本发明专利技术涉及电化学测量领域，提供一种基于微控制器的溶液电导率测量仪表，包含电源供电模块、激励信号发生模块、信号功率放大模块、电导池待测电路、测量信号后端处理模块、测量信号采集模块、温度检测模块、微控制器、扩展接口模块、LCD显示与键盘输入模块，本发明专利技术仪表使用CPU片上flash存储的数据，通过模数转换器生成不同频率和幅度的激励正弦信号，将激励信号通过待测的电导池后可以测量电导池中待测溶液的电导率，同时采集溶液的温度，对测量的电导率进行修正；通过添加模拟选择开关，系统自动寻找正确的档位，提高电导率参数的测量精度以及稳定性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学测量领域，具体涉及一种改进的基于微控制器的溶液电导率测量仪。
技术介绍
随着电化学测量技术的不断发展，以微控制器为中心的应用系统逐步取代模拟和非智能系统。因此，电极式溶液电导率的测量仪表的设计逐步转变到以微控制器为中心的智能系统上来。模拟和非智能电工仪表普遍存在设备模拟电路复杂、容易受到干扰、设备体积大、操作比较繁琐、功能单一等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服传统模拟仪器和非智能设备的不足之处，提出一种基于微控制器的溶液电导率测量仪，该仪表使用CPU片上flash存储的数据，通过模数转换器生成不同频率和幅度的激励正弦信号，将激励信号通过待测的电导池后可以测量电导池中待测溶液的电导率，同时采集溶液的温度，对测量的电导率进行修正；通过添加模拟选择开关，系统自动寻找正确的档位，提高电导率参数的测量精度以及稳定性。本专利技术的目的是通过如下技术措施来实现的：一种基于微控制器的溶液电导率测量仪表，包含电源供电模块、激励信号发生模块、信号功率放大模块、电导池待测电路、测量信号后端处理模块、测量信号采集模块、温度检测模块、微控制器、扩展接口模块、LCD显示与键盘输入模块，所述电导池待测电路由串联的溶液电导电极和分压电阻组成，分压电阻为模拟选择开关；所述微控制器与激励信号发生模块相连，控制产生需要的激励信号；所述激励信号发生模块与信号功率放大模块相连，对直流信号进行过滤，对交流信号进行功率放大；所述信号功率放大模块与电导池待测电路相连，激励信号进入待测的电导池；所述电导池待测电路经测量信号后端处理模块后与测量信号采集模块相连，测量信号后端处理模块对待测信号进行隔离后加入直流分量，便于信号采集模块对信号进行采样；所述测量信号采集模块与微控制器相连；所述温度检测模块设于电导池中，温度检测模块与微控制器相连。在上述技术方案中，所述激励信号发生模块是由一个串行的数模转换器DA转换数据输出，DA通过SPI总线与微控制器相连，微控制器在硬件定时器中断的时候去读取存在片上flash中的数值，这些数值是以512点为一组正弦信号采样点，数模转换器接收到采样点数据以后输出对应的模拟信号；硬件定时器根据配置每个固定的时间T产生一次中断，根据配置使数模转换器输出500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz的激励正弦信号。同时，根据后端测量信号采集模块采样的反馈值，可以调整正弦信号采样点的值的大小，即可以调整输出正弦信号的幅度。在上述技术方案中，因为电导池的阻抗可能比较小，会因为信号的功率不够出现严重衰减的情况。采用功率放大器，能够提供200mA的电流，电压幅度宽，能够支持±4V到±30V。信号功率放大模块的前端采用高通滤波器进行滤波，过滤掉信号发生模块提供的信号中的直流成分，同向输入负反馈，实现电压2倍放大，稳压输出。在信号功率放大模块中，激励信号通过电容C4，再经电阻R3后接地，电阻R3与电容C4串联形成RC电路，对激励信号的直流进行过滤，功率放大器U1型号为OPA551A，功率放大器U1的正向输入脚Pin3接在电阻R3与电容C4之间获取信号源，电阻R4连接U1的输出脚Pin6与反向输入脚Pin2，电阻R2与U1的反向输入脚Pin2连接后接地，即由U1，R4，R2形成一个电压串联负反馈电路，根据电阻R2与R4的值的比例得出放大倍数。在上述技术方案中，激励信号发生模块产生的激励信号会通过待测溶液，待测溶液存在一定的阻抗，所以可以在待测溶液的两端形成电势差，即在电导电极形成电压差；信号功率放大模块输出的电压为稳定电压，如果直接采集待测溶液两端的电压将无法获取到电导率。因此，需要与电阻串联进行分压；电导池的阻抗会根据溶液浓度和温度的变化而变化，所以本设计中采用模拟选择开关连接不同的电阻进行分压。模拟选择开关U2型号为MC74HC4052，微控制器的IO口 PB1.1与PB1.2分别与模拟选择开关U2的控制引脚A 、B相连，通过不同的电平信号使X分别与X0、X1、X2、X3相连，U2的X0、X1、X2、X3又分别与电阻R5、R6、R7、R9相连后接地，如此形成一个4级的自动档位选择器，使电阻R5、R6、R7、R9分别与电导池串联，达到档位切换的目的；测量信号采集模块中的模数转换器ADC_1与模数转换器ADC_2分别采集电导池两端的电压，根据ADC_1与ADC_2采集的电压分析，使用微控制器的PB1.1和PB1.2调整模拟选择开关U2的档位，使得分压电阻的阻抗与电导池的阻抗相匹配。在上述技术方案中，测量信号采集模块对待测溶液的两端进行数字采样。