中文菜单激光在线浊度仪的设计

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1、返回中文菜单激光在线浊度仪的设计贾福禄王志武（上海海争电子科技有限公司电话：021-34301374邮编：201114）摘要：简要概述了新型在线浊度仪的测量原理，新器件的使用，比率式测量的特点和实现方法。仪器选用节能、环保、高寿命的激光元件和硅光电池作为光电转换元件，利用C8051F350完成光电信号的数据采集，并由STM32F103RBT6对数据进行处理和存储。完全隔离的DA芯片完成4~20mA信号输出。1引言水中含有泥土、粉砂、微细有机物、无机物、浮游生物等悬浮物和胶体物都可以使水质变的浑浊而呈现一定浊度，福尔马肼是浊度的一级标

2、准物质。浊度是衡量水质的重要指标之一，自来水厂及污水处理厂等场合的水都应严格控制水的浊度，随着人们对食品安全和环境保护越来越重视，公众更加关注水浊度的监测和测量。通常浊度仪的测量方法是浊度计发出光线，使之穿过一段样品，并从与入射光呈90°的方向上检测有多少光被水中的颗粒物所散射。这种散射光测量方法称作散射法。散射法的优点在于只要保证光源和检测元件的稳定性就能得到很好的精度，但通常光源和检测元件是会随着温度和电压的变化引起很大的测量误差。光源的老化更会加大这种误差。稳定的电压很好解决，但恒温的环境很难做到。所以这里引入了比率测量方法来

3、改进散射法。2比率法的测量原理比率法是根据散射法改进而来的。增加一个硅光电池用来测量透射光，由于两个硅光电池的特性相同，电路相匹配，因此消除了光源波动对测量带来的影响，同时电路中的共模信号也得到了抑制，具有较高的共模抑制比，提高了测量稳定性。当光源变化时：'散射光Is=ISI∆'投射光Iz=IzI∆(I∆为光源变化引起的电流变化量)''IIIS∆S=根据比率公式得：Ib=''IIIz∆z由公式得出结论，采用比率法可以消除光源的变化。3仪器的硬件设计3.1光源的选择光源的稳定性直接影响测量仪器的准确性和重现性。采用卤素钨灯为浊度仪光源

4、寿命只有几百到几千小时，而采用激光元件，不但节能环保，而且寿命可以提高到10万小时。所以选用激光元件作为光源，并以恒流源稳定光源。3.2测量电路的设计光C8051F350硅光电池I/V放大电路信变换串口连接到号STM32F103基准电压源测量电路由硅光电池、I/V变换电路、放大电路、基准电压源和C8051F350组成。基准电压的稳定性直接影响测量精度，所以采用外部基准电压，选用LM4040-2.5V基准电压芯片，具有Max0.1%，100ppm/℃的温度漂移系数，有效提高了测量精度。使用C8051F350内部AD转换，转换后的数据由

5、串口与STM32F103RBT6单片机通信。3.3由STM32F103RBT6完成的显示与控制部分设计LCD12864液晶显示STM32F103SPI连接4~20mA输出电路C8051F350串口数据MAX232电平转换DS1302按键RS232接口STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核。按性能分成两个不同的系列：STM32F103“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品。显示部分选用一款LCD12864

6、液晶屏，采用串行控制，电路简单可靠。用DS1302时钟芯片作为时间参考，并具有后备电池，掉电后时间不停止。仪器具有RS232接口，电平转换芯片选用MAX232,可以与上位机配合使用，同步显示数据，记录数据。4～20mA输出电路由SPI接口连接到STM32F103单片机。3.44～20mA输出电路的设计SPI信号首先经过3个光耦隔离。隔离后的SPI信号送到DA芯片中，DA芯片选用AD5320,AD5320是单通道12位电压输出数模转换器。可用单+2.7V～+5.5V电源工作，片内具有精密的输出放大器使输出可达满电源幅度，AD5320采

7、用灵活的3线串行接口，与标准的SPI接口兼容。DA输出的电压信号经XTR110转换为4～20mA的电流信号。XTR110具有调零和调斜率的引脚，使用非常方便。4程序设计4.1C8051F350程序设计C8051F350的AD配置能16位，采用外部基准电压源，透射值和散射值分别经过两个通道送入单片机中，采集到的数据进行比率运算，然后串口发送出去。C8051F350的串口的波特率配置成9600bps。4.2STM32F103RBT6程序设计STM32F103RBT6采用模块化结构设计，具有校准，采样，图形化记录显示，串行口输出。USAR

8、T2配置成9600bps,接收C8051F350的数据。USART2配置成19200bps，经过MAX232转换成RS232电平，可连接电脑进行显示和记录。当以图形显示测量结果时，X轴为从DS1302读取的时间，Y轴为浊度值，可以翻看