一种在线pH值监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种在线pH值监测系统。一种在线pH值监测系统，其特征在于：本系统以C8051F340为控制核心，外围由信号采集电路、存储电路、电源电路、输入电路以及输出电路组成；其中，其分别直接连接C8051F340。本发明具有温度补偿、电极自动标定、数据超限报警功能。以C8051F340单片机内嵌的USB控制器实现了和PC机的数据通信，通过软硬件滤波的方法对采集数据进行处理，并采用高阻绝缘线连接电极、输入端浮空、外设屏蔽罩、电源隔离等方法进行了抗干扰处理。实际应用中系统既能与PC机联机工作又能独立采集数据。与传统的pH值监测设备比较系统具有可靠性高、抗干扰能力强、灵敏度高、低功耗、便于扩展、操作简便等优点，能实现良好的人机交互，应用前景广阔。
【专利说明】一种在线pH值监测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在线pH值监测系统。
【背景技术】
[0002]溶液pH值是衡量工业用水、生活用水、环境监测的重要标准之一。随着工业化进程的发展，对生态环境的破坏也日益严重，实时监测工业生产过程和生态环境的PH值及氧化还原电位，并加以控制具有重要意义。基于USB接口的在线pH值监测系统用USB代替传统接口作为数据采集单元与PC机相连接的总线接口。数据采集单元通过USB接口将溶液PH值、温度及氧化还原电位传递给Pc机，以显示实时监控曲线，并实现对数据、曲线的存储。
【发明内容】
[0003]本发明旨在提供一种能够实时监控曲线，并实现对数据、曲线存储功能的一种在线PH值监测系统。
[0004]本发明的技术方案在于:
一种在线pH值监测系统，本系统以C8051F340为控制核心，外围由信号采集电路、存储电路、电源电路、输入电路以及输出电路组成；其中，其分别直接连接C8051F340。
[0005]优选地，所述信号采集电路为依次连接的电极、信号调理电路以及A/D转换电路。
[0006]更优选地，所述电极采用玻璃电极和钼金ORP电极实现对溶液pH值及氧化还原电位的采集。
[0007]或者优选地，所述输入电路为键盘。
[0008]或者优选地，所述输出电路为IXD、报警输出以及PC监控输出。
[0009]更优选地，A/D转化电路采用12位精度的双积分型A/D转换器ICL7109实现对采集信号的模数转换。
[0010]或者优选地，本系统还设有一温度传感器。
[0011]或者优选地，所述温度传感器型号为S18820。
[0012]本发明的技术效果在于:
基于USB接口的pH值在线监测系统，具有温度补偿、电极自动标定、数据超限报警功能。以C8051F340单片机内嵌的USB控制器实现了和PC机的数据通信，通过软硬件滤波的方法对采集数据进行处理，并采用高阻绝缘线连接电极、输入端浮空、外设屏蔽罩、电源隔离等方法进行了抗干扰处理。实际应用中系统既能与PC机联机工作又能独立采集数据。与传统的PH值监测设备比较系统具有可靠性高、抗干扰能力强、灵敏度高、低功耗、便于扩展、操作简便等优点，能实现良好的人机交互，应用前景广阔。
[0013]【专利附图】
【附图说明】图1为本发明系统框图。
【具体实施方式】
[0014]一种在线pH值监测系统，本系统以C8051F340为控制核心，外围由信号采集电路、存储电路、电源电路、输入电路以及输出电路组成；其中，其分别直接连接C8051F340。信号采集电路为依次连接的电极、信号调理电路以及A/D转换电路。电极采用玻璃电极和钼金ORP电极实现对溶液pH值及氧化还原电位的采集。所述输入电路为键盘。输出电路为LCD、报警输出以及PC监控输出。
[0015]A/D转化电路采用12位精度的双积分型A/D转换器ICL7109实现对采集信号的模数转换。本系统还设有一温度传感器。所述温度传感器型号为S18820。
[0016]工业级复合玻璃电极的输出信号为-500?+500 mV,电极内阻为108欧-109欧，钼金ORP电极输出信号为-2 000?+2000 mV.信号处理电路的关键一是要实现对玻璃电极的阻抗匹配，二是要实现对两种电极输出信号不同比例的放大。测量电路选用了 CA3140组成双高阻放大器，前级采用同相放大器，可以获得112欧的输入阻抗，后级采用差分放大电路，可以获得较高的共模抑制比，增强抗干扰能力。对于玻璃电极设置电路放大倍数为5倍，对于ORP电极设置电路放大倍数为2倍。为了消除印制板绝缘电阻对放大电路输入阻抗的影响，设计中
