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1、毕 业 设 计设计题目：传感器电路设计姓名院系专业年级学号指导教师年 月 日目 录1. 引言12. 溶解氧传感器简介13.信号输入部分电路43.1 电源滤波电路图43.2 信号放大电路53.2.1信号放大电路图53.3 AD623放大器简介63.3.1AD623放大器的特点63.3.2AD623放大器的工作原理64 单片机电路74.1 单片机电源电路图84.2 89LPC925芯片简介84.2.1 P89PLC925芯片主要功能84.2.2 P89PLC925的低功耗选择114.2.3 P89PLC925的极限参数114.2.4 P89PLC925芯片管脚图115.MiniICP下载线的电路连
2、接136.PCB板的绘制137.程序流程148. 总结16参考文献16致谢16传感器电路设计摘 要：溶解氧数字化传感器是应用单片机控制的智能化传感器，它可以对液体中溶解氧的含量进行准确的测量。本设计从总体上介绍了溶解氧数字化传感器的工作原理，着重介绍了电路元器件的选取以及输入信号的放大和P89LPC925芯片的工作原理，利用P89LPC925芯片实现对溶解氧浓度的准确测量。关键词：溶解氧传感器；P89LPC925;AD623The design of the dissolved oxygen sensor (College of Physics and Electronic Engineeri
3、ng, Electrical Engineering and Its Automation,Class2 Grade2003, 0323110235)Abstract: Dissolved oxygen digital sensor is a king of intelligent sensor which use single-chip computer to control, it could measure the oxygen dissolved in liquid accurately. This design introduces the work principle of dis
4、solved oxygen digital sensor, it introduces the selection of the circuit components and amplification of input signals and the work principle of P89LPC925 chip, P89LPC925 chip using the dissolved oxygen concentration on the measurement accuracy.Key Words: dissolved oxygen sensor; P89LPC925; AD6231 引
5、言氧是维持人类生命活动必不可少的物质，它与人类的生存息息相关。氧也是与化学、生化反应、物理现象最密切的一种化学元素，无论是在工业、农业、能源、交通、医疗、生态环境等各个方面都有重要作用。特别是在水产养殖中，水体溶解氧对水中生物如鱼类的生存有着至关重要的影响。缺溶氧（溶解氧低于4mg/L）时将导致水生物窒息死亡；低溶氧导致水生物生长缓慢,增重率低而饵料系数高，对疾病的抵抗能力发病率高,生物的生长受到限制；高溶氧时某些鱼类幼体可能会出现气泡病。因此溶解氧浓度的精确测量显得尤为重要。2 溶解氧传感器简介溶解氧是溶解在水中的分子态氧，该定义是可查资料1-4，随着科技和经济的发展，溶解氧测量已从水介质延
6、伸到了非水液体介质，如丙酮、苯、氯苯、环乙烷、甲醇、正辛烷。分布方式有水平分布和垂直分布两种. 溶解氧的一个来源是水中溶解氧未饱和时，大气中的氧气向水体渗入；另一个来源是水中植物通过光合作用释放出的氧。溶解氧随着温度、气压、盐分的变化而变化，一般说来，温度越高，溶解的盐分越大，水中的溶解氧越低；气压越高，水中的溶解氧越高。 GBZB1-1999地表水环境质量标准中对溶解氧的测量，规定了两种方法，碘量法和电化学探头。碘量法是溶解氧仲裁测量法，准确度高（相对误差2.2%）3，但费时费力。电化学探头法快捷而方便，解决了溶解氧的现场测量问题，是进行水环境监测、水资源调查的理想方法。电流测定法根据分子氧
7、透过薄膜的扩散速率来测定水中溶解氧（DO）的含量。测量时，溶解于电极端头外部被测介质中的氧传递至电极透氧膜外表面，经由透氧膜和内电解质溶液膜中扩散，最后到达电极阴极表面，在适宜的极化电压下发生电化学反应，并产生电极响应电流。溶氧电极的薄膜只能透过气体，透过气体中的氧气扩散到电解液中，立即在阴极（正极）上发生还原反应： O2+2H2O+4e=4OH- (1) 在阳极（负极），如银氯化银电极上发生氧化反应： 4Ag+4Cl- = 4AgCl+4e (2) (1)式和(2)式产生的电流与氧气的浓度成正比，通过测定此电流就可以得到溶解氧（DO）的浓度。电流测定法的测量速度比碘量法要快，操作简便，干扰少
