基于虛擬儀器的濁度測試系統(tǒng)的設(shè)計

0 引 言
濁度是工業(yè)水處理(除鹽水)檢驗水質(zhì)要求的一個重要參數(shù)，對除鹽水的水質(zhì)要求較高。目前，濁度的測定大部分都是停留在傳統(tǒng)儀器的模式下，沒有擺脫獨立使用，手動操作的模式。隨著科技的迅猛發(fā)展，計算機強大的處理能力，虛擬儀器在測定系統(tǒng)中正被廣泛采用，它可以利用虛擬儀器的多面板能滿足多功能的測量要求，同時提高檢測的精度和可靠性；利用虛擬儀器良好的人機交互性和在線幫助功能使測量具有很大的靈活性，操作簡便。將測試結(jié)果圖形化形式顯示出來，使測試的結(jié)果更加直觀明了；隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，虛擬儀器還能滿足今后更多功能的擴展和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的要求?；诖嗽O(shè)計了基于虛擬儀器的濁度測試系統(tǒng)，利用LabVIEW圖形化的編程語言和編程環(huán)境，實現(xiàn)了對濁度數(shù)據(jù)的顯示、標定和報警等功能。

1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計
1．1 測量電路的設(shè)計
中央處理器采用C8051F020。C8051F單片機是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片(SoC)，具有與8051兼容的高速CIP-51內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼容。片內(nèi)集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬、數(shù)字外設(shè)及其他功能部件，內(nèi)置FLASH程序存儲器、內(nèi)部RAM。C8051F單片機還具有片內(nèi)調(diào)試電路，通過4腳的JTAG接口可以進行非侵入式、全速的在線系統(tǒng)調(diào)試。放大后的信號由C8051F020內(nèi)的交叉開關(guān)選通，調(diào)節(jié)增益后送ADC0進行A／D轉(zhuǎn)換并存儲。
1．1．1 主控制板電路
主控制板電路實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理和輸出功能。它由C8051F020單片機處理電路、傳感和模擬信號處理電路、AT45DB081數(shù)據(jù)存儲電路、DS18B20溫度監(jiān)控電路、RS 232通信電路、液晶顯示和鍵盤電路、報警電路、標準4～20 mA工業(yè)信號輸出電路幾部分構(gòu)成。濁度儀的核心控制器件是Cygnal公司新出產(chǎn)的混合信號系統(tǒng)級單片機C8051F020。在一個標準的8051中，除MUL和DIV以外所有指令都需要12或24個系統(tǒng)時鐘周期，并且通常最大系統(tǒng)時鐘頻率為12 MHz。而對于CIP-51內(nèi)核，70％的指令執(zhí)行時間為1或2個系統(tǒng)時鐘周期，沒有執(zhí)行時間超過8個系統(tǒng)時鐘周期的指令。可見C8051F020單片機的指令執(zhí)行速度是標準8051單片機的10倍，因此測量時間非常短，可以滿足在線實時測量的要求。該單片機片內(nèi)集成了Cygnal公司獨創(chuàng)的CIP-51的CPU內(nèi)核，指令系統(tǒng)與MCS-51完全兼容。它具有如下特點：集成度高、抗干擾能力強、速度高、可靠性高、擴展功能強等。本儀器中選用C8051F020單片機，可以使電路在設(shè)計上結(jié)構(gòu)緊湊，并能夠提高儀器的抗干擾能力。C8051F020的原理圖如圖1所示。