本文介紹了基于ATmega128單片機(jī)的智能在線溶解氧分析儀的設(shè)計。低功耗微控制器和外圍芯片，靈敏度高，穩(wěn)定性電化學(xué)傳感器的設(shè)計集成的應(yīng)用程序。整體設(shè)計，實現(xiàn)了系統(tǒng)的精度高，功耗低，穩(wěn)定性好，同時實現(xiàn)智能處理與英文操作系統(tǒng)，已被廣泛應(yīng)用于水質(zhì)溶解氧的在線檢測。
關(guān)鍵詞：溶解氧，極譜法，電化學(xué); ATmega128的
0引言
近年來，隨著科學(xué)和技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的人開始實現(xiàn)的溶解氧監(jiān)測的必要性和重要性。特別是大型和中型發(fā)電廠，污水處理廠，油田，環(huán)保機(jī)組，以確保水質(zhì)，以確保長期的設(shè)備的正常運(yùn)行，必須有嚴(yán)格的監(jiān)測和控制在水中的溶解氧含量。
目前，專用儀器儀表（溶解氧測量儀），而不是常用的化學(xué)方法測定溶解氧含量。溶解氧儀主要由主機(jī)和傳感器（電極）構(gòu)成。有兩種類型的傳感器是主要原電池“DO”電極和極譜層疊電極。原代細(xì)胞“，”電極消耗性電極材料，精度低，壽命短，正在逐步淘汰。極譜法夫莫電極不安，壽命長，便于貯存等大量的應(yīng)用在做測量。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的極譜電極，溶解氧儀，但精度差，穩(wěn)定性差，校準(zhǔn)的復(fù)雜性補(bǔ)償功能的缺點。國外溶解氧測量儀，雖然精度高，但價格昂貴，難以維護(hù)，難以滿足國內(nèi)的需求。因此，基于ATmega128單片機(jī)的智能在線溶解氧分析儀的設(shè)計，該系統(tǒng)具有低功耗，精度高，穩(wěn)定性好，大容量內(nèi)存和其他特性。
1測量原理
屬于電流型的分析儀器，目前的分析儀傳感器是能夠轉(zhuǎn)換中的濃度的被分析的物質(zhì)中的電流信號的變化的變化的儀器來測量的溶解在水中的氧含量。主要的電池類型和極其普通的類型可分為不同的作品。這種設(shè)計是基于極其普通的公式的工作。
1.1極（S＆P）型原則
陰極莆型電流傳感器，是小的陽極電極之間施加大的電壓，是一些被分析的物質(zhì)的存在下，測量的輸出電流可以得到極譜圖。
可以看出從圖1中，當(dāng)電壓小于Uo的，擴(kuò)散限制電流I≈0，與增加電壓U，I-法指數(shù)函數(shù)上升，直到U≥U1吾人穩(wěn)定值Io時，Io和試驗物質(zhì)的濃度成比例。木衛(wèi)一/ 2對應(yīng)于電壓U1 / 2提到作為一個半波電勢，且其值只關(guān)心的分析物的性質(zhì)，可以使用作為定性分析的基礎(chǔ)。
當(dāng)溶液中的各種物質(zhì)的存在下，每一種物質(zhì)具有貢獻(xiàn)的總擴(kuò)散限制電流，當(dāng)使用極譜線連續(xù)測量的一種物質(zhì)的溶液，例如，溶解的氧濃度時，將干擾某些物質(zhì)，它必須使用一個選擇性膜的樣品溶液與電極室分區(qū)。
1.2傳感器的工作原理
極譜原理，傳感器是由一個特殊的電解槽。的金電極的測量電極（陰極）的參考電極（陽極）與銀電極，同時使用的表面積僅0.8平方厘米64平方厘米表面積。金電極是極化電極，銀電極是去極化電極支撐濃度為0.7-1mol / L的氯化鉀電解質(zhì)。實驗表明，當(dāng)在一恒定值的施加電壓的電解電池，在電解質(zhì)中的溶解的氧氣中的電解電流具有的特性的擴(kuò)散限制電流，即獨立的電流的大小和工作電壓為電解槽給氧氣極譜曲線，然后在電極上的電極反應(yīng)是：
看出，擴(kuò)散限制電流和溶解氧傳感器的濃度在一定的溫度，電解質(zhì)極譜分析所產(chǎn)生的原理，在溶解氧成近似線性關(guān)系
整體設(shè)計
設(shè)計的智能在線溶解氧米，低功耗的8位微控制器ATmega128的核心，其整體設(shè)計框圖如圖4所示。可分為八個部分：微控制器，氧傳感器，溫度傳感器，信號處理和A / D轉(zhuǎn)換，鍵盤和顯示電路，標(biāo)準(zhǔn)的電流輸出電路，報警和控制電路和通信接口電路，等。
的氧傳感器和溫度傳感器的輸出的模擬信號，放大處理，A / D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號后，輸入微控制器，用于分析和處理后，然后數(shù)據(jù)存儲和上??傳和顯示。
智能在線pH分析儀的硬件設(shè)計是基于ATmega128單片機(jī)的低功耗不僅可用于控制其自身具有低功耗操作模式，并且可以通過編程來控制外圍設(shè)備和低功率運(yùn)行，節(jié)約能源。而使用的高精度，高性能的芯片，整體設(shè)計的高精確度，低功耗，穩(wěn)定性好等特點。
3硬件設(shè)計
3.1微控制器
