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1、本科生课程设计（论文）目录第 1 章 绪论 .11.1 溶氧概述 .11.2 溶解氧测定仪的工作原理 .11.3 设计目的 .2第 2 章 方案论证 .32.1 概述 .32.2 方案的选择 .3第 3 章 硬件电路设计 .53.1 模拟通道的设计 .53.1.1 传感器的选型 .53.1.2 仪表放大器选型 .53.1.3 A/D 转换器的选型 .63.2 后向通道的设计 .73.2.1 单片机的选型 .73.2.2 时钟芯片的选择 .73.2.3 液晶显示器 .83.2.4 报警电路 .93.2.5 键盘电路 .93.2.6 输出电路 .103.3 总体设计电路 .11第 4 章 软件设计
2、 .12第 5 章 总结 .13参考文献 .14附录.15 本科生课程设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 溶氧概述近年来，随着科学技术的不断发展，越来越多的人开始意识到监测水中溶氧的必要性和重要性。尤其是大中型发电厂、水处理厂、油田及环保等单位，为确保水质，保证设备长期正常运行，必须严格地监测和控制所用水中的溶解氧含量。目 前，普遍采用专用仪器（溶氧仪）代替化学法测定溶解氧含量。溶氧仪主要由主机和传感器( 电极) 构成。传感器主要有两种，即原电池式“DO”电极和极谱式复膜电极。原电池式“DO”电极由于消耗电极材料、精度低、寿命短而逐渐被淘汰。而极谱式复膜电 极以其受干扰小、使用寿命长、便于储
3、存等优点被大量应用在 DO测量上。目前，国内也生产极谱式电极溶氧仪，但存在准确度差、稳定性差、定标复杂、各种补偿功能不足的缺点。国外的溶氧仪虽然精度高，但其价格昂贵，维护困难，难以满足国内的需求。溶解氧（DO）是指溶解于水中的氧的含量，它以每升水中氧气的毫克数表示。溶解在水中的氧称为溶解氧，溶解氧以分子状态存在于水中。水中溶解氧量是水质重要指标之一，也是水体净化的重要因素之一，溶解氧高有利于对水体中各类污染物的降解，从而使水体较快得以净化；反之，溶解氧低，水体中污染物降解较缓慢。水中溶解氧含量受到两种作用的影响：一种是使 DO 下降的耗氧作甩，包括好氧有机物降解的耗氧，生物呼吸耗氧；另一种是使
4、 DO 增加的复氧作用，主要有空气中氧的溶解，水生植物的光合作用等。这两种作用的相互消长，使水中溶解氧含量呈现出时空变化。水被有机物污染后，由于好氧菌作用使其氧化，消耗掉溶解氧。如果得不到空气中氧的及时补充，那么水的溶解氧就减少，最终导致水体变质。所以把溶解氧作为水质污染程度的一项指标。溶解氧越少，表明污染程度越严重。1.2 溶解氧测定仪的工作原理测量水中溶解氧含量的仪表属于电流式分析仪器，电流式分析仪的传感器能够把被分析物质浓度的变化转换成电流信号的变化。按工作原理的不同，又可分为原本科生课程设计（论文）2电池式和极普式。常见的溶解氧测定仪多采用隔膜电极作换能器，将溶氧浓度（实际上是氧分压）
5、转换成电信号，再经放大、调整（包括盐度、温度补偿） ，模数转换显示。测定溶解氧实用的膜电极有两种类型：极谱型（Polarography）和原电池型（Galvanic Cell） 。 极谱型（Polarography）：电极中，由黄金（ Au）环或铂（Pt）金环作阴极；银-氯化银（或汞-氯化亚汞）作阳极。电解液为氯化钾溶液。阴极外表面覆盖一层透氧薄膜。薄膜可采用聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、硅橡胶等透气材料。阴阳两电极之间外加 0.51.5V 的极化电压。有的极化电压为 0.7 伏。当溶解氧透过薄膜到达黄金阴极表面，在电极上发生如下反应：阴极被还原：O2+2H2O+4e 4OH；阳极被氧化： 4
6、Cl+4Ag-4e4AgCl 。1.3 设计目的国内生产的极谱式电极溶氧仪存在准确度差、稳定性差、定标复杂、各种补偿功能不足的缺点。国外的溶氧仪虽然精度高，但其价格昂贵，维护困难，难以满足国内的需求。因此，设计了基于 AT89C51 微控制器的智能在线溶解氧分析仪，该系统具有低功耗、精确度高、稳定 性好、存储量大等特点。本科生课程设计（论文）3第 2 章 方案论证2.1 概述智能溶解氧测定仪采用超低功耗单片机测量和控制，功耗低，可靠性高，可实现智能化测量，采用极谱法测量， 采用微处理技术，操作简单。有四个按键可以实现相应参数的设置，采用液晶显示，可以实现当前 DO 含量、水温和系统时间的显示。
7、2.2 方案的选择 图 2.1 是智能水中溶氧测定仪的基本组成方框。主要由温度传感器、溶氧传感器、放大器、A/D 转换器、单片机控制、液晶显示器，电源等组成。温度传感器是把温度转换成电压（或电流）的器件，温度传感器输出电压的大小随温度的高低变化而变化，电压值的变化范围从几个微伏到几个毫伏。不同的温度传感器，输出电压的范围也差别很大。放大器的主要功能是把微弱的温度电压信号放大到（02）伏或（05）伏的范围内，以便进行 A/D 转换。A/D 转换器把放大后的模拟温度电压信号转换成对应的数字温度电压信号。单片机 AT89C51 是智能温度计的控制核心，一方面控制 A/D 转换器实现模拟信号到数字信号
8、的转换，另一方面将采集到的数字温度电压值，经过计算处理，得到相应的温度值，送到液晶显示器以数字形式显示测量的温度。液晶显示器用于显示测量温度，水中氧含量的结果和系统时间。当DO 含量低于设定标准值时，能够进行声光报警。温度传感器 单 片机89c51液晶显示器仪表放大器 A/D转换器电 源氧传感器 仪表放大器报警电路键盘本科生课程设计（论文）4图 2.1 智能水中溶氧测定仪的基本组成方框图本设计也可以直接选用输出为数字量的温度度传感去和氧传感器，但是由于其造价太高，所以选用以上设计方案。本科生课程设计（论文）5第 3 章 硬件电路设计智能在线溶氧仪的设计以低功耗 8 位控制器 AT89C51 为核心，可分为八个部分：微控制器、氧传感器、温度传感器、信号处理及 A/D 转换、键盘显示电路、报警
