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業生產的發展，水產養殖這一傳統的行業也在向工廠化和智能化方向發展。水質監控儀器的設計是實現工廠化水產養殖的關鍵設備。其中pH 值就是多因子水環境中一個重要的因子，本文設計了基于SOC 單片機C8051F020 的pH 值的檢測電路，并通過控制算法實現了對多因子水環境中pH 值的控制調節。

　　1 硬件電路設計和pH 測量原理

　　本設計采用高速SOC 單片機C8051F020 既能提高儀表可靠性又能提高系統性能。C8051F020是集成的混合信號片上系統，具有與MCS-51內核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有標準8051 的數字外設部件之外，片內還集成了數據采集和控制系統中常用的模擬部件和其它數字外設及功能部件。設計中采用了C8051F020 提供的12 位A/D、D/A，能有滿足設計要求。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值信號放大電路設計

　　設計中采用pH復合玻璃電極，由于pH測量電極內阻大，要求前置放大器有較高的輸入阻抗，設計中選用運放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、提高系統穩定性等。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計

　　由于信號調理電路很容易受到其他信號的干擾，主要表現為工頻干擾，不僅僅是50Hz，50Hz的整數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計的陷波電路，電路圖如圖3所示。