溶液濃度檢測儀

蔣永陽

目前，基于對環境保護、消防安全等因素的考慮，許多液體、氣體、固體的各種特性參數，諸如濃度、密度、溫度等都需實時監控，因此設計出能快速、準確、便捷地檢測各種特性參數的智能檢測儀具有廣泛的實用意義。

對于有色溶液，溶液的濃度與透光率密切相關，當溶液濃度增大時，溶液透光率降低；反之，溶液透光率則增高。

基于有色溶液的這一特性，我用光敏電阻作為傳感器、單片機為處理核心，設計了溶液濃度檢測儀。

一、設計思路

根據光電檢測原理和光在通過有色溶液時發生折射、散射、反射、吸收等特性，不同濃度的有色溶液透射光通量（與入射溶液試樣的光通量之比即為透光率，在此設定入射光通量為100）不一樣，采用光敏電阻傳感器檢測透射光通量，將傳感器產生的電信號通過A/D轉換芯片（PCF8591）轉換為數字信號，傳送給STC89C52RC單片機處理，計算檢測溶液濃度，最后將檢測結果呈現在顯示屏上。

二、軟硬件設計

有色溶液濃度檢測儀以單片機為控制核心，采用光敏電阻作為傳感器檢測透射光通量（透光率），經A/D轉換將電壓信號轉換成數字信號，由單片機處理，最終在顯示屏上顯示檢測結果。檢測系統組成框圖如圖1所示。根據圖1設計整體電路。

1.單片機選型

考慮到液晶彩屏顯示、鍵盤輸入等模塊所需的輸入、輸出端口較多但程序量不大的特點，本檢測儀采用STC89C52RC單片機作為系統處理核心，芯片有32個輸入、輸出端口，8KB存儲空間。該單片機具有較高的處理速度，能更容易、快速地處理復雜的數字信號，非常適合本檢測儀的應用環境。

2.檢測模塊設計

檢測模塊主要包括光敏電阻傳感器、A/D轉換芯片等元器件。

光敏電阻型號為T5516，屬環氧樹脂封裝。當入射光增強時，光敏電阻阻值下降，導電能力增強，使電路中的電流增強，反之，光敏電阻阻值增加，電路中的電流減小，這種特性極易使其實現光電轉換。

光敏電阻屬于半導體光敏器件，還具有靈敏度高、響應速度快等特點。選用光敏電阻作為檢測模塊的傳感元件，檢測透射光通量非常合適。

光敏電阻獲取光通量信號后，產生一個隨著光通量變化的模擬電壓信號（電壓范圍0V至5V），并將模擬信號送入一個8位的PCF8591芯片（輸出范圍0V至255V）進行A/D轉換。8位PCF8591轉換芯片將模擬電壓信號數字化，并將5V電壓進行255等分，將輸入電壓對應的數字電壓量輸出并送入單片機。

3.輸入輸出模塊設計

輸入輸出模塊主要包括鍵盤輸入、LCD顯示輸出、報警輸出等。在鍵盤輸入模塊中，考慮按鍵較多，采用矩陣鍵盤方式，可對系統時間進行設定、報警濃度閥值設置、檢測啟停等進行輸入。

LCD顯示輸出模塊采用2.4寸TFT彩屏顯示，實現年、月、日、星期、濃度、透光率等信息的彩色輸出。報警輸出模塊采用蜂鳴器提醒方式，當檢測濃度超過設定的濃度閥值時，報警模塊會得到相應的信號，實現濃度報警。

整體的硬件系統圖如圖2所示。

4.軟件設計

本檢測儀在Keil環境下，用C語言對系統軟件進行模塊化設計，主要包括A/D轉換、溶液濃度檢測、顯示、時鐘、報警以及按鍵等，并與Protues仿真軟件聯合調試。主程序初始化程序框圖和主循環函數運行程序框圖如圖3和圖4所示。

三、試驗過程

1.試驗材料與方法

試驗需要墨水、純凈水、滴管、試管、標簽貼紙若干。按不同比例用墨水和純凈水調配出不同濃度的溶液，裝入試管并貼上標簽，打開透光率檢查系統，完成初始化后，將裝有溶液的試管放進密閉的檢測箱內，開始檢測溶液濃度。

2.試驗結果分析

試驗結果如圖5所示，通過曲線擬合，曲線方程為：y=-1.005x+99.852，決定系數R2=0.9998，試驗所得的透光率與溶液濃度基本成線性關系，從而可以用透光率表示溶液濃度。

四、結論

該檢測儀利用單片機控制，自動化程度高，試驗結果表明，溶液濃度和透光率的線性相關性好，通過檢測有色溶液透光率而快速、準確地檢測溶液濃度，對溶液濃度的實時監控具有重要意義。