8、（不受水样色度、浊度及化学滴定法中干扰物质的影响），而且能够现场自动连续检测，但是由于它的透氧膜和电极比较容易老化，当水样中含藻类、硫化物、碳酸盐、油类等物质时，会使透氧膜堵塞或损坏，需要注意保护和及时更换，又由于它是依靠电极本身在氧的作用下发生氧化还原反应来测定氧浓度的特性，测定过程中需要消耗氧气，所以在测量过程中样品要不停地搅拌，一般速度要求至少为0.3m/s，且需要定期更换电解液，致使它的测量精度和响应时间都受到扩散因素的限制。本设计用到的溶解氧探头属于Clark电极类型，每隔一段时间要活化，透氧膜也要经常更换。6要使用探头时必须进行校准,校准方法如下：图1 溶解氧浓度值计算原理说明V0
9、 :1000mL水中放入4克亚硫酸钠，此时所测得的电压值。V100:将溶解氧探头放在空气中所测得电压值。K=(V100-V0)/100DO=KVX+V0在102.3kPa大气压下，饱和空气的水中氧的溶解度见表1，不同温度下氧在纯水中的饱和溶解度系数见表2。 温度溶氧量温度溶氧量014.60238.56114.19248.40213.81258.24313.44268.09413.09277.95512.75287.81612.43297.67712.12307.54811.83317.41911.55327.281011.27337.161111.01347.051210.76356.9313
10、10.52366.821410.29376.711510.07386.61169.85396.51179.65406.41189.45416.31199.26426.22209.07436.13218.90446.04228.70455.95表1 102.3kPa大气压下在饱和空气的水中氧的溶解度温度（）溶解度系数（ppm/KPa）温度（）溶解度系数（ppm/KPa）00.6979220.421520.6606240.407240.6267260.392460.5957280.378080.5666300.3667100.5408320.3551120.5169340.3437140.4950
11、360.3341160.4749370.3294180.4554480.3246200.4377400.3150表2不同温度下氧在纯水中的饱和溶解度系数表5 传感器是将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。溶解氧传感器就是将水中溶解氧通过溶解氧探头转化成电流信号，经过并联大电阻将电流转变成电压信号，电压信号通过放大再输入到单片机，经过编程计算，从而得出所测溶解氧的浓度，如图2所示。图2溶解氧传感器简易图近年来，由于半导体技术已进入了超大规模集成化阶段，各种制造工艺和材料性能的研究已达到相当高的水平。这为传感器的发展创造了极为
12、有利的条件。从发展前景来看，它具有固态化、集成化和多功能化、图像化和智能化特点。溶解氧数字化传感器就属于智能化传感器，兼有检测和信息处理功能。73 信号输入部分电路3.1 电源滤波电路图如图3所示，滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端，电解电容具有滤波作用，使脉动直流电压变成相对比较稳定的直流电压。由于电解电容一般具有一定的电感，对高频及脉冲干扰信号不能有效地滤除，故在其两端并联了1uF和0.1uF的电容，以滤除高频及脉冲干扰，值得注意的是连接电路时要把电解电容的极性连接正确。同时为了让低频、高频信号都可以很好的通过，
13、就采用一个1uF大电容并上一个0.1uF小电容的方式。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L 应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。 图3 电源滤波电路3.2 信号放大电路由溶解氧探头所输出的信号为电流信号，经并联的大电阻R6转化为电压信号，仅为1-100mV，电压很小，必须用一个放大电路将所测信号进行放大。3.2.1 信号放大电路图如图4所示，本设计选用AD623放大器，它低功耗，最大575A电源电流且可以单电源工作，只需一只外接电阻就可设置增益，而且它输入阻抗大，对输入信号影响小。C9要用带极性的电解电容，但因所需电容比较小（1uF以下），带极性和不带极性区别不大，所以可以直接用普通电容即可。R6用来将电流信号转化为电压信号，它的取值主要取决于溶解氧探头的测量要求，本设计用1M。由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器C在电源供给的电压升高时，能把部分能量储存起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容C9在下面的电路中起平波的作用，以保证信号输入的精确性。图4 信号输入电路3.3 AD623放大器简介
