基于单片机的数字式酸浓度仪研究与设计(附件)【字数：10451】
摘 要 在本次设计中整个设计中所用到的原理有电化学原理以及单片机控制原理，在整个设计中使用的主控单元是51系列单片机，通过利用相关的传感器去测量溶液中的酸浓度。在本次论文中进行介绍的主要为酸浓度测量仪的组成与使用，传感器测量酸浓度的基本原理，设计中所进行的温度测量，基本电路系统设计。在本次设计中所用到的传感器对溶液酸浓度的检测原理就是对溶液中氢离子的浓度进行检测。这一传感器的使用实现了化学信号转变为电信号的工作过程，再通过A/D转换模块将相关的模拟信号转变为数字信号，然后再进行信号传输。其中所用到的主控单元为C51系列单片机，这一系列单片机可以完成的功能大致有仪器自动校准、温度补偿、自动测量、数据存储等等。
目 录
第一章 绪论 1
1.1基本框架 1
1.2硬件设计 2
1.3研究内容 2
第二章 酸浓度仪整体系统 3
2.1测量原理 3
2.2三复合带温补电极测量系统 4
2.3酸浓度仪测量电极 4
2.4温度对测量的影响 6
2.5温补电极的温度补偿作用 7
2.6相关国家标准和主要技术指标 8
第三章 酸浓度仪测量系统硬件设计 9
3.1温度传感器 9
3.2时钟模块 10
3.3酸浓度仪传感器电路 11
3.4存储器模块 12
3.5按键模块 12
3.6 51系列单片机串行口控制寄存器SCON 14
3.7通讯接口 15
第四章 酸浓度测试仪软件设计 18
4.1编程与仿真软件 18
4.2软件设计主要内容 18
4.3系统主流程 18
4.4测量子流程 20
4.5通信程序设计 20
4.6实验结果 21
4.7误差分析 23
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
附录A:系统整体电路图 27
附录B:系统程序 28
绪论
随着社会的不断发展，当前 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
有不少的工业行业在进行相关的工业生产前，都需要对在工业生产过程中所用到的工业溶液进行酸浓度检测，如火电、钢铁酸洗等行业。现今对于溶液的酸浓度的检测都是通过对溶液中的电导率进行检测，利用两者之间的关系进行检测，从而得到溶液的酸浓度。其中采用的测量仪器是接触式浓度计。
1.1 基本框架
数字式酸浓度仪的核心技术是电子测量技术。电子测量技术，结合了多种技术的机械测试系统。
在进行实际测量工作时，系统最终的测量结构数据会受到各种各样的环境影响，从而造成数据的差异，由于这些误差是真实存在的，使用对于整个系统的运行都会造成很大的影响。
在本次设计中所使用的电子测量技术，其有着频率范围大，量程大，测量速度快，错误率低等等一系列的优点，在经过了对一系列高新技术进行结合以后，对于整个系统的发展都有着很好的作用。
在本次论文中所使用的技术，充分将电子测量技术和计算机技术的相关优点进行了一定程度的结合，相比于其他测量方式，我们这次所使用的技术能很准确的将需要显示的数据进行显示，在对于数据的储存与记录方面也更容易进行。对于现今飞速发展的社会，这种方式很好的跟随了社会发展潮流，不仅将整个系统的工作效率大大提高，还十分准确地把电子测量技术的优点准确的展现在人们眼前。
在本次论文中，对于整个系统所测量的溶液温度、酸浓度以及实时时间都能通过系统中的显示模块进行显示，并通过按键进行相关的操作。在进行相关测量过程时，传感器测得的数据将化学信号转变为电信号，该电信号在经过了A/D转换器后由模拟信号转变为数字信号，再传输给了单片机，单片机在经过设定好的程序进行相应的反应与相关的操作，将处理好的有关数据信息利用显示模块的显示功能进行显示。课题的系统总体框图如图11所示。
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图11 系统总体框图
1.2 硬件设计
在本次试验中所使用的酸浓度仪，其主要硬件组成大致分有：传感器、单片机、信号调理器、A/D转换器、显示器等。
1）传感器：传感器的主要功能就是将化学信号转别为电信号，也就是我们所说的模拟信号，然后经过模数转换器将模拟信号转换成数字信号，从而单片机可以处理。酸浓度仪系统所需要的温度信号和电压信号。
2）单片机：本次试验的主控单元为c51系列单片机，对相关的数据信号进行系统处理。
3）信号调理器：通过相关放大器将传感器获得的微弱信号进行放大，调整到A/D采样器的输入范围（05V）并消除干扰信号保留有用信号。将其信号调整到A/D采样器的输入范围内，一般来讲，信号的电压在5V以内就能满足要求，并通过滤波电路将电路中信号干扰清除。
4）A/D转换器：将放大器传输过来的原始放大信号进行处理，将模拟信号转变为数字信号。
5）显示器：显示时间、温度以及酸浓度值。
1.3 研究内容
本次论文对于数字式酸浓度仪的基本理论进行了相关研究，本次课题中使用的主控单元为C51系列单片机，用C语言进行相关程序的编写，在Keil uVision2开发环境下进行编写，对于相关软件仿真在Proteus上进行。
第二章 酸浓度仪整体系统
2.1 测量原理