同時，文中介紹的檢測模塊設計方法，對不同類型的單片機控制系統設計開發、不同液體濃度檢測有著指導意義。（指導老師：張茂志）

目前，基于對環境保護、消防安全等因素的考慮，許多液體、氣體、固體的各種特性參數，諸如濃度、密度、溫度等都需實時監控，因此設計出能快速、準確、便捷地檢測各種特性參數的智能檢測儀具有廣泛的實用意義。

對于有色溶液，溶液的濃度與透光率密切相關，當溶液濃度增大時，溶液透光率降低；反之，溶液透光率則增高。

基于有色溶液的這一特性，我用光敏電阻作為傳感器、單片機為處理核心，設計了溶液濃度檢測儀。

一、設計思路

根據光電檢測原理和光在通過有色溶液時發生折射、散射、反射、吸收等特性，不同濃度的有色溶液透射光通量（與入射溶液試樣的光通量之比即為透光率，在此設定入射光通量為100）不一樣，采用光敏電阻傳感器檢測透射光通量，將傳感器產生的電信號通過A/D轉換芯片（PCF8591）轉換為數字信號，傳送給STC89C52RC單片機處理，計算檢測溶液濃度，最后將檢測結果呈現在顯示屏上。

二、軟硬件設計

有色溶液濃度檢測儀以單片機為控制核心，采用光敏電阻作為傳感器檢測透射光通量（透光率），經A/D轉換將電壓信號轉換成數字信號，由單片機處理，最終在顯示屏上顯示檢測結果。檢測系統組成框圖如圖1所示。根據圖1設計整體電路。

1.單片機選型

考慮到液晶彩屏顯示、鍵盤輸入等模塊所需的輸入、輸出端口較多但程序量不大的特點，本檢測儀采用STC89C52RC單片機作為系統處理核心，芯片有32個輸入、輸出端口，8KB存儲空間。該單片機具有較高的處理速度，能更容易、快速地處理復雜的數字信號，非常適合本檢測儀的應用環境。

2.檢測模塊設計

檢測模塊主要包括光敏電阻傳感器、A/D轉換芯片等元器件。

光敏電阻型號為T5516，屬環氧樹脂封裝。當入射光增強時，光敏電阻阻值下降，導電能力增強，使電路中的電流增強，反之，光敏電阻阻值增加，電路中的電流減小，這種特性極易使其實現光電轉換。

光敏電阻屬于半導體光敏器件，還具有靈敏度高、響應速度快等特點。選用光敏電阻作為檢測模塊的傳感元件，檢測透射光通量非常合適。

光敏電阻獲取光通量信號后，產生一個隨著光通量變化的模擬電壓信號（電壓范圍0V至5V），并將模擬信號送入一個8位的PCF8591芯片（輸出范圍0V至255V）進行A/D轉換。8位PCF8591轉換芯片將模擬電壓信號數字化，并將5V電壓進行255等分，將輸入電壓對應的數字電壓量輸出并送入單片機。

3.輸入輸出模塊設計

輸入輸出模塊主要包括鍵盤輸入、LCD顯示輸出、報警輸出等。在鍵盤輸入模塊中，考慮按鍵較多，采用矩陣鍵盤方式，可對系統時間進行設定、報警濃度閥值設置、檢測啟停等進行輸入。

LCD顯示輸出模塊采用2.4寸TFT彩屏顯示，實現年、月、日、星期、濃度、透光率等信息的彩色輸出。報警輸出模塊采用蜂鳴器提醒方式，當檢測濃度超過設定的濃度閥值時，報警模塊會得到相應的信號，實現濃度報警。

整體的硬件系統圖如圖2所示。

4.軟件設計

本檢測儀在Keil環境下，用C語言對系統軟件進行模塊化設計，主要包括A/D轉換、溶液濃度檢測、顯示、時鐘、報警以及按鍵等，并與Protues仿真軟件聯合調試。主程序初始化程序框圖和主循環函數運行程序框圖如圖3和圖4所示。

三、試驗過程

1.試驗材料與方法

試驗需要墨水、純凈水、滴管、試管、標簽貼紙若干。按不同比例用墨水和純凈水調配出不同濃度的溶液，裝入試管并貼上標簽，打開透光率檢查系統，完成初始化后，將裝有溶液的試管放進密閉的檢測箱內，開始檢測溶液濃度。

2.試驗結果分析

試驗結果如圖5所示，通過曲線擬合，曲線方程為：y=-1.005x+99.852，決定系數R2=0.9998，試驗所得的透光率與溶液濃度基本成線性關系，從而可以用透光率表示溶液濃度。

四、結論

該檢測儀利用單片機控制，自動化程度高，試驗結果表明，溶液濃度和透光率的線性相關性好，通過檢測有色溶液透光率而快速、準確地檢測溶液濃度，對溶液濃度的實時監控具有重要意義。

