基于SOC單片機的pH值檢測與控制

　　0 引言

　　隨著科技的進步和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，水產(chǎn)養(yǎng)殖這一傳統(tǒng)的行業(yè)也在向工廠化和智能化方向發(fā)展。水質(zhì)監(jiān)控儀器的設(shè)計是實現(xiàn)工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖的關(guān)鍵設(shè)備。其中pH 值就是多因子水環(huán)境中一個重要的因子，本文設(shè)計了基于SOC 單片機C8051F020 的pH 值的檢測電路，并通過控制算法實現(xiàn)了對多因子水環(huán)境中pH 值的控制調(diào)節(jié)。

　　1 硬件電路設(shè)計和pH 測量原理

　　本設(shè)計采用高速SOC 單片機C8051F020 既能提高儀表可靠性又能提高系統(tǒng)性能。C8051F020是集成的混合信號片上系統(tǒng)，具有與MCS-51內(nèi)核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有標準8051 的數(shù)字外設(shè)部件之外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其它數(shù)字外設(shè)及功能部件。設(shè)計中采用了C8051F020 提供的12 位A/D、D/A，能有滿足設(shè)計要求。pH 檢測控制電路框圖如圖1 所示。

　　圖 1 pH 檢測控制電路的框圖

　　1.1 pH值信號放大電路設(shè)計

　　設(shè)計中采用pH復合玻璃電極，由于pH測量電極內(nèi)阻大，要求前置放大器有較高的輸入阻抗，設(shè)計中選用運放CA3140，它具有輸入阻抗高、低偏置電流、低噪聲、高增益等特點，主要用來完成阻抗匹配、降低測量噪聲、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等。pH值信號放大電路如圖2所示。

　　圖2 pH值信號放大電路

　　1.2 pH值信號放大電路抗干擾設(shè)計

　　由于信號調(diào)理電路很容易受到其他信號的干擾，主要表現(xiàn)為工頻干擾，不僅僅是50Hz，50Hz的整數(shù)倍諧波頻率的干擾也不能忽視，其幅值比50Hz的干擾小。另外，50Hz工頻干擾漂移的存在使得包括這個范圍的頻率都應(yīng)視為工頻干擾。對于諧波的干擾可通過低通濾波器去掉，而要去掉49.5～50.5Hz的干擾則需要設(shè)計出性能好的陷波器。下面是筆者在pH值信號抗干擾電路中所設(shè)計的陷波電路，電路圖如圖3所示。