采用了浮空法进行处理，电极引线直接接芯片引脚。由于前级电路输入阻抗较高，容易受到外来信号的干扰，虽然差分放大电路有较强的共模抑制作用，但有部分工频干扰会以差模信号进入电路，导致测量结果的波动。设计中采用了带反馈的双T带通滤波器实现对50 Hz工频干扰的滤除。此外，为了抑制50Hz的谐波的影响，设计又增加了一级有源低通滤波电路，中心频率取150 Hz0
[0017]前级的放大电路中采集的电压值均是双极性的，设计中采用双积分型A/D转换器ICL7109实现对被测信号的模数转换。ICL7109具有12位转换精度，典型功耗小于20 mff,是一款高精度、低噪声、低漂移、高输入阻抗的模数转换芯片。41，能够有效抑制工频于扰。设计中ICL7109采用直接方式和C8051F340
连接，通过STATUS引脚与C8051n40的P0.3 口相连接。在软件中配置P0.3为外部中断输入端13，当ICL7109转换结束时，由STATUS发出转换结束指令到单片机申请中断，在中断服务程序中单片机对转换数据分高低字节进行读取。ICL7109基准电压取2.048 V,满度输出可达4.096 V.为了使ICL7109具有
较好的抗50 Hz干扰能力，晶体频率选用6 MHz，完成一次转换时间为79.2 ms，即转换速率为12.6次/S。
[0018]温度的变化直接影响pH值测量的准确性，以往的pH计温度测量电路一般采用钼电阻作为温度传感器，但由于钼电阻本身是非线性使得线性校正方法存在误差，影响校正精度。设计采用一线制数字温度传感器DS18820采集溶液温度，它具有体积小、测量精度高、无需A/D转换等优点。在-10?+85°C范围内具有±0.5 oc的精度，经过特殊处理精度可达0.01°C，可满足系统要求。温度传感器通过P0.2 口将数据传送给单片机，单片机经过算法处理后得出温度值，完成对PH值的温度补偿计算。
[0019]C8051F340内部内集成了全速的USB2.0控制器、有8个USB端点、I KB FIFO存储器和时钟恢复电路，因此采用C8051F340的USB控制器设计通信电路相对较为容易。USB总线的最大电流为500 mA，考虑到系统供电的安全需求，USB接13采用自供电方式，5 V电源经过集成稳压器输出3.3 V电源给系统供电。为了防止ESD干扰，在D+、D-引脚连接了 ESD保护二极管。
[0020]本发明具有温度补偿、电极自动标定、数据超限报警功能。以C8051F340单片机内嵌的USB控制器实现了和PC机的数据通信，通过软硬件滤波的方法对采集数据进行处理，并采用高阻绝缘线连接电极、输入端浮空、外设屏蔽罩、电源隔离等方法进行了抗干扰处理。实际应用中系统既能与PC机联机工作又能独立采集数据。与传统的pH值监测设备比较系统具有可靠性高、抗干扰能力强、灵敏度高、低功耗、便于扩展、操作简便等优点，能实现良好的人机交互，应用前景广阔。
【权利要求】
1.一种在线pH值监测系统，其特征在于:本系统以C8051F340为控制核心，外围由信号采集电路、存储电路、电源电路、输入电路以及输出电路组成；其中，其分别直接连接C8051F340。
2.如权利要求1一种在线PH值监测系统，其特征在于:所述信号采集电路为依次连接的电极、信号调理电路以及A/D转换电路。
3.如权利要求2—种在线pH值监测系统，其特征在于:所述电极采用玻璃电极和钼金ORP电极实现对溶液pH值及氧化还原电位的采集。
4.如权利要求1一种在线pH值监测系统，其特征在于:所述输入电路为键盘。
5.如权利要求1一种在线pH值监测系统，其特征在于:所述输出电路为LCD、报警输出以及PC监控输出。
6.如权利要求1一种在线pH值监测系统，其特征在于:A/D转化电路采用12位精度的双积分型A/D转换器ICL7109实现对采集信号的模数转换。
7.如权利要求1一种在线pH值监测系统，其特征在于:本系统还设有一温度传感器。
8.如权利要求4一种在线pH值监测系统，其特征在于:所述温度传感器型号为S18820。
【文档编号】G01N27/00GK104316567SQ201410536925
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】王耀斌 申请人:陕西高新实业有限公司