專利名稱：用于超聲水處理系統的ph值測定無線傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于工業、農業的液體PH值測定并且可以遠距離傳輸測量數據信息的無線測量傳感裝置。
背景技術：
現階段，我國水環境主要有三個問題洪澇災害、干旱缺水、水污染；其中，尤其以水污染的危害最大。最近這20多年以來，盡管國家已經逐漸認識到水資源是衡量國家經濟發展的一個重要條件，在水污染防治方面出臺了許多的明文法規，但是對水污染的治理和水資源的開發，還缺乏綜合的考慮，存在只顧眼前利益，不顧長遠發展的問題，這也進一步加劇了我國資源環境的矛盾，阻礙了國家正在全力實施可持續發展戰略。相比較于其他發達國家，我國污水處理方面的工作起步較晚，針對工業污水前期處理排放、污水檢測、環境綜合檢測以及相關技術都缺乏完善合理的政策和制度。所以長期以來，一直存在著工業污水亂排亂放、工業污染物得不到有效而合理的良性排放和處理，造成了一定的環境污染和環境破壞，直接影響了工業區周圍以及附近居民的正常生產和生活，也直接危害了人民群眾的身體健康。近年來，國家通過頒布相關法律法規，不斷加強了排污企業的監管力度， 而且在水處理方面投入巨大人力物力，多次組織專家學者進行相關技術研究與開發工作， 并將這些科技成果直接應用于現代企業制造和污水排放等水處理系統工程中；這其中就包括超聲水處理系統。超聲水處理系統是一個集污水檢測、處理、排放和信息傳送等功能為一體的，由現代電子信息通信技術與超聲、無線等多學科相結合的綜合水處理系統。其中，水質檢測是幾乎所有水處理系統的基礎，水處理必須在對水質的各項檢測指標進行檢測的基礎上才能進行。常見檢測指標包括PH值、色度、五日生化需氧量 (B0D5)、化學需氧量(COD)、甲醛、苯胺類、硝基苯類、陰離子表面活性劑(LAS)、揮發酚等。目前針對PH值的檢測，通常是通過PH值傳感器來完成的。常見的PH值傳感器的測量過程利用塑殼PH復合電極傳感器測量水溶液中氫離子濃度，傳感器是由玻璃點集合甘汞(或銀，氯化銀)參比電極組成的電池，可依據能斯特方程產生與溶液PH值相關的電位差。傳感器的電極和PH值儀表相連，實現檢測出來的電位差和溶液PH值之間的轉換。現在市場上流行的許多PH值傳感器都不具備數據無線通信的功能，僅僅只是對水溶液的電極進行測量，并將其轉化為相應PH值。這種傳感器有以下弊端采用人工手動檢測，效率低下；所得數據沒有數字化，且不能快速傳遞，因而不能做到人工智能和自動化。實時檢測PH值的波動情況，并將檢測數據數字化后遠程傳輸到后臺進行及時 處理，從而實現檢測的實時性和高效性，這是新型PH傳感器的設計方向。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種可以自動測量并且將測得數據無線傳輸的液體PH值測量和控制裝置，以解決目前PH值測量傳感器不能實現數據的高效傳輸、后臺實時處理和人工智能化的問題。 整個裝置包括前端PH測量傳感器模塊、放大濾波電路模塊、A/D轉換模塊、單片機控制模塊、直流穩壓電源模塊以及無線收發模塊。PH測量傳感器模塊主要通過前端塑殼PH 復合電極感應器的測量，將所測的電位差傳輸給前置放大電路。PH復合電極由PH玻璃電極和銀_氯化銀參比電極復合而成，外殼是聚碳酸酯壓制而成，它是PH計的測量關鍵元件，用以測量水溶液中氫離子濃度的PH值。放大濾波電路模塊采用儀用放大器INA110，將測得電壓差值進行濾波放大，放大倍數可調，分別為10，100，120，500倍。A/D轉換模塊由單片機控制，將放大后的電壓值進行模數轉換，以便為單片機數據處理和發送。無線收發模塊部分采用多幀數據校驗傳輸，為傳輸模塊預設ID號和發送頻率，將數據以字符形式傳輸，由接收端與PC機串口通信，所測數據由顯示器顯示，進行進一步數據分析和處理。直流穩壓電源模塊為芯片提供電源供電，分別提供+12V、+5V的電壓。系統的工作電壓要求系統主控單元為單片機，需要5V的電壓供電，放大電路芯片為12V供電電壓，供電模塊需要交流變壓器，將交流220V降壓為30V，并由整流穩壓芯片轉化為可用電壓值，所以整體系統的供電模塊可以集成在系統開發板上，也可采用電池供電，簡潔方便。用戶可以根據自己的需要，自行設置輸出的電壓放大倍數，或對傳送數據的無線模塊掃描時間間隔進行編程，從而最大限度地提高了數據收發的效率和數據處理容量。本實用新型的用于超聲水處理系統的PH值測定無線傳感器的有益效果為由于采用PH前端傳感測量和放大倍數手動可調，可以實現PH值的準確、及時測定和處理；采用無線收發技術可遠距離無線傳輸數據；結構簡單，成本低廉，使用方便。
圖1為本實用新型的用于超聲水處理系統的PH值測定無線傳感器的最佳實施例的總體結構圖；圖2為無線收發模塊硬件結構圖；圖3為A/D轉換模塊程序流程圖。
具體實施方式
