CN103245758B - 环境监测仪器及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种监测仪器及其方法，包括前端输入模块、温度电路模块、电子开关、模数转换器、处理器、控制继电器、显示模块、输出模块，前端输入模块包括氧化还原ORP/PH电压信号单元以及温度电阻信号输入模块，其将感测器送来的信号经滤波器去噪，再送入放大器处理输出，此时输出变成低阻抗；电子开关用于来切换前端输入模块输出的信号并输入到后级电路；控制继电器在当输入值超过设定的上下限时，直接由处理器来控制通断；将PH、电导度、溶解氧仪器做一模块化设计，单片机软件计算代替模拟电路硬件生成，其硬体部分差异很小，研发、生产成本相应减少。
Description
技术领域
本发明涉及到一种环境监测仪器及其方法，属于电子检测处理领域。
背景技术
随着工商业的发展，人类的生活水准逐步提高，然在享受及依赖科技文明产物的同时，却也造成自然生态环境的失衡与公害污染危害生活环境的代价。随着中国工业化进程的发展，对如何保护好环境引起越来越多人的重视，各种新的环境测量仪器应运而生，各仪器生产厂家也加大对研发新产品的投入，以求开发出更加人性化、精度更高的检测仪器，在这之中以PH、电导度、溶解氧应用广泛而优为突出，从机身笨拙转向小巧、流线型，从模拟电路以放大器、电子开关为核心研发、硬件生成各种测量、控制信号到以数字电路为重点、配以单片机控制软件产生各种测量、控制信号的改变；本发明也是基于以上由模拟电路转换为数字电路过程中，对PH、电导度、溶解氧仪器做一模块化设计(单片机软件计算代替模拟电路硬件生成)，思路明确、可实现性强。
发明内容
本发明目的在于提供一种对PH、电导度、溶解氧仪器做一模块化设计的环境监测仪器，简化了电路，简易了操作，节约了成本。
本发明通过如下技术方案实现：
一种监测仪器，包括前端输入模块、温度电路模块、电子开关、模数转换器、处理器、控制继电器、显示模块、输出模块，其特征在于：
所述前端输入模块包括氧化还原ORP/PH电压信号单元以及温度电阻信号输入模块，其将感测器送来的信号经滤波器去噪，再送入放大器处理输出，此时输出变成低阻抗；
所述电子开关用于来切换前端输入模块输出的信号并输入到后级电路；
所述控制继电器在当输入值超过设定的上下限时，直接由处理器来控制通断；
所述显示模块包括显示驱动和显示单元；
所述输出模块包括光电隔离电流输出、数模转换器单元以及输出单元，利用光耦合的数字信号隔离2种不同的地和电源，输出单元是一个电压/电流转换的电路。
一种测量环境的方法，其特征在于使用权利要求1～7中任一个所述的仪器。
本发明还提供了：
温度电路模块使用电阻分压电路，利用2.5V直流电压与温度电阻分压所得电压，反推求得待测溶液的温度。
所述模数转换器采用芯片CS5529，搭配电子开关IC4053，分别来读取氧化还原ORP以及温度电阻信号输入模块的模拟信号，转成数字信号后再送至CPU。
所述处理器使用MSP430F149。
所述显示模块采用LCD作为显示单元，该LCD有4个COM脚，4个COM脚在不同的时间下其各个电压准位不同，在不同的时间下可决定让LCD亮或不亮。
所述控制继电器采用两颗继电器，每颗继电器使用2颗晶体管来驱动，第一晶体管在开启时，让继电器不动作，第二晶体管用于继电器驱动；
所述输出模块光电隔离电流输出采用4-20mA光电隔离电流输出，所述输出单元采用4-20mA输出单元，所述数模转换器单元采用LTC1451，在开机瞬间由内部复位电路将其12位移位缓存器及其DAC级存器清除为零，等待LTC1451的CS/LD信号为低时将资料读入其移位暂存器，当CS信号再为高时，将资料送至数模转换器。
附图说明
图1是现有技术中的该环境监测仪器的原理框图；
图2是本发明提供的监测仪器的原理框图。
具体实施方式
