【摘 要】文章介紹了溶解氧分析儀的硬件結(jié)構和軟件設計。該儀器由極譜型復膜氧電極傳感器和單片微機系統(tǒng)兩大部分組成，軟件采用模塊式編制，結(jié)構緊湊，操作簡便，性能價格比高，具有廣泛的應用前景。

【關鍵詞】溶解氧 單片機 信號檢測

一、前言

隨著計算機技術的不斷發(fā)展，各種儀表都向著自動化和智能化方向發(fā)展，其主要標志之一就是單片微機的引入。溶解氧分析儀廣泛地應用于自來水廠的水源監(jiān) 測、水產(chǎn)養(yǎng)殖場、城市污水處理廠、環(huán)境保護監(jiān)測部門、大專院校、各工業(yè)及科學研究單位對水體溶解氧的測定。目前的溶解氧分析儀仍然停留在傳統(tǒng)的模擬數(shù)字式，其缺點是智能化水平低、精度低、漂移大、操作復雜。而新研制的溶解氧分析儀采用了先進的單片微機，具有測量精度高，抗干擾能力強，操作簡便，體積小，功耗低等優(yōu)點，同時可檢測液體樣品的溫度。

（一）儀器的結(jié)構和工作原理

1.儀器的結(jié)構組成。溶解氧分析儀（簡稱溶氧儀）由極譜型復膜氧電極傳感器和AT89C52單片微機系統(tǒng)兩大部分組成。結(jié)構框圖如圖1所示。

圖1：結(jié)構圖框

（1）主機系統(tǒng)。選擇單片機AT89C52組成最小系統(tǒng)。AT89C52是一種低功耗、高性能的8位CMO微處理芯片，片內(nèi)有8K字節(jié)的閃速可編程及可擦除只讀存儲器的生產(chǎn)技術，與工業(yè)標準的80C51和80C52 的指令與管腳排列相兼容。片內(nèi)的閃速存儲器允 許在線對程度存儲器重新編程，也可用常規(guī)的固定存儲器編程，接口簡單，非常 適用于智能檢測控制。

（2）電流一 電壓（I-V） 變換電路。I-V變換電路如 圖2所示。在這一 電路中來自氧電極的電流 信號轉(zhuǎn)換電壓信號，并得到放大，同時對電流的溫度系數(shù)進行了補償。

圖2： I-V變換電路

（3）模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。電路轉(zhuǎn)換采用了雙積分型5G14433，它的轉(zhuǎn)換速度為3次/S—10/S，對緩慢變化的溫度和溶解 氧信號的測量最為合適，并且無需采樣保持電路。它有較高的輸入阻抗和較好的抗干擾能力。轉(zhuǎn)換后由輸出的數(shù)字信號接到單片機89C52，采用中斷方式讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，顯示測量的溶解 氧量或是溫度由外部選擇按鍵控制。然后通過模擬控制開關將溶解氧和溫度信號分別不斷地輸入 到 轉(zhuǎn)換器，變成 數(shù)字信號。

二、溶氧儀工作原理

測定氧含量主要有三種方法：自動比色分析和化學分析測量，順磁法測量，電化學法測量。水中溶氧量一般采用電化學法測量。以COS4氧量測量傳感器為例，其中的電極由陰極（常用金和鉑制成）和帶電流的反電極（銀）、無電流的參比電極（銀）組成，電極浸沒在電解質(zhì)如KCl、KOH中，傳感器有隔膜覆蓋，隔膜將電極和電解質(zhì)與被測量的液體分開，因此保護了傳感器，既能防止電解質(zhì)逸出，又可防止外來物質(zhì)的侵入而導致污染和毒化。相反電極和陰極之間施加極化電壓，假如測量元件浸入在有溶解氧的水中，氧會通過隔膜擴散，出現(xiàn)在陰極上（電子過剩）的氧分子就會被還原成氫氧根離子：O2+2H2O+4e-? 4OH-。電化學當量的氯化銀沉淀在反電極上（電子不足）：4Ag+4Cl-? 4AgCl+4e-。 對于每個氧分子，陰極放出4個電子，反電極接受電子，形成電流，電流的大小與被測同污水的氧分壓成正比，該信號連同傳感器上熱電阻測出的溫度信號被送入變 送器，利用傳感器中存儲的含氧量和氧分壓、溫度之間的關系曲線計算出水中的含氧量，然后轉(zhuǎn)化成標準信號輸出。

三、軟件設計

軟件采用模塊化編制，按不同功能有鍵盤、顯示數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)換等模塊。整個系統(tǒng)結(jié)構明、緊湊、程度運行可靠，其主程序和數(shù)據(jù)測量程序。在數(shù)據(jù)測量子程序中，進行若干次含氧量數(shù)據(jù)采集后，進行一次溫度數(shù)據(jù)采集。它可以在測量溶氧量的同時，對溫度變化進行監(jiān)測，及時顯示或打印輸出實時溫度數(shù)據(jù)。

四、技術指標

測量范圍：溶解氧0mg/L～19.99mg/L；溫度-10℃～40℃。

測量精度：溶解氧 士0.3mg/L； 溫度 士 ℃。

響應時間： 小于20S。

儀器穩(wěn)定性： 溶解 氧 的 士0.2mg/L·h。

電源：內(nèi)有：9V可充電蓄 電池。

外形尺寸：200×100×60（長×寬×高/mm）；重 量：2kg。

五、結(jié)束語

本文介紹了智能化溶解氧分析儀的構造和工作原理，給出了其硬件組成和 軟件 設計，非常適合于自來水廠、水產(chǎn)養(yǎng)殖場、城市污水處理廠、環(huán)境保護監(jiān)測 部門、大專院校、各工業(yè)及 科研單位對水體溶解氧的測定經(jīng)實踐證明，本儀器精度高、性 能穩(wěn)定、反應靈敏、響應速度快，成本低廉。

參考文獻：

[1]何立民.MCS一51系列單片機應用系統(tǒng)設計[M]，北京：航空航天大學出版社，2011.

[2]陳奧初.單片機應用系統(tǒng)設計與實驗[M] 北京：航空航天大學出版社，2011.

作者簡介：許光輝（1983.7-），男，安徽淮北人，工業(yè)自動化專業(yè)，大專學歷。目前就職于中糧生物化學（安徽）股份有限公司，擔任儀表主任，研究方向為儀表應用。