手持酸度计设计

计京鸿 李冰 陈宏光

摘 要 ：本文是手持酸度计设计，以STC89C52单片机为核心，结合PH值检测，设计出了一款基于单片机的手持式酸度计。系统E-201-C型PH复合电极作为PF值酸度检测的传感器，经过TH16 PH值信号处理模块，将PH值的信息转换为电压值输出，通过ADC0832采集PH值模块输出的模拟电压值；经过单片机内部程序算法处理转成PH的实际参数值，显示到LCD1602液晶上。此外，系统还可以通过键盘设置PH的报警阈值，当实时监测的PH参数数据值大于所设定的报警阈值的时候，通过蜂鸣器/LED进行报警提示。

关键词 ：手持酸度计；单片机；PH值检测，

1.前言

在现代的工业生产过程中，比如在造纸厂产生的废水处理，要把pH值控制在中性值7左右，才符合生产需要；在啤酒生产过程中麦汁过滤和洗涤环节，要求洗槽水的pH值控制在5.25。酸度是人们日常生活中，常见的物理参数，但人们一般均被均没有更多的去测量检验它。随着生活水平的提高，人们可以像称重一样减压食品或饮用水的PH值。

2.系统方案设计

系统上电后单片机会完成键盘、A/D、液晶等初始化任务。然后PH值传感器采集的数据信息通过ADC0832转换后给单片机，单片机处理后显示到液晶上。同时时刻比较检测值和设置值之间的关系，当发现超过预设值的时候，系统自动触发报警，当测试不超过预设值的时候，系统将不会引发报警。手持酸度计设计如图1-1所示。

图1-1 手持酸度计设计设计图

3. 按键电路设计

按键开关最早出现在日本，使用时以满足操作力的条件向开关操作方向施压开关功能闭合接通，当撤销压力时开关即断开，其内部结构是靠金属弹片受力变化来实现通断的。轻触开关由：嵌件、基座、弹片、按钮、盖板组成其中防水类轻触开关在弹片上加一层聚酰亚胺薄膜。

当系统需要的按键比较少时通常采用的是独立按键。可以直接跨接到单片机I/O口上。具有结构简单等特点。

本系统采用四个按键作为参数设置输入方式，K1/K2/K3/K4，第一路用于进入参数设置界面，K2按键用于参数的+1操作；K3按键用于参数的-1操作；K4按键用退出参数设置界面。按键电路的工作原理是：I/O口默认状态为高电平，当有按键按下是会将I/O口电平拉低，及按下为低电平，不按为高电平。

4 PH值检测电路设计

ADC0832是属于逐次逼近式（Successive Approximation Method）A/D转换器，这类型的A/D转换器除了转换速度快（几十至几百us）、分辨率高外，还有价钱便宜的优点，普遍被应用于微电脑的接口设计上。

以输出8位的ADC0832动作来说明“连续渐进式A/D转换器”的转换原理，显示近测结果如下。

第一次结果：10000000 （若假设值≤输入值，则寻找位=假设位=1）

第二次结果：11000000 （若假设值≤输入值，则寻找位=假设位=1）

第三次结果：11000000 （若假设值>输入值，则寻找位=该假设位=0）

第四次结果：11010000 （若假设值≤输入值，则寻找位=假设位=1）

第五次结果：11010000 （若假设值>输入值，则寻找位=该假设位=0）

第六次结果：11010100 （若假设值≤输入值，则寻找位=假设位=1）

第七次结果：11010110 （若假设值≤输入值，则寻找位=假设位=1）

第八次结果：11010110 （若假设值>输入值，则寻找位=该假设位=0）

这样使用二分法的寻找方式，8位的A/D转换器只要8次寻找，12位的A/D转换器只要12次寻找，就能完成转换的动作，其中的输入值代表模拟输入电压Vi。假定A/D采集到的转换后得到的数据是A，由于A/D是8位A/D，那么8位二进制111111111最大存储的数字是256.A/256就是所占的比例。单片机系统的基准电压是5V，因此，失实测电压U=5*A/B.

系统中测得固定电阻的电压U后，总电压是5V，则被测光敏电阻的电压就是5-U。

5显示电路设计

设计中还需要一个液晶显示，经过研究最终决定选择LCD1602液晶显示作为数字显示以及字符显示的显示屏。内置汉字字符的ASCII字符集字库，可显示四行，每行16个字符，并且有并行接口和串行接口之分。

液晶显示采用16脚接口，第1脚：电源接地端是VSS来表示；第2脚：接电源正极端是VDD来表示；第3脚：屏幕对比度调整端是用VO表示；第4脚：寄存器选择是RS；第5脚：RW为读写信号线，要想进行读的相应操作就是在高电平的形势下，如果想要进行写操作那么就设置在低电平模式；第6脚：E(或EN)端为使能端；第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端；第15脚 PSB接VCC；第16、17脚悬空；第18脚节液晶背光控制端口；第19～20脚：空脚或背光灯电源。19脚背光正极，20脚背光负极；本系统选用的字符型LCD是一种专门用于显示汉字、图像、字母、数字、符号等点阵式LCD。本次设计选用的是带字符库的12864型液晶显示器。

6结论

选择用单片机采集并处理数据完成后，通过键盘进行设置上下报警数值，并与收集并处理后的数值进行比对，超过设定值就报警，反之就作为通过数值进行保存，之后进行显示。蜂鸣器在本次设计中体现出了很多的优点，它可以准确的检测出我们水溶液的PH值对我们进行提示。验证了LCD1602液晶显示的可行，实现了良好的人机交互。运用STC89C52单片机的优点是它具有低功耗、高性能的CMOS8位微控制处理器。同时它拥有51单片机的所有功能，性价比很高。本次设计中运用键盘模块的优缺点在设计中因为有蜂鸣器的设计所以必须要加入键盘模块，使得很好的控制了蜂鸣器的报警阈值，在设计键盘的流程时需要注意到的小设计细节很多，比如松手防抖检测就是必不可缺少的。

参考文献

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