溶液浓度检测仪

蒋永阳

目前，基于对环境保护、消防安全等因素的考虑，许多液体、气体、固体的各种特性参数，诸如浓度、密度、温度等都需实时监控，因此设计出能快速、准确、便捷地检测各种特性参数的智能检测仪具有广泛的实用意义。

对于有色溶液，溶液的浓度与透光率密切相关，当溶液浓度增大时，溶液透光率降低；反之，溶液透光率则增高。

基于有色溶液的这一特性，我用光敏电阻作为传感器、单片机为处理核心，设计了溶液浓度检测仪。

一、设计思路

根据光电检测原理和光在通过有色溶液时发生折射、散射、反射、吸收等特性，不同浓度的有色溶液透射光通量（与入射溶液试样的光通量之比即为透光率，在此设定入射光通量为100）不一样，采用光敏电阻传感器检测透射光通量，将传感器产生的电信号通过A/D转换芯片（PCF8591）转换为数字信号，传送给STC89C52RC单片机处理，计算检测溶液浓度，最后将检测结果呈现在显示屏上。

二、软硬件设计

有色溶液浓度检测仪以单片机为控制核心，采用光敏电阻作为传感器检测透射光通量（透光率），经A/D转换将电压信号转换成数字信号，由单片机处理，最终在显示屏上显示检测结果。检测系统组成框图如图1所示。根据图1设计整体电路。

1.单片机选型

考虑到液晶彩屏显示、键盘输入等模块所需的输入、输出端口较多但程序量不大的特点，本检测仪采用STC89C52RC单片机作为系统处理核心，芯片有32个输入、输出端口，8KB存储空间。该单片机具有较高的处理速度，能更容易、快速地处理复杂的数字信号，非常适合本检测仪的应用环境。

2.检测模块设计

检测模块主要包括光敏电阻传感器、A/D转换芯片等元器件。

光敏电阻型号为T5516，属环氧树脂封装。当入射光增强时，光敏电阻阻值下降，导电能力增强，使电路中的电流增强，反之，光敏电阻阻值增加，电路中的电流减小，这种特性极易使其实现光电转换。

光敏电阻属于半导体光敏器件，还具有灵敏度高、响应速度快等特点。选用光敏电阻作为检测模块的传感元件，检测透射光通量非常合适。

光敏电阻获取光通量信号后，产生一个随着光通量变化的模拟电压信号（电压范围0V至5V），并将模拟信号送入一个8位的PCF8591芯片（输出范围0V至255V）进行A/D转换。8位PCF8591转换芯片将模拟电压信号数字化，并将5V电压进行255等分，将输入电压对应的数字电压量输出并送入单片机。

3.输入输出模块设计

输入输出模块主要包括键盘输入、LCD显示输出、报警输出等。在键盘输入模块中，考虑按键较多，采用矩阵键盘方式，可对系统时间进行设定、报警浓度阀值设置、检测启停等进行输入。

LCD显示输出模块采用2.4寸TFT彩屏显示，实现年、月、日、星期、浓度、透光率等信息的彩色输出。报警输出模块采用蜂鸣器提醒方式，当检测浓度超过设定的浓度阀值时，报警模块会得到相应的信号，实现浓度报警。

整体的硬件系统图如图2所示。

4.软件设计

本检测仪在Keil环境下，用C语言对系统软件进行模块化设计，主要包括A/D转换、溶液浓度检测、显示、时钟、报警以及按键等，并与Protues仿真软件联合调试。主程序初始化程序框图和主循环函数运行程序框图如图3和图4所示。

三、试验过程

1.试验材料与方法

试验需要墨水、纯净水、滴管、试管、标签贴纸若干。按不同比例用墨水和纯净水调配出不同浓度的溶液，装入试管并贴上标签，打开透光率检查系统，完成初始化后，将装有溶液的试管放进密闭的检测箱内，开始检测溶液浓度。

2.试验结果分析

试验结果如图5所示，通过曲线拟合，曲线方程为：y=-1.005x+99.852，决定系数R2=0.9998，试验所得的透光率与溶液浓度基本成线性关系，从而可以用透光率表示溶液浓度。

四、结论

该检测仪利用单片机控制，自动化程度高，试验结果表明，溶液浓度和透光率的线性相关性好，通过检测有色溶液透光率而快速、准确地检测溶液浓度，对溶液浓度的实时监控具有重要意义。