附图1给出了现有技术中的环境监测仪器的原理框图，其中ORP/PH信号模块、温度电压模块分别独立进行放大、测量处理，结构较为复杂，设计需要模块众多，监测误差大。
因PH、电导度、溶解氧测量经初步放大器转换成电压信号后，在硬件实现时需增加不同的测量曲线(与温度等关系)，其差异大，没有共通性，研发、生产成本相应提高。
通过本发明的技术方案，将PH、电导度、溶解氧仪器做一模块化设计(单片机软件计算代替模拟电路硬件生成)，通过模块化设计所述氧化还原ORP/PH电压信号单元使所述氧化还原ORP/PH电压信号单元具有对PH、电导度以及溶解氧感测信号处理的能力，其硬体部分差异很小，研发、生产成本相应减少。
参见附图2所示，本发明提供的实施方式包括一种仪器，其包括前端输入模块、温度电路模块、电子开关、模数转换器、处理器、控制继电器、显示模块、输出模块，前端输入模块包括氧化还原单元ORP/PH电压信号单元以及温度电阻信号输入模块，其将感测器送来的信号经RC滤波滤去10HZ以上噪声，再送入一颗高阻抗输入的BUFFERLF444，经过射随、差分二经放大器处理输出，输出此时变成低阻抗；温度电路模块使用电阻分压电路，利用2.5V直流电压与温度电阻分压所得电压，反推求得待测溶液的温度T；电子开关用于来切换前端输入模块(ORP/TEMP)输出的信号、输入到后级电路；模数转换器采用ICCS5529，搭配电子开关IC4053，分别来读取ORP/TEMP的模拟信号，转成数字信号后再送至CPU，其参考电压为2.5V，读取范围为0-2.5V；处理器：本设计使用MSP430F149为CPU控制周边接口A/D、LCD、RELAY、KEYBOARD…..等；显示模块(LCDDRIVER与LCD)使用的LCD有4个COM脚，可大量减少SEGMENT的输出脚数量，4个COM脚在不同的时间下其各个电压准位不同，因此在不同的时间下改变SEGMENT的准位可决定让SEGMENT亮或是不亮。配合ICHT1621的LCDDRIVER，设计LCD具有个COM脚及32个SEGMENT，由CPU控制将所测到的值或者是一些相关的文字、图面SHOW出来；控制继电器(CONTROLRELAY)：当输入值超过RELAY设定的上下限时，直接由CPU来控制ON/OFF，每颗RELAY都使用2颗晶体管来驱动，第1颗晶体管是为了在POWERON的时候，让RELAY不动作，第2颗晶体管用来做RELAYDRIVER；输出模块(4-20mA光电隔离电流输出、D/A方块以及4-20mAOUT)：因为4-20mA有可能会接到别的机器上，所以利用PC817光耦合的数字信号隔离2种不同的地和电源；采用12位D/A之ICLTC1451，在开机瞬间由内部RESET电路将其12位移位缓存器及其DAC级存器清除为零，等待CS/LD为LO将资料读入其移位暂存器，当CS再为HI时，将资料送至12位DAC做D/A转换的动作，由DAOUT将转换的电压输出；4-20mAOUT是一个电压/电流转换的电路，4-20mA电流＝DAOUT电压/R28。
各个单元描述但不局限于下：
1、氧化还原单元ORP/PH电路：
此部分电路是感测器送来的信号经RC滤波滤去10HZ以上噪声，再送入一颗高阻抗输入的BUFFERLF444，经过射随、差分二经放大器处理输出，输出此时变成低阻抗；
2、温度电路模块：
本设计使用电阻分压电路，利用2.5V直流电压与温度电阻分压所得电压，反推求得待测溶液的温度T；
3电子开关：
电子开关用来切换ORP/TEMP信号、输入到后级电路(AD处理)；
4、模数转换器A/D转换：
本设计A/D采用ICCS5529，搭配电子开关IC4053，分别来读取ORP/TEMP的模拟信号，转成数字信号后再送至CPU，其参考电压为2.5V，读取范围为0-2.5V；
5、CPU：