同時，文中介紹的檢測模塊設計方法，對不同類型的單片機控制系統設計開發、不同液體濃度檢測有著指導意義。（指導老師：張茂志）

目前，基于對環境保護、消防安全等因素的考慮，許多液體、氣體、固體的各種特性參數，諸如濃度、密度、溫度等都需實時監控，因此設計出能快速、準確、便捷地檢測各種特性參數的智能檢測儀具有廣泛的實用意義。

對于有色溶液，溶液的濃度與透光率密切相關，當溶液濃度增大時，溶液透光率降低；反之，溶液透光率則增高。

基于有色溶液的這一特性，我用光敏電阻作為傳感器、單片機為處理核心，設計了溶液濃度檢測儀。

一、設計思路

根據光電檢測原理和光在通過有色溶液時發生折射、散射、反射、吸收等特性，不同濃度的有色溶液透射光通量（與入射溶液試樣的光通量之比即為透光率，在此設定入射光通量為100）不一樣，采用光敏電阻傳感器檢測透射光通量，將傳感器產生的電信號通過A/D轉換芯片（PCF8591）轉換為數字信號，傳送給STC89C52RC單片機處理，計算檢測溶液濃度，最后將檢測結果呈現在顯示屏上。

二、軟硬件設計

有色溶液濃度檢測儀以單片機為控制核心，采用光敏電阻作為傳感器檢測透射光通量（透光率），經A/D轉換將電壓信號轉換成數字信號，由單片機處理，最終在顯示屏上顯示檢測結果。檢測系統組成框圖如圖1所示。根據圖1設計整體電路。

1.單片機選型

考慮到液晶彩屏顯示、鍵盤輸入等模塊所需的輸入、輸出端口較多但程序量不大的特點，本檢測儀采用STC89C52RC單片機作為系統處理核心，芯片有32個輸入、輸出端口，8KB存儲空間。該單片機具有較高的處理速度，能更容易、快速地處理復雜的數字信號，非常適合本檢測儀的應用環境。

2.檢測模塊設計

檢測模塊主要包括光敏電阻傳感器、A/D轉換芯片等元器件。

光敏電阻型號為T5516，屬環氧樹脂封裝。當入射光增強時，光敏電阻阻值下降，導電能力增強，使電路中的電流增強，反之，光敏電阻阻值增加，電路中的電流減小，這種特性極易使其實現光電轉換。

光敏電阻屬于半導體光敏器件，還具有靈敏度高、響應速度快等特點。選用光敏電阻作為檢測模塊的傳感元件，檢測透射光通量非常合適。

光敏電阻獲取光通量信號后，產生一個隨著光通量變化的模擬電壓信號（電壓范圍0V至5V），并將模擬信號送入一個8位的PCF8591芯片（輸出范圍0V至255V）進行A/D轉換。8位PCF8591轉換芯片將模擬電壓信號數字化，并將5V電壓進行255等分，將輸入電壓對應的數字電壓量輸出并送入單片機。

3.輸入輸出模塊設計

輸入輸出模塊主要包括鍵盤輸入、LCD顯示輸出、報警輸出等。在鍵盤輸入模塊中，考慮按鍵較多，采用矩陣鍵盤方式，可對系統時間進行設定、報警濃度閥值設置、檢測啟停等進行輸入。

LCD顯示輸出模塊采用2.4寸TFT彩屏顯示，實現年、月、日、星期、濃度、透光率等信息的彩色輸出。報警輸出模塊采用蜂鳴器提醒方式，當檢測濃度超過設定的濃度閥值時，報警模塊會得到相應的信號，實現濃度報警。

整體的硬件系統圖如圖2所示。

4.軟件設計

本檢測儀在Keil環境下，用C語言對系統軟件進行模塊化設計，主要包括A/D轉換、溶液濃度檢測、顯示、時鐘、報警以及按鍵等，并與Protues仿真軟件聯合調試。主程序初始化程序框圖和主循環函數運行程序框圖如圖3和圖4所示。

三、試驗過程

1.試驗材料與方法

試驗需要墨水、純凈水、滴管、試管、標簽貼紙若干。按不同比例用墨水和純凈水調配出不同濃度的溶液，裝入試管并貼上標簽，打開透光率檢查系統，完成初始化后，將裝有溶液的試管放進密閉的檢測箱內，開始檢測溶液濃度。

2.試驗結果分析

試驗結果如圖5所示，通過曲線擬合，曲線方程為：y=-1.005x+99.852，決定系數R2=0.9998，試驗所得的透光率與溶液濃度基本成線性關系，從而可以用透光率表示溶液濃度。

四、結論

該檢測儀利用單片機控制，自動化程度高，試驗結果表明，溶液濃度和透光率的線性相關性好，通過檢測有色溶液透光率而快速、準確地檢測溶液濃度，對溶液濃度的實時監控具有重要意義。

同時，文中介紹的檢測模塊設計方法，對不同類型的單片機控制系統設計開發、不同液體濃度檢測有著指導意義。（指導老師：張茂志）