同时，文中介绍的检测模块设计方法，对不同类型的单片机控制系统设计开发、不同液体浓度检测有着指导意义。（指导老师：张茂志）

目前，基于对环境保护、消防安全等因素的考虑，许多液体、气体、固体的各种特性参数，诸如浓度、密度、温度等都需实时监控，因此设计出能快速、准确、便捷地检测各种特性参数的智能检测仪具有广泛的实用意义。

对于有色溶液，溶液的浓度与透光率密切相关，当溶液浓度增大时，溶液透光率降低；反之，溶液透光率则增高。

基于有色溶液的这一特性，我用光敏电阻作为传感器、单片机为处理核心，设计了溶液浓度检测仪。

一、设计思路

根据光电检测原理和光在通过有色溶液时发生折射、散射、反射、吸收等特性，不同浓度的有色溶液透射光通量（与入射溶液试样的光通量之比即为透光率，在此设定入射光通量为100）不一样，采用光敏电阻传感器检测透射光通量，将传感器产生的电信号通过A/D转换芯片（PCF8591）转换为数字信号，传送给STC89C52RC单片机处理，计算检测溶液浓度，最后将检测结果呈现在显示屏上。

二、软硬件设计

有色溶液浓度检测仪以单片机为控制核心，采用光敏电阻作为传感器检测透射光通量（透光率），经A/D转换将电压信号转换成数字信号，由单片机处理，最终在显示屏上显示检测结果。检测系统组成框图如图1所示。根据图1设计整体电路。

1.单片机选型

考虑到液晶彩屏显示、键盘输入等模块所需的输入、输出端口较多但程序量不大的特点，本检测仪采用STC89C52RC单片机作为系统处理核心，芯片有32个输入、输出端口，8KB存储空间。该单片机具有较高的处理速度，能更容易、快速地处理复杂的数字信号，非常适合本检测仪的应用环境。

2.检测模块设计

检测模块主要包括光敏电阻传感器、A/D转换芯片等元器件。

光敏电阻型号为T5516，属环氧树脂封装。当入射光增强时，光敏电阻阻值下降，导电能力增强，使电路中的电流增强，反之，光敏电阻阻值增加，电路中的电流减小，这种特性极易使其实现光电转换。

光敏电阻属于半导体光敏器件，还具有灵敏度高、响应速度快等特点。选用光敏电阻作为检测模块的传感元件，检测透射光通量非常合适。

光敏电阻获取光通量信号后，产生一个随着光通量变化的模拟电压信号（电压范围0V至5V），并将模拟信号送入一个8位的PCF8591芯片（输出范围0V至255V）进行A/D转换。8位PCF8591转换芯片将模拟电压信号数字化，并将5V电压进行255等分，将输入电压对应的数字电压量输出并送入单片机。

3.输入输出模块设计

输入输出模块主要包括键盘输入、LCD显示输出、报警输出等。在键盘输入模块中，考虑按键较多，采用矩阵键盘方式，可对系统时间进行设定、报警浓度阀值设置、检测启停等进行输入。

LCD显示输出模块采用2.4寸TFT彩屏显示，实现年、月、日、星期、浓度、透光率等信息的彩色输出。报警输出模块采用蜂鸣器提醒方式，当检测浓度超过设定的浓度阀值时，报警模块会得到相应的信号，实现浓度报警。

整体的硬件系统图如图2所示。

4.软件设计

本检测仪在Keil环境下，用C语言对系统软件进行模块化设计，主要包括A/D转换、溶液浓度检测、显示、时钟、报警以及按键等，并与Protues仿真软件联合调试。主程序初始化程序框图和主循环函数运行程序框图如图3和图4所示。

三、试验过程

1.试验材料与方法

试验需要墨水、纯净水、滴管、试管、标签贴纸若干。按不同比例用墨水和纯净水调配出不同浓度的溶液，装入试管并贴上标签，打开透光率检查系统，完成初始化后，将装有溶液的试管放进密闭的检测箱内，开始检测溶液浓度。

2.试验结果分析

试验结果如图5所示，通过曲线拟合，曲线方程为：y=-1.005x+99.852，决定系数R2=0.9998，试验所得的透光率与溶液浓度基本成线性关系，从而可以用透光率表示溶液浓度。

四、结论

该检测仪利用单片机控制，自动化程度高，试验结果表明，溶液浓度和透光率的线性相关性好，通过检测有色溶液透光率而快速、准确地检测溶液浓度，对溶液浓度的实时监控具有重要意义。

