基于SOC单片机的pH值检测与控制

ByGrith4

摘要:基于sOC单片机C8051F020设计了pH值的信号放大电路和抗干扰电路,并依据pH值的测量原理nernst方程对pH值进
行校正。针对多因子水环境反应过程中pH值滞后、非线性、时变、耦合性等特点,采用模糊PID控制算法控制电磁阀调节水环
: u5 y+ b0 y7 G! t0 D2 K& R/ }) }8 g9 a境中的pH值,并且将模糊逻辑工具箱与Matlab函数相结合, 在Matlab中Simulink 环境下进行了仿真研究,仿真结果表明模糊
PID参数自调整对于pH值的控制具有良好的控制效果,具有动态性能好,稳态精度高,抗干扰性能好及较强的鲁棒性。
+ ^% p! o% w0 Q( ?关键词:C8051F020;pH值;Nernst方程;抗干扰;模糊PID
- F8 U! O& u" H  a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
. i# s) _( D$ W9 s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
2 k4 W, t6 V4 ^* t环境中一个重要的因子，本文设计了基于SOC单片机
- {6 \( K5 N4 Q* c( u/ T9 e$ B! LC8051F020的pH值的检测电路,并通过控制算法实现了对多
# C$ M1 k0 y) O' f因子水环境中pH值的控制调节。
0 b; e  a4 |+ U+ r1 |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
7 K8 D6 s, l4 {: A4 @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
+ j& V0 c7 N) ~) V; \5 D. k' n. g/ ~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
1 q- h: w3 D  |1 N' N: J中采用了C8051F020提供的12位A/D、D/A,能有满足设计要
1 e) z4 Y# ?; {, c0 @; |3 V) Y( g: ~求。pH检测控制电路框图如图1所示。

' [1 L6 U& g0 d7 n; K1.1 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,
* R$ X( `( f7 r$ w" n$ U要求前置放大器有较高的输人阻抗,设计中选用运放CA3140,
$ G7 ?2 x4 D3 E, h$ R  G- D& `% r% t4 W它具有输人阻抗高低偏置电流、低噪声、高增益等特点,主要用
1 ~0 C+ j- j: P% ]/ t( j6 T) X来完成阻抗匹配降低测量噪声、提高系统稳定性等opH值信号
放大电路如图2所示。
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Racheler

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