光电耦合电路， 以提高抗干扰能力)，用于将纟效控制器6的接口转换为RS485总线接口。也 就是说，由于微控制器MSP430单片机不能直接连接RS485总线接口，因此还 须在MSP430单片才几与RS485总线接口之间设置RS485转换电3各，RS485转换 电路可采用美国TI ^^司生产的一种RS485总线^l妄口芯片SN75LBC184芯片。
图3为本发明实施例的溶解氧变送器中的微控制器的总体程序的流程 图，如图3所示，图3为微控制器程序软件部分的流程，具体包括上电初 始化硬件状态，调出存储在FM24CL16铁电存储器中的TEDS参数，根据TEDS 参数识别探头类型、制造商、序列号、通道数、物理类型和数据结构等，具 体地，可根据TEDS参数中的Meta-TEDS识别探头类型、制造商、序列号、通 道数、物理类型和数据结构等。通过自诊断程序测量电源电压、探头接口等 信号，判断溶解氧智能变送器是否存在故障。之后为了降低功耗，微控制器 控制外设进入休眠状态(也可称为低功耗模式)，等待任务触发。将系统由 休眠状态唤醒的方式有两种， 一种是在定时触发采集请求下，进行模拟/数字 (A/D)数据采集并执行相应数据处理，包括溶解氧、电导率、实用盐度和温 度的标定及补偿。另一种是通过串行接口接收外部设置参数、触发测量、读 出参数与测量结果的请求，即STIM服务程序。
温度补偿和盐度补偿是本发明溶解氧智能变送器可实现的重要功能，实 现温度补偿和盐度补偿主要是通过微控制器中的数据处理子程序模块，具体 地，可如图4所示，图4为本发明实施例的溶解氧智能变送器的校正补偿流 程图。步骤1、读出A/D转换程序提供的当前对电导率探头输出的电导率信 号进行转换后生成的电导率电压信号和对温度探头输出的温度信号进行转换 后生成的温度电压信号；步骤2、根据电导率电压信号和电导率的对应曲线 对电导率电压信号进行计算得出电导率(ms/cm),以及根据温度电压信号和
14温度的对应曲线对温度电压信号进行计算得出温度(°C);步骤3、根据实 用盐度和电导率电压信号的对应曲线对温度和电导率电压信号进行计算处理 得出实用盐度；步骤4、读取对溶解氧探头输出的溶解氧信号进行转换后生 成的溶解氧电压信号；步骤5、调出当前实用盐度下溶解氧含量和溶解氧电 压信号的对应曲线，根据当前实用盐度下溶解氧含量和溶解氧电压信号的对 应曲线对温度和溶解氧电压信号进行计算得出当前水体的溶解氧含量，该溶 解氧含量可包括绝对溶解氧含量(mg/1)和相对溶解氧含量(％ )。 综上所述，本发明溶解氧智能变送器具有如下有益效果 (1)溶解氧智能变送器通过集成了溶解氧探头、温度电导率探头、TEDS 存储器、微控制器和总线接口模块，通过溶解氧探头采集出水体的溶解氧信 号以及通过温度电导率探头采集出温度信号和电导率信号，由微控制器根据 TEDS存储器存储的TEDS参数以及经过处理后的溶解氧信号、温度信号和电 导率信号计算出溶解氧含量、电导率、温度和实用盐度，并通过总线接口模 块对计算出的溶解氧含量、电导率、温度和实用盐度进行输出，从而实现了
对溶解氧测量的温度补偿和盐度补偿以及对水体溶解氧的在线检测；本发明 的溶解氧智能变送器可实现长时间在线检测不同水体的溶解氧含量，满足了 自动化监测技术的检测要求。
(2 )本发明溶解氧智能变送器采用单片机技术和电化学测试技术相结 合，简化了硬件电路，扩充了测量功能，并采用IEEE1451.2的自补偿方法。 溶解氧探头、电导率探头和温度探头集成在一个接线盒外壳中，在微控制器 的控制作用下可同时读取各种数据，从而使溶解氧信号、电导率信号和温度 信号三个参数获取的同时性得到保证，并且通过内嵌的补偿方法，提高测量 精度。
(3)本发明通过内置微控制器和TEDS存储器可以将溶解氧探头、电导 率探头和温度探头三个探头的原始输出信号转换为温度CC)、溶解氧绝对值 (mg/1)、溶解氧相对值(％)、电导率(ms/cm)和实用盐度等不同物理量输出。
(4 )本发明采用全数字总线传送信号，解决了现有技术中传感器输出4 ~ 20mA模拟电流标准信号导致的分辨率低而限制测量范围的问题，扩充了测量 范围。
(5)本发明可实现IEEE1451.2标准中的网络化智能变送器的功能。通 过RS485总线接口模块实现对微控制器和TEDS存储器数据的读出和参数的设 定并且通过RS485总线接口模块输出微控制器生成的电导率、温度、实用盐 度和溶解氧含量，从而实现传感器的"即插即用"功能。