本设计使用MSP430F149为CPU控制周边接口A/D、LCD、RELAY、KEYBOARD.....等；
6、显示模块(LCDDRIVER与LCD)：
设计所使用的LCD有4个COM脚，可大量减少SEGMENT的输出脚数量，4个COM脚在不同的时间下其各个电压准位不同，因此在不同的时间下改变SEGMENT的准位可决定让SEGMENT亮或是不亮。配合ICHT1621的LCDDRIVER，设计LCD具有个COM脚及32个SEGMENT，由CPU控制将所测到的值或者是一些相关的文字、图面SHOW出来；
7、控制继电器(CONTROLRELAY)：
当输入值超过RELAY设定的上下限时，直接由CPU来控制ON/OFF，每颗RELAY都使用2颗晶体管来驱动，第1颗晶体管是为了在POWERON的时候，让RELAY不动作，第2颗晶体管用来做RELAYDRIVER；
8、4-20mA光电隔离电流输出及D/A方块：
因为4-20mA有可能会接到别的机器上，所以利用PC817光耦合的数字信号隔离2种不同的地和电源；采用12位D/A之ICLTC1451，在开机瞬间由内部RESET电路将其12位移位缓存器及其DAC级存器清除为零，等待CS/LD为LO将资料读入其移位暂存器，当CS再为HI时，将资料送至12位DAC做D/A转换的动作，由DAOUT将转换的电压输出；
9、4-20mAOUT：
这是一个电压/电流转换的电路，4-20mA电流＝DAOUT电压/R28。
需要指明的是，相关人员对本发明做出的任何不涉及到基本结构及连接方式的形状改变或部件替换也属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种监测仪器，包括前端输入模块、温度电路模块、电子开关、模数转换器、处理器、控制继电器、显示模块、输出模块，其特征在于：
所述前端输入模块包括氧化还原ORP/PH电压信号单元以及温度电阻信号输入模块，其将感测器送来的信号经滤波器去噪，再放大处理输出，此时输出变成低阻抗；
所述电子开关用于来切换前端输入模块输出的信号并输入到后级电路；
所述控制继电器在当输入值超过设定的上下限时，直接由处理器来控制通断；
所述显示模块包括显示驱动和显示单元；
所述输出模块包括光电隔离电流输出、数模转换器单元以及输出单元，利用光耦合隔离2种不同的地及2种不同的电源，输出单元是一个电压/电流转换的电路；
所述模数转换器采用芯片CS5529，搭配电子开关IC4053，分别来读取氧化还原ORP以及温度电阻信号输入模块的模拟信号，转成数字信号后再送至CPU；
所述输出模块光电隔离电流输出采用4-20mA光电隔离电流输出，所述输出单元采用4-20mA输出单元，所述数模转换器单元采用LTC1451，在开机瞬间由内部复位电路将其12位移位缓存器及其DAC级存器清除为零，等待LTC1451的CS/LD信号为低时将资料读入其移位暂存器，当CS/LD信号再为高时，将资料送至数模转换器。
2.根据权利要求1所述的监测仪器，其特征在于，温度电路模块使用电阻分压电路，利用2.5V直流电压与温度电阻分压所得电压，反推求得待测溶液的温度。
3.根据权利要求1所述的监测仪器，其特征在于，所述处理器使用MSP430F149。
4.根据权利要求1所述的监测仪器，其特征在于，所述显示模块采用LCD作为显示单元，该LCD有4个COM脚，4个COM脚在不同的时间下其各个电压准位不同，在不同的时间下可决定让LCD亮或不亮。
5.根据权利要求1所述的监测仪器，其特征在于，所述控制继电器采用两颗继电器，每颗继电器使用2颗晶体管来驱动，第一晶体管在开启时，让继电器不动作，第二晶体管用于继电器驱动。
6.一种测量环境的方法，其特征在于使用权利要求1～5中任一个所述的监测仪器。
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