高性能單片機(jī)ATmega128的AVR微控制器系列的微控制器的選擇。 ATmega128的8個低功耗CMOS微處理器為基礎(chǔ)的RISC架構(gòu)，廣泛應(yīng)用于計算機(jī)外圍設(shè)備，工業(yè)實時控制，儀器儀表，通訊設(shè)備，家用電器等領(lǐng)域。
ATmega128有以下特點：高品質(zhì)的嵌入式閃存程序存儲器的擦除方便，易于調(diào)試，開發(fā)，生產(chǎn)，更新的產(chǎn)品; E2PROM可以嵌入長壽命的關(guān)鍵數(shù)據(jù)的長期保存，以避免損失的功率數(shù)據(jù)和外優(yōu)化外部內(nèi)存擴(kuò)展，最高可達(dá)64KB的空間，可編程看門狗定時器，片上振蕩器定時器/計數(shù)器，PWM功能（T / C）; SPI串行端口，兼容IEEE 1149.1規(guī)范的JTAG測試接口（此接口也可以用于片上調(diào)試）;低電壓電源，寬工作電壓范圍：2.7?5.5V;較強(qiáng)的抗干擾能力，并減少軟件抗干擾設(shè)計，一般為8機(jī)工作負(fù)載和使用的硬件，符合要求的工業(yè)級工作溫度范圍-55°C - +125°C.基于這些特點，ATmega128單片機(jī)作為核心控制器智能pH分析儀的選擇。
3.2傳感器
該傳感器使用的化合物溶解的氧傳感器，其中，所述的氧傳感器是基于極譜原則，所述溫度傳感器是一個負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC）。
3.3信號處理和A / D轉(zhuǎn)換器
的微電流傳感器的輸出信號的第一次通過的電流/電壓轉(zhuǎn)換和放大的輸入電流和輸出電壓的關(guān)系，在
（1）
經(jīng)過低通濾波處理，模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換。
為了提高精度，選擇用的模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換和AD7715差分轉(zhuǎn)換技術(shù)（Σ-Δ技術(shù)），AD7715的有一個16位的無誤差輸出，0.0015％非線性，前端增益可編程，配備自校準(zhǔn)電路和低功耗的優(yōu)點。模擬信號通過模擬開關(guān)，多路復(fù)用器輸入AD7715的溫度和pH值的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
3.4輸出電路
的輸出電路包括一個標(biāo)準(zhǔn)的電流輸出電路，控制繼電器，和通信接口和其他組件。使用的ATmega128的PWM（脈沖寬度調(diào)制）輸出4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流，用于控制外部錄像機(jī)。上限和下限報警輸出繼電器觸點。通信電路采用RS485接口同上。位計算機(jī)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，RS485平衡差分傳輸，抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，通訊速率高。
3.5鍵盤顯示電路
鍵盤和顯示電路TFT3224真彩色液晶顯示屏，支持256色，觸摸屏功能，轉(zhuǎn)變工作作風(fēng)的一個單雙色顯示屏，按鍵操作。觸摸屏接口芯片的12位采樣的模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器，具有同步串行接口ADS7843。 ADS7843具有很寬的溫度范圍內(nèi)（-10℃-65℃），低功耗（3.3V最大當(dāng)前的240毫安），寬輸入電壓（2.7V-5.5V）的優(yōu)點，薄，光設(shè)計（高10mm），低功耗模式。
4軟件設(shè)計
該系統(tǒng)軟件采用C語言編寫。該儀器的軟件模塊結(jié)構(gòu)，劃分為不同的功能鍵盤，顯示，數(shù)據(jù)處理，中斷處理模塊。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行可靠的程序。
在系統(tǒng)電源接通后的第一個系統(tǒng)初始化和自檢，打開測量開始后的程序就可以處理要被測量，并顯示在屏幕上的主要測量值的溶解氧值的??測量水質(zhì)，溫度，時間和狀態(tài)參數(shù)，檢測的關(guān)鍵，同時可以調(diào)用菜單程序。菜單程序包括：參數(shù)查詢，參數(shù)設(shè)置，系統(tǒng)維護(hù)和電極校準(zhǔn)。全中文菜單操作提示，方便用戶操作。
5結(jié)論
模擬調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試后，由國家標(biāo)準(zhǔn)和進(jìn)口儀器比較，表符合國家標(biāo)準(zhǔn)，測量精度接近進(jìn)口儀器?？捎糜谒娜芙庋踔档??連續(xù)檢測的在線監(jiān)測儀器。