(6 )本发明通过电源模块和电源管理模块可实现低功耗运行；并具有能 量监测和自动诊断功能；本发明中的电路元件都采用贴片封装，变送器线路 板密封于接线盒外壳中，实现了微型化与一体化设计，设备稳定性好、可靠 性高。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进 行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技 术人员应当理解其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换， 而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的 精神和范围。
权利要求
1、一种溶解氧智能变送器，其特征在于，包括溶解氧探头，用于采集水体的溶解氧信号；温度电导率探头，用于采集水体的温度信号和电导率信号；激励信号源，用于向所述溶解氧探头提供电压激励信号以及向所述温度电导率探头提供电流激励信号；信号调理模块，用于将所述溶解氧信号转换为电压信号并对该电压信号进行放大处理生成溶解氧电压信号，对所述电导率信号进行峰值检波处理生成电导率电压信号，以及对所述温度信号进行放大处理生成温度电压信号；变送器电子表格TEDS存储器，用于存储TEDS参数，所述TEDS参数包括符合IEEE1451.2标准的通道信息和校准补偿参数；微控制器，用于对所述溶解氧电压信号、电导率电压信号和温度电压信号进行模拟数字转换处理生成数字化的溶解氧电压信号、电导率电压信号和温度电压信号，并根据所述通道信息和校准补偿参数对数字化的溶解氧电压信号、电导率电压信号和温度电压信号进行计算处理生成溶解氧含量、电导率、温度和实用盐度；电源模块，用于向所述微控制器提供供电电压，在所述微控制器的控制下向所述激励信号源提供供电电压，以及在所述微控制器的控制下向所述信号调理模块提供供电电压；总线接口模块，用于输出所述微控制器生成的溶解氧含量、电导率、温度和实用盐度。
2、 根据权利要求1所述的溶解氧智能变送器，其特征在于，所述溶解氧 探头为通用工业级极谱型复膜式氧电极。
3、 根据权利要求1所述的溶解氧智能变送器，其特征在于，所述温度 电导率探头包括一体设置的温度探头和电导率探头。
4、 根据权利要求1所述的溶解氧智能变送器，其特征在于，所述溶解氧探头的外部设置有带有溶解氧探头保护套滤网的溶解氧^^罙头保护套，所述 温度电导率探头的外部设置有带有温度电导率探头保护套滤网的温度电导率 探头保护套。
5、 根据权利要求l所述的溶解氧智能变送器，其特征在于，所述激励信号源、信号调理模块、TEDS存储器、电源模块和总线接口模块集成于变送器 线路板上，所述变送器线路板密封于防护等级为IP68的接线盒外壳中。
6、 根据权利要求3所述的溶解氧智能变送器，其特征在于，所述激励信 号源包括极化电压源，用于向所述溶解氧探头提供极化电压； 交流电流源，用于向所述电导率探头提供交流电流。
7、 根据权利要求1所述的溶解氧智能变送器，其特征在于，所述信号调 理模块包括:电流转换放大电路，用于将所述溶解氧信号转换为电压信号并对该电压 信号进行放大处理生成所述溶解氧电压信号；峰值检波电路，用于对所述电导率信号进行峰值^r波处理生成电导率电 压信号；滤波放大电路，用于对所述温度信号进行放大处理生成温度电压信号。
8、 根据权利要求1所述的溶解氧智能变送器，其特征在于，所述总线接 口模块采用RS485总线接口 ，所述总线接口模块在协议上支持IEEE1451. 2标准。
9、 根据权利要求l所述的溶解氧智能变送器，其特征在于，还包括 电源管理模块，与所述电源模块、所述微控制器、所述激励信号源和所述信号调理模块连接，用于稳定所述电源模块提供的供电电压，并将供电电 压提供给所述微控制器、所述激励信号源和所述信号调理模块。
全文摘要
本发明公开了一种溶解氧智能变送器，包括溶解氧探头、温度电导率探头、激励信号源、信号调理模块、变送器电子表格TEDS存储器、微控制器、电源模块和总线接口模块。本发明溶解氧智能变送器集成了溶解氧探头、温度电导率探头、TEDS存储器、微控制器和总线接口模块。通过溶解氧探头采集出水体的溶解氧信号以及通过温度电导率探头采集出温度信号和电导率信号，由微控制器根据TEDS存储器存储的TEDS参数以及经过处理后的溶解氧信号、温度信号和电导率信号计算出溶解氧含量、电导率、温度和实用盐度，并通过总线接口模块对溶解氧含量、电导率、温度和实用盐度进行输出，从而实现了对溶解氧测量的温度补偿和盐度补偿以及对水体溶解氧的在线检测。
文档编号G01N27/48GK101533031SQ20091008241
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月15日 优先权日2009年4月15日
发明者丁启胜, 李道亮, 王剑秦, 赵霖林, 马道坤 申请人:中国农业大学