基于STM32单片机的光电浊度仪设计与实现.pdf

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1、2015年3月江苏第二师范学院学报(自然科学)Mar．，2015第31卷第3期JournalofJiangsuSecondNormalUniversity(NaturalSciences)Vo1．31No．3基于STM32单片机的光电浊度仪设计与实现孔春霞王志丹常建华(1．南京信息工程大学环境科学与工程学院，江苏南京210044；2．南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏南京210044)[摘要]基于STM32F103单片机设计了一种透射式光电水质浊度分析仪．采用一种浊度传感器探测经待测样品的透射光，光电转换后的电信号

2、分别经过低噪声放大器和A／D转换器后转变为数字信号，最终由STM32F103单片机处理并反演出浊度测量结果．实验中，利用4000NTU高浓度标准浊度液进行精确配比得到6种不同浊度的标准溶液对所研制的光电浊度仪进行标定．实验结果显示，该系统测量数据与溶液的浊度呈现良好的线性关系，与理论分析结果完全吻合．该浊度分析仪具有功耗小、成本低、结构简单紧凑等优点，在食品及饮料加工、污水处理等领域具有较高的应用价值．[关键词]浊度；透射法；单片机；信号处理[中图分类号]0482．7[文献标识码]A[文章编号]1671—1696(201

3、5)03—0013—05等问题．设计一种小型化、低成本、性能稳定的水l引言质浊度分析仪，满足日常生活、工业生产等方面的随着人们对生命健康、自然环境可持续发展应用需求，具有非常重要的现实意义．基于此，本的日益关注，水质浊度的监测愈来愈受到重视．一文基于STM32单片机设计了一种低成本、高精度、方面，水中含有的泥土、砂砾以及有机物等各类悬宽量程的水质浊度分析仪．该浊度分析仪具有结浮物质的含量直接影响饮用水、工业用水的质量．构简单、操作方便、成本低廉以及测量结果精度高另一方面，这些水中的悬浮物还会吸附细菌、病原等优势，具有很好

4、的应用前景．体等有害物质，并对其起到一定的保护作用，严重2浊度测量原理影响消毒、净化等常规水处理的效果¨J．因此，不管是在工业生产还是在饮用水或水产品加工过程根据IS07027光电浊度测量国际标准，浊中，对水体的浊度监控都必不可少．度是反映水样中细菌、病原体、以及某些固体悬浮目前市场上的水质浊度分析仪大多是基于光微粒等杂质对光散射程度的一种度量，是水的一电的测量原理，这是因为相比于传统的化学分析种光学性质．水样浊度高说明水中有毒、有害物质方法，光学测量具有测量速度快、精度高、成本低含量高．当一束光射向水体中颗粒集合体时，

5、一部等诸多优势．具体地，从光学的测量原理角度，又分光透过颗粒继续传输，另一部分光被颗粒物吸可分为两类：一类是透射测量法，典型的产品有英收，剩余部分则被颗粒物散射．由于被吸收的光会国ABBKent公司生产的7997—300／400系列浊度转换成颗粒物的内能，该部分光能损耗量无法由仪；另一类是散射测量法J，如德国E+H公司生光电检测器测量得到，因此，目前的光电浊度仪均产的CUE23／CUE24型浊度仪．尽管市面上现有浊是针对透射光束或散射光束进行测量分析．度分析仪在测量效果、稳定性、寿命等方面已经日本设计的光电检测部分采用的

6、是透射光测量臻成熟，但依然存在价格昂贵，体积大、维护不便方法．当光源发出强度为，n的光束经过水样时，由[基金项目】2014年度实验室开放资助项目“鱼塘水体中溶解氧的荧光测定与分析”(项目编号：1253201405259)．[收稿日期]2014—12—18[作者简介]孔春霞，女，江苏姜堰人，南京信息工程大学环境科学与工程学院实验师，硕士．一13—于水样中悬浮固体杂质的吸收和散射作用，光强(2)A／D转换：采用STM32F103单片机内部在水体中传播满足朗伯一比尔定律．根据透光浊12位分辨率ADC，将模拟信号转换为数字信号．

7、度测量法的定义，其测量原理框图如图1所示：(3)信号放大电路：采用仪表放大器AD623进行信号放大，传感器的输出信号一般在微安级别，所以信号先要进行放大然后再送到单片机进行A／一iiiii—i光源D转换．(4)单片机电路：将传感器输入的模拟信号转换为数字信号，并进行简单处理计算得到液体的图1透射法浊度测量框图浊度值，最后将数据送到1602液晶显示．当采用线性元件进行光电转换后探测到的信(5)1602液晶显示电路：将所测的数据实时地号满足如下关系式：呈现给用户，方便用户进行数据观察和分析等．ST=atoe弛(1)(6)电源

8、电路：电源电路为整个系统提供稳定式中，ST为光电接收器件的输出电压；，n为电源．人射光强度；K为溶液对光的吸收系数；L是透射4硬件电路设计光程；4为比例系数；T为水样的浊度值．式(1)经简单化简可得到：4．1STM32处理单元KTL=lnST(2)本设计中使用的控制芯片是基于ARMCortex一—M3内核的STM32