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【摘 要】文章介绍了溶解氧分析仪的硬件结构和软件设计。该仪器由极谱型复膜氧电极传感器和单片微机系统两大部分组成，软件采用模块式编制，结构紧凑，操作简便，性能价格比高，具有广泛的应用前景。
【关键词】溶解氧 单片机 信号检测
一、前言
随着计算机技术的不断发展，各种仪表都向着自动化和智能化方向发展，其主要标志之一就是单片微机的引入。溶解氧分析仪广泛地应用于自来水厂的水源监 测、水产养殖场、城市污水处理厂、环境保护监测部门、大专院校、各工业及科学研究单位对水体溶解氧的测定。目前的溶解氧分析仪仍然停留在传统的模拟数字式，其缺点是智能化水平低、精度低、漂移大、操作复杂。而新研制的溶解氧分析仪采用了先进的单片微机，具有测量精度高，抗干扰能力强，操作简便，体积小，功耗低等优点，同时可检测液体样品的温度。
（一）仪器的结构和工作原理
1.仪器的结构组成。溶解氧分析仪（简称溶氧仪）由极谱型复膜氧电极传感器和AT89C52单片微机系统两大部分组成。结构框图如图1所示。
图1：结构图框
（1）主机系统。选择单片机AT89C52组成最小系统。AT89C52是一种低功耗、高性能的8位CMO微处理芯片，片内有8K字节的闪速可编程及可擦除只读存储器的生产技术，与工业标准的80C51和80C52 的指令与管脚排列相兼容。片内的闪速存储器允 许在线对程度存储器重新编程，也可用常规的固定存储器编程，接口简单，非常 适用于智能检测控制。
（2）电流一 电压（I-V） 变换电路。I-V变换电路如 图2所示。在这一 电路中来自氧电极的电流 信号转换电压信号，并得到放大，同时对电流的温度系数进行了补偿。
图2： I-V变换电路
（3）模数转换电路。电路转换采用了双积分型5G14433，它的转换速度为3次/S—10/S，对缓慢变化的温度和溶解 氧信号的测量最为合适，并且无需采样保持电路。它有较高的输入阻抗和较好的抗干扰能力。转换后由输出的数字信号接到单片机89C52，采用中断方式读取转换结果，显示测量的溶解 氧量或是温度由外部选择按键控制。然后通过模拟控制开关将溶解氧和温度信号分别不断地输入 到 转换器，变成 数字信号。
二、溶氧仪工作原理
测定氧含量主要有三种方法：自动比色分析和化学分析测量，顺磁法测量，电化学法测量。水中溶氧量一般采用电化学法测量。以COS4氧量测量传感器为例，其中的电极由阴极（常用金和铂制成）和带电流的反电极（银）、无电流的参比电极（银）组成，电极浸没在电解质如KCl、KOH中，传感器有隔膜覆盖，隔膜将电极和电解质与被测量的液体分开，因此保护了传感器，既能防止电解质逸出，又可防止外来物质的侵入而导致污染和毒化。相反电极和阴极之间施加极化电压，假如测量元件浸入在有溶解氧的水中，氧会通过隔膜扩散，出现在阴极上（电子过剩）的氧分子就会被还原成氢氧根离子：O2+2H2O+4e-? 4OH-。电化学当量的氯化银沉淀在反电极上（电子不足）：4Ag+4Cl-? 4AgCl+4e-。 对于每个氧分子，阴极放出4个电子，反电极接受电子，形成电流，电流的大小与被测同污水的氧分压成正比，该信号连同传感器上热电阻测出的温度信号被送入变 送器，利用传感器中存储的含氧量和氧分压、温度之间的关系曲线计算出水中的含氧量，然后转化成标准信号输出。
三、软件设计
软件采用模块化编制，按不同功能有键盘、显示数据处理、转换等模块。整个系统结构明、紧凑、程度运行可靠，其主程序和数据测量程序。在数据测量子程序中，进行若干次含氧量数据采集后，进行一次温度数据采集。它可以在测量溶氧量的同时，对温度变化进行监测，及时显示或打印输出实时温度数据。
四、技术指标
测量范围：溶解氧0mg/L～19.99mg/L；温度-10℃～40℃。
测量精度：溶解氧 士0.3mg/L； 温度 士 ℃。
响应时间： 小于20S。
仪器稳定性： 溶解 氧 的 士0.2mg/L·h。
电源：内有：9V可充电蓄 电池。
外形尺寸：200×100×60（长×宽×高/mm）；重 量：2kg。
五、结束语
本文介绍了智能化溶解氧分析仪的构造和工作原理，给出了其硬件组成和 软件 设计，非常适合于自来水厂、水产养殖场、城市污水处理厂、环境保护监测 部门、大专院校、各工业及 科研单位对水体溶解氧的测定经实践证明，本仪器精度高、性 能稳定、反应灵敏、响应速度快，成本低廉。
参考文献：
[1]何立民.MCS一51系列单片机应用系统设计[M]，北京：航空航天大学出版社，2011.