采样前，测量信号后端处理模块对待测信号进行隔离后加入直流分量，便于测量信号采集模块对信号进行采样，采样结果一方面获取激励信号的样本值，另外一方面获取测量信号的样本值；对激励信号的样本值进行分析，可以确认激励信号是否满足要求，根据反馈对激励信号发生模块的数据进行调整；对测量信号样本值的分析，可以确认当前的档位是否合适，然后通过微控制器控制A 、B引脚对MC74HC4052AD的模拟选择开关进行切换，进一步确定合适的档位；综合分析激励信号和测量信号，可以分析出系统的状态，比如电极是否激化、电极是否在位等。在上述技术方案中，电导池中还设置有温度检测模块，温度检测模块与微控制器相连。利用温度传感器采集待测溶液的温度，对测量的电导率进行修正。在上述技术方案中,本专利技术的电导率测量仪还具有LCD显示、功能按键输入、过量程提醒、USB和串口扩展通信口等功能；当按照说明要求把测量溶液放入到待测的电路中，按开始键，系统开始对待测溶液的电导率进行测量，最后将测量的中间变量、电导率、温度等参数显示在LCD上面；如果测量仪器发现现在测量的参数出现异常，比如：电极连接故障、电极极化、过测量量程等，则根据预置条件显示当前异常的原因。在上述技术方案中，电源供电模块由外部提供直流9V的电源，经过DC-DC转换之后，分别输出±5V、3.3V的电压，为各个模块提供工作电源。在上述技术方案中，所述微控制器采用STM32F407处理器。软件程序启动以后，会对片上的flash中的数据进行检测，如果flash没有存数据，则通过sin(x)计算 一个周期的正弦信号采样点的值，并且存储在片上的flash中；接下来初始化硬件的定时器，在定时器中断处理函数中，将flash中存储的采样点数据通过SPI总线传送给激励信号发生模块的数模转换模块，即可以产生正弦激励信号；系统同步会对电导池待测电路中待测溶液进行数据采样，线程会把采集的数据发送到DSP中做FFT运算，分析正弦信号的完成性、当前档位是否合适、电极是否正常；将输出激励信号的幅度，以及测量的档位调整合适以后，使用不同频率的激励信号获取采样值；将4组样本值和当前溶液的温度传递给数据运算模块，最后计算出正确的电导率；结果计算成功以后，将数据的电导率、阻抗、等效电容、温度、当前的档位显示在LCD上面，并且可以将上述的参数通过USB或者串口发送给电脑主机；如果测量过程中，发现数据出现异常，则会根据预置的条件显示异常原因，提示操作人员进行修正。传统的电桥法测量设备直接使用模拟电路采集和运算，并且指针指示结果，需要手动调节电桥、档位需要人工调节、设备体积较大、结果可读性比较差。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于微控制器的溶液电导率测量仪表，其特征是：包含电源供电模块、激励信号发生模块、信号功率放大模块、电导池待测电路、测量信号后端处理模块、测量信号采集模块、温度检测模块、微控制器、扩展接口模块、LCD显示与键盘输入模块，所述电导池待测电路由串联的溶液电导电极和分压电阻组成，分压电阻为模拟选择开关；所述微控制器与激励信号发生模块相连，控制产生需要的激励信号；所述激励信号发生模块与信号功率放大模块相连，对直流信号进行过滤，对交流信号进行功率放大；所述信号功率放大模块与电导池待测电路相连，激励信号进入待测的电导池；所述电导池待测电路经测量信号后端处理模块后与测量信号采集模块相连，测量信号后端处理模块对待测信号进行隔离后加入直流分量，便于测量信号采集模块对信号进行采样；所述测量信号采集模块与微控制器相连；所述温度检测模块设于电导池中，温度检测模块与微控制器相连。
【技术特征摘要】
1.一种基于微控制器的溶液电导率测量仪表，其特征是：包含电源供电模块、激励信号发生模块、信号功率放大模块、电导池待测电路、测量信号后端处理模块、测量信号采集模块、温度检测模块、微控制器、扩展接口模块、LCD显示与键盘输入模块，所述电导池待测电路由串联的溶液电导电极和分压电阻组成，分压电阻为模拟选择开关；所述微控制器与激励信号发生模块相连，控制产生需要的激励信号；所述激励信号发生模块与信号功率放大模块相连，对直流信号进行过滤，对交流信号进行功率放大；所述信号功率放大模块与电导池待测电路相连，激励信号进入待测的电导池；所述电导池待测电路经测量信号后端处理模块后与测量信号采集模块相连，测量信号后端处理模块对待测信号进行隔离后加入直流分量，便于测量信号采集模块对信号进行采样；所述测量信号采集模块与微控制器相连；所述温度检测模块设于电导池中，温度检测模块与微控制器相连。2.根据权利要求1所述的基于微控制器的溶液电导率测量仪表，其特征是：所述激励信号发生模块是由一个串行的数模转换器DA转换数据输出，DA通过SPI总线与微控制器相连，微控制器在硬件定时器中断的时候去读取存在片上flash中的数值，这些数值是以512点为一组正弦信号采样点，数模转换器DA接收到采样点数据以后输出对应的模拟信号；硬件定时器根据配置每个固定的时间T产生一次中断，根据配置使数模转换器DA输出500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz的激励正弦信号。3.根据权利要求1所述的基于微控制器的...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈力，何川，
申请(专利权)人：武汉诚迈科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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