经过大量资料的查阅，我们知道了溶液中的酸浓度值由溶液中的氢离子浓度来决定，对于溶液中的酸浓度的测量其实质就是要利用相关的测量仪器测量溶液中的氢离子浓度，这样一来，就能很好的确定溶液中的酸浓度值。这一方式的基本原理就是相关的化学信号转变为电信号，当这些模拟信号经过了A/D转换模块以后，由模拟信号变成了数字信号，再然后就是将这些数字信号传递给单片机，单片机在对这些信号进行相应的反应与相关的操作，对于一些数据单片机还会及时的进行相应的储存。本次设计中使用的酸浓度测试仪的主要结构为电极和电子单元。对于溶液中的酸度的确定有电位分析法实现。本次试验中所使用的相关数据之间的各种关系根据能斯特（Nernst）方程得到，如式(21)：
目 录
第一章 绪论 1
1.1基本框架 1
1.2硬件设计 2
1.3研究内容 2
第二章 酸浓度仪整体系统 3
2.1测量原理 3
2.2三复合带温补电极测量系统 4
2.3酸浓度仪测量电极 4
2.4温度对测量的影响 6
2.5温补电极的温度补偿作用 7
2.6相关国家标准和主要技术指标 8
第三章 酸浓度仪测量系统硬件设计 9
3.1温度传感器 9
3.2时钟模块 10
3.3酸浓度仪传感器电路 11
3.4存储器模块 12
3.5按键模块 12
3.6 51系列单片机串行口控制寄存器SCON 14
3.7通讯接口 15
第四章 酸浓度测试仪软件设计 18
4.1编程与仿真软件 18
4.2软件设计主要内容 18
4.3系统主流程 18
4.4测量子流程 20
4.5通信程序设计 20
4.6实验结果 21
4.7误差分析 23
结束语 24
致 谢 25
参考文献 26
附录A:系统整体电路图 27
附录B:系统程序 28
绪论
随着社会的不断发展，当前 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
有不少的工业行业在进行相关的工业生产前，都需要对在工业生产过程中所用到的工业溶液进行酸浓度检测，如火电、钢铁酸洗等行业。现今对于溶液的酸浓度的检测都是通过对溶液中的电导率进行检测，利用两者之间的关系进行检测，从而得到溶液的酸浓度。其中采用的测量仪器是接触式浓度计。
1.1 基本框架
数字式酸浓度仪的核心技术是电子测量技术。电子测量技术，结合了多种技术的机械测试系统。
在进行实际测量工作时，系统最终的测量结构数据会受到各种各样的环境影响，从而造成数据的差异，由于这些误差是真实存在的，使用对于整个系统的运行都会造成很大的影响。
在本次设计中所使用的电子测量技术，其有着频率范围大，量程大，测量速度快，错误率低等等一系列的优点，在经过了对一系列高新技术进行结合以后，对于整个系统的发展都有着很好的作用。
在本次论文中所使用的技术，充分将电子测量技术和计算机技术的相关优点进行了一定程度的结合，相比于其他测量方式，我们这次所使用的技术能很准确的将需要显示的数据进行显示，在对于数据的储存与记录方面也更容易进行。对于现今飞速发展的社会，这种方式很好的跟随了社会发展潮流，不仅将整个系统的工作效率大大提高，还十分准确地把电子测量技术的优点准确的展现在人们眼前。
在本次论文中，对于整个系统所测量的溶液温度、酸浓度以及实时时间都能通过系统中的显示模块进行显示，并通过按键进行相关的操作。在进行相关测量过程时，传感器测得的数据将化学信号转变为电信号，该电信号在经过了A/D转换器后由模拟信号转变为数字信号，再传输给了单片机，单片机在经过设定好的程序进行相应的反应与相关的操作，将处理好的有关数据信息利用显示模块的显示功能进行显示。课题的系统总体框图如图11所示。
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图11 系统总体框图
1.2 硬件设计
在本次试验中所使用的酸浓度仪，其主要硬件组成大致分有：传感器、单片机、信号调理器、A/D转换器、显示器等。
1）传感器：传感器的主要功能就是将化学信号转别为电信号，也就是我们所说的模拟信号，然后经过模数转换器将模拟信号转换成数字信号，从而单片机可以处理。酸浓度仪系统所需要的温度信号和电压信号。
2）单片机：本次试验的主控单元为c51系列单片机，对相关的数据信号进行系统处理。
3）信号调理器：通过相关放大器将传感器获得的微弱信号进行放大，调整到A/D采样器的输入范围（05V）并消除干扰信号保留有用信号。将其信号调整到A/D采样器的输入范围内，一般来讲，信号的电压在5V以内就能满足要求，并通过滤波电路将电路中信号干扰清除。
4）A/D转换器：将放大器传输过来的原始放大信号进行处理，将模拟信号转变为数字信号。
5）显示器：显示时间、温度以及酸浓度值。
1.3 研究内容
本次论文对于数字式酸浓度仪的基本理论进行了相关研究，本次课题中使用的主控单元为C51系列单片机，用C语言进行相关程序的编写，在Keil uVision2开发环境下进行编写，对于相关软件仿真在Proteus上进行。
第二章 酸浓度仪整体系统
2.1 测量原理
经过大量资料的查阅，我们知道了溶液中的酸浓度值由溶液中的氢离子浓度来决定，对于溶液中的酸浓度的测量其实质就是要利用相关的测量仪器测量溶液中的氢离子浓度，这样一来，就能很好的确定溶液中的酸浓度值。这一方式的基本原理就是相关的化学信号转变为电信号，当这些模拟信号经过了A/D转换模块以后，由模拟信号变成了数字信号，再然后就是将这些数字信号传递给单片机，单片机在对这些信号进行相应的反应与相关的操作，对于一些数据单片机还会及时的进行相应的储存。本次设计中使用的酸浓度测试仪的主要结构为电极和电子单元。对于溶液中的酸度的确定有电位分析法实现。本次试验中所使用的相关数据之间的各种关系根据能斯特（Nernst）方程得到，如式(21)：
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