同时，文中介绍的检测模块设计方法，对不同类型的单片机控制系统设计开发、不同液体浓度检测有着指导意义。（指导老师：张茂志）

目前，基于对环境保护、消防安全等因素的考虑，许多液体、气体、固体的各种特性参数，诸如浓度、密度、温度等都需实时监控，因此设计出能快速、准确、便捷地检测各种特性参数的智能检测仪具有广泛的实用意义。

对于有色溶液，溶液的浓度与透光率密切相关，当溶液浓度增大时，溶液透光率降低；反之，溶液透光率则增高。

基于有色溶液的这一特性，我用光敏电阻作为传感器、单片机为处理核心，设计了溶液浓度检测仪。

一、设计思路

根据光电检测原理和光在通过有色溶液时发生折射、散射、反射、吸收等特性，不同浓度的有色溶液透射光通量（与入射溶液试样的光通量之比即为透光率，在此设定入射光通量为100）不一样，采用光敏电阻传感器检测透射光通量，将传感器产生的电信号通过A/D转换芯片（PCF8591）转换为数字信号，传送给STC89C52RC单片机处理，计算检测溶液浓度，最后将检测结果呈现在显示屏上。

二、软硬件设计

有色溶液浓度检测仪以单片机为控制核心，采用光敏电阻作为传感器检测透射光通量（透光率），经A/D转换将电压信号转换成数字信号，由单片机处理，最终在显示屏上显示检测结果。检测系统组成框图如图1所示。根据图1设计整体电路。

1.单片机选型

考虑到液晶彩屏显示、键盘输入等模块所需的输入、输出端口较多但程序量不大的特点，本检测仪采用STC89C52RC单片机作为系统处理核心，芯片有32个输入、输出端口，8KB存储空间。该单片机具有较高的处理速度，能更容易、快速地处理复杂的数字信号，非常适合本检测仪的应用环境。

2.检测模块设计

检测模块主要包括光敏电阻传感器、A/D转换芯片等元器件。

光敏电阻型号为T5516，属环氧树脂封装。当入射光增强时，光敏电阻阻值下降，导电能力增强，使电路中的电流增强，反之，光敏电阻阻值增加，电路中的电流减小，这种特性极易使其实现光电转换。

光敏电阻属于半导体光敏器件，还具有灵敏度高、响应速度快等特点。选用光敏电阻作为检测模块的传感元件，检测透射光通量非常合适。

光敏电阻获取光通量信号后，产生一个随着光通量变化的模拟电压信号（电压范围0V至5V），并将模拟信号送入一个8位的PCF8591芯片（输出范围0V至255V）进行A/D转换。8位PCF8591转换芯片将模拟电压信号数字化，并将5V电压进行255等分，将输入电压对应的数字电压量输出并送入单片机。

3.输入输出模块设计

输入输出模块主要包括键盘输入、LCD显示输出、报警输出等。在键盘输入模块中，考虑按键较多，采用矩阵键盘方式，可对系统时间进行设定、报警浓度阀值设置、检测启停等进行输入。

LCD显示输出模块采用2.4寸TFT彩屏显示，实现年、月、日、星期、浓度、透光率等信息的彩色输出。报警输出模块采用蜂鸣器提醒方式，当检测浓度超过设定的浓度阀值时，报警模块会得到相应的信号，实现浓度报警。

整体的硬件系统图如图2所示。

4.软件设计

本检测仪在Keil环境下，用C语言对系统软件进行模块化设计，主要包括A/D转换、溶液浓度检测、显示、时钟、报警以及按键等，并与Protues仿真软件联合调试。主程序初始化程序框图和主循环函数运行程序框图如图3和图4所示。

三、试验过程

1.试验材料与方法

试验需要墨水、纯净水、滴管、试管、标签贴纸若干。按不同比例用墨水和纯净水调配出不同浓度的溶液，装入试管并贴上标签，打开透光率检查系统，完成初始化后，将装有溶液的试管放进密闭的检测箱内，开始检测溶液浓度。

2.试验结果分析

试验结果如图5所示，通过曲线拟合，曲线方程为：y=-1.005x+99.852，决定系数R2=0.9998，试验所得的透光率与溶液浓度基本成线性关系，从而可以用透光率表示溶液浓度。

四、结论

该检测仪利用单片机控制，自动化程度高，试验结果表明，溶液浓度和透光率的线性相关性好，通过检测有色溶液透光率而快速、准确地检测溶液浓度，对溶液浓度的实时监控具有重要意义。

同时，文中介绍的检测模块设计方法，对不同类型的单片机控制系统设计开发、不同液体浓度检测有着指导意义。（指导老师：张茂志）