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水質檢測系統設計

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水資源是人類寶貴的财富,水是生命之源,随着經濟的飛速發展,環境問題逐漸出現,水資源受到污染和過度的開發,水的需求量更是大大的增加,為了保護珍貴水源,有必要對地下水進行檢測。

水質檢測系統設計

本系統設計的是基于STM32單片機的地下水檢測系統,該系統能夠完成對地下水溫度和電導率這兩個參數的測量,單片機通過DA以DMA的方式産生正弦波,通過帶通濾波放大電路平緩放大正弦波,經由測量電極傳到AD637有效值轉換晶片,在經過AD7705 測量子產品。然後在單片機中進行資料處理,通過LCD12864顯示子產品進行顯示。

本系統采用單片機等電子元件對地下水進行檢測,單片機為控制核心,該系統對兩個參數溫度和電導實時測量,能夠對某一區域地下水的這兩個參數實時監測,系統總體框圖如圖所示。

水質檢測系統設計

單片機系統電路

STM32F103RCT6單片機是低功耗、32位的高性能微處理器,具有256K的程式存儲器容量,在單晶片上,ARM32位的Cortex-M3 CPU和在系統可程式設計Flash,可以給嵌入式控制應用系統提供靈活度高、效率可觀的解決方案。

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溫度檢測電路

DS18B20溫度傳感器,将采集到的溫度信号通過D18管腳,進入單片機等晶片中進行後續的處理,然後通過顯示子產品顯示出來。

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濾波電路

本系統采用有源濾波電路,該電路可抵制幹擾以及噪聲,以達到提高信号噪聲比例和選則頻率的目的,起到很好的濾波效果,得到很純的低頻信号。

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電導率檢測電路

本系統采用的是電導率電極DJS-1C鉑黑電極,電導率電極使用的材料一般都是鉑,為了減少極化效應,在鍍鉑黑時在鉑表面上鍍了一層蓬松的黑色金屬鉑。多孔的鉑黑可以加大電極的表面積,這樣電流的密度就會變小,極化的效應也會變低,同時降低的還有電容幹擾。

水質檢測系統設計

電導率傳感器從Vin端接收一個正弦波的交流電壓信号,通過鉑黑電極以及待檢測的地下水後,從Vin1口輸出,進入有效值轉換電路,進行後續的處理。

水質檢測系統設計

有效值轉化電路

在本系統中,從電導率傳感器中傳過來的是電壓信号,并且該信号是交流的,那麼是不能直接将這種信号交給單片機處理的,因為單片機在處理這種信号的時候會産生嚴重的誤差,這個誤差是非常緻命的,會導緻測量出的電導率數值相差非常巨大,為了讓這種誤差在所能接受的範圍之内,我們把這個信号通過有效值轉換的方式,變為直流的信号,然後在進入AD中進行處理。

有效值轉換晶片的代表就是AD637,這個晶片最小的輸入信号可以達到0.5mv,測量誤差小于百分之零點零二,紋波系數可以小于正負1%,滿足一般的高精度交直流轉換,AD637性能十分優越,在精确度和靈敏性上都是一流的,任何複雜的波形它都可以計算,AD637不管待測波形,都能提供準确無誤的讀數。

AD637還具有強大的内部構造,有能夠濾波的濾波放大器,還有能夠起到緩沖作用的緩沖放大器,還有能夠做做算的電腦,當信号加在晶片輸入端,信号會被轉換成為單極性的電流,接着逐個激勵有效值的核心部分,核心中的部件會完成信号處理的工作。

水質檢測系統設計

AD轉換電路

AD7705是ADI公司生産的适用于低頻的16位AD轉換器,AD7705可以将輸入的信号直接轉換成串行數字信号輸出出來,AD7705晶片内有可程式設計的放大器,是以可以設定輸入信号增益,AD7705比普通的積分型ADC抗噪聲能力好,這個晶片在工業和過程控制中應用較多。

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顯示電路

本系統用于測量,顯示電路是不可或缺的,顯示屏采用的是12864B液晶顯示屏。12864液晶子產品中有帶字庫,可以顯示字母、中文字型、數字元号和圖形,具有文字畫面以及繪圖混合顯示功能。

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程式設計

本系統采用C語言程式設計語言,在Keil開發環境中運作,軟體是本地下水檢測系統的中樞大腦,軟體可以使硬體完全的運作起來,又可以使其他的幹預效果降低。

程式設計應該采用下面的原則:

1)正當的利用系統的内容。

2)采用結構程式設計,便于調試以及移植修改。

3)提升軟體的抗幹擾能力。

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