基于SOC单片机的pH值检测与控制

　　0 引言

　　随着科技的进步和工农业生产的发展，水产养殖这一传统的行业也在向工厂化和智能化方向发展。水质监控仪器的设计是实现工厂化水产养殖的关键设备。其中pH 值就是多因子水环境中一个重要的因子，本文设计了基于SOC 单片机C8051F020 的pH 值的检测电路，并通过控制算法实现了对多因子水环境中pH 值的控制调节。

　　1 硬件电路设计和pH 测量原理

　　本设计采用高速SOC 单片机C8051F020 既能提高仪表可靠性又能提高系统性能。C8051F020是集成的混合信号片上系统，具有与MCS-51内核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有标准8051 的数字外设部件之外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其它数字外设及功能部件。设计中采用了C8051F020 提供的12 位A/D、D/A，能有满足设计要求。pH 检测控制电路框图如图1 所示。

　　图 1 pH 检测控制电路的框图

　　1.1 pH值信号放大电路设计

　　设计中采用pH复合玻璃电极，由于pH测量电极内阻大，要求前置放大器有较高的输入阻抗，设计中选用运放CA3140，它具有输入阻抗高、低偏置电流、低噪声、高增益等特点，主要用来完成阻抗匹配、降低测量噪声、提高系统稳定性等。pH值信号放大电路如图2所示。

　　图2 pH值信号放大电路

　　1.2 pH值信号放大电路抗干扰设计

　　由于信号调理电路很容易受到其他信号的干扰，主要表现为工频干扰，不仅仅是50Hz，50Hz的整数倍谐波频率的干扰也不能忽视，其幅值比50Hz的干扰小。另外，50Hz工频干扰漂移的存在使得包括这个范围的频率都应视为工频干扰。对于谐波的干扰可通过低通滤波器去掉，而要去掉49.5～50.5Hz的干扰则需要设计出性能好的陷波器。下面是笔者在pH值信号抗干扰电路中所设计的陷波电路，电路图如图3所示。