如圖1、圖2和圖3所示，本實用新型的用于超聲水處理系統的PH值測定無線傳感器包括電源模塊、前端PH值測量傳感器模塊、放大濾波電路模塊、A/D轉換模塊、無線收發模塊和單片機控制模塊。其中電源模塊為這個系統中的所有芯片供電，包括單片機(采用 AT89S52)、A/D轉換模塊(采用ADC0832)、放大濾波電路模塊(采用INAllO儀用放大器)、無線數據收發傳感模塊(采用XL02-232AP1-V1. 2)。前端PH值測量傳感器模塊采集所測溶液的電位差，根據復合電極的內部測量轉換原理，將所測電位差值由放大濾波電路模塊和A/D 轉換模塊處理；放大濾波電路模塊采用INAllO儀用放大器對電位差信號進行100倍與10 倍的放大；A/D轉換模塊采用ADC0832芯片對放大后的信號進行模數轉換，并由單片機控制模塊處理所得數據；單片機控制模塊主要完成對A/D轉換程序的控制和無線模塊之間通信等工作；無線收發模塊主要是實現和位于后臺的上位機(PC)之間的遠距離無線通信功能。如圖2所示，被傳輸數據是傳感器信號經過放大濾波電路后，傳輸到A/D轉換端進行模數轉換，將電壓幅值進行采樣、量化、編碼。編碼后的結果是二進制數，該數據由經過無線收發模塊進行無線傳輸。 單片機模塊的控制程序包括PH值電壓值采集的A/D轉換子程序、串行通信子程序、無線發送子程序三個部分，采用C語言編寫。系統上電后，先對單片機的內部資源進行初始化，包括設置堆棧指針、中斷的禁止及優先級的決定、設置各個定時/計數器的工作方式等；然后對單片機的外部設備進行初始化。初始化之后系統開始工作，首先采樣PH值的電壓，并且進行計算和轉換；用中斷方式將數據從串口上傳，并且由無線模塊發送。其中主程序流程圖如圖3所示。程序設計采用模塊化設計方法，主程序在完成了單片機片內各存儲器、寄存器的初始化和其外部設備的初始化設定之后，其主要功能是控制轉換和發送。由于是即時檢測與控制，通常電壓值波動不是很大，所需傳送的數據量也不是很大，將單片機與上位機的RS-232C串口通信設為中斷方式，從而節省單片機的資源，使之更好的作用于對現場數據的處理上。以上實施例僅為本實用新型其中的一種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求1.用于超聲水處理系統的PH值測定無線傳感器，其包括用于供電的電源模塊和前端 PH值測量傳感器模塊，其特征在于其還包括放大濾波電路模塊，用于將所述前端PH值測量傳感器檢測出的電位信息進行放大濾波處理；A/D轉換模塊，用于將所述前端PH值測量傳感器檢測出的電位信息進行模數轉換；無線收發模塊，用于將所述A/D轉換模塊轉換后的數字信息無線傳輸出去；單片機控制模塊，用于控制前面所述A/D轉換模塊和無線收發模塊。
2.如權利要求1所述的用于超聲水處理系統的PH值測定無線傳感器，其特征在于所述A/D轉換模塊包括可對所述PH值測定無線傳感器采集的模擬信號進行采樣、量化和編碼成八位二進制進行輸出的模數轉換芯片ADC0832。
3.如權利要求1所述的用于超聲水處理系統的PH值測定無線傳感器，其特征在于所述無線收發模塊采用無線傳輸技術實現與后臺上位機之間的數據無線雙工、半雙工通信。
4.如權利要求1所述的用于超聲水處理系統的PH值測定無線傳感器，其特征在于所述放大濾波電路模塊包括放大倍數可手動調制的兩級差分放大集成運放的INAllO儀用放大器。
5.如權利要求4所述的用于超聲水處理系統的PH值測定無線傳感器，其特征在于所述INAllO儀用放大器的放大倍數為10、100、120或500。
6.如權利要求1所述的用于超聲水處理系統的PH值測定無線傳感器，其特征在于所述電源模塊為可提供正12V和正5V電壓的直流穩壓電源。
7.如權利要求1所述的用于超聲水處理系統的PH值測定無線傳感器，其特征在于所述前端PH值測量傳感器模塊包括前端塑殼PH復合電極感應器。
專利摘要本實用新型的用于超聲水處理系統的PH值測定無線傳感器，其包括用于供電的電源模塊和前端PH值測量傳感器模塊，其特征在于其還包括放大濾波電路模塊，用于將所述前端PH值測量傳感器檢測出的電位信息進行放大濾波處理；A/D轉換模塊，用于將所述前端PH值測量傳感器檢測出的電位信息進行模數轉換；無線收發模塊，用于將所述A/D轉換模塊轉換后的數字信息無線傳輸出去；單片機控制模塊，用于控制前面所述A/D轉換模塊和無線收發模塊。本實用新型的用于超聲水處理系統的PH值測定無線傳感器的有益效果為由于采用PH前端傳感測量和放大倍數手動可調，可以實現PH值的準確、及時測定和處理；采用無線收發技術可遠距離無線傳輸數據；結構簡單，成本低廉，使用方便。
文檔編號G01N27/403GK202119753SQ201120228378
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月1日 優先權日2011年7月1日
發明者單鳴雷, 姚澄, 張相映, 張秀平, 朱昌平, 江琴, 蔡昌春, 解大琴, 謝迎娟, 路正蓮, 鄧立華, 陶劍峰, 韓慶邦 申請人:河海大學常州校區