[2]陈奥初.单片机应用系统设计与实验[M] 北京：航空航天大学出版社，2011.
作者简介：许光辉（1983.7-），男，安徽淮北人，工业自动化专业，大专学历。目前就职于中粮生物化学（安徽）股份有限公司，担任仪表主任，研究方向为仪表应用。
【关键词】溶解氧 单片机 信号检测
一、前言
随着计算机技术的不断发展，各种仪表都向着自动化和智能化方向发展，其主要标志之一就是单片微机的引入。溶解氧分析仪广泛地应用于自来水厂的水源监 测、水产养殖场、城市污水处理厂、环境保护监测部门、大专院校、各工业及科学研究单位对水体溶解氧的测定。目前的溶解氧分析仪仍然停留在传统的模拟数字式，其缺点是智能化水平低、精度低、漂移大、操作复杂。而新研制的溶解氧分析仪采用了先进的单片微机，具有测量精度高，抗干扰能力强，操作简便，体积小，功耗低等优点，同时可检测液体样品的温度。
（一）仪器的结构和工作原理
1.仪器的结构组成。溶解氧分析仪（简称溶氧仪）由极谱型复膜氧电极传感器和AT89C52单片微机系统两大部分组成。结构框图如图1所示。
图1：结构图框
（1）主机系统。选择单片机AT89C52组成最小系统。AT89C52是一种低功耗、高性能的8位CMO微处理芯片，片内有8K字节的闪速可编程及可擦除只读存储器的生产技术，与工业标准的80C51和80C52 的指令与管脚排列相兼容。片内的闪速存储器允 许在线对程度存储器重新编程，也可用常规的固定存储器编程，接口简单，非常 适用于智能检测控制。
（2）电流一 电压（I-V） 变换电路。I-V变换电路如 图2所示。在这一 电路中来自氧电极的电流 信号转换电压信号，并得到放大，同时对电流的温度系数进行了补偿。
图2： I-V变换电路
（3）模数转换电路。电路转换采用了双积分型5G14433，它的转换速度为3次/S—10/S，对缓慢变化的温度和溶解 氧信号的测量最为合适，并且无需采样保持电路。它有较高的输入阻抗和较好的抗干扰能力。转换后由输出的数字信号接到单片机89C52，采用中断方式读取转换结果，显示测量的溶解 氧量或是温度由外部选择按键控制。然后通过模拟控制开关将溶解氧和温度信号分别不断地输入 到 转换器，变成 数字信号。
二、溶氧仪工作原理
测定氧含量主要有三种方法：自动比色分析和化学分析测量，顺磁法测量，电化学法测量。水中溶氧量一般采用电化学法测量。以COS4氧量测量传感器为例，其中的电极由阴极（常用金和铂制成）和带电流的反电极（银）、无电流的参比电极（银）组成，电极浸没在电解质如KCl、KOH中，传感器有隔膜覆盖，隔膜将电极和电解质与被测量的液体分开，因此保护了传感器，既能防止电解质逸出，又可防止外来物质的侵入而导致污染和毒化。相反电极和阴极之间施加极化电压，假如测量元件浸入在有溶解氧的水中，氧会通过隔膜扩散，出现在阴极上（电子过剩）的氧分子就会被还原成氢氧根离子：O2+2H2O+4e-? 4OH-。电化学当量的氯化银沉淀在反电极上（电子不足）：4Ag+4Cl-? 4AgCl+4e-。 对于每个氧分子，阴极放出4个电子，反电极接受电子，形成电流，电流的大小与被测同污水的氧分压成正比，该信号连同传感器上热电阻测出的温度信号被送入变 送器，利用传感器中存储的含氧量和氧分压、温度之间的关系曲线计算出水中的含氧量，然后转化成标准信号输出。
三、软件设计
软件采用模块化编制，按不同功能有键盘、显示数据处理、转换等模块。整个系统结构明、紧凑、程度运行可靠，其主程序和数据测量程序。在数据测量子程序中，进行若干次含氧量数据采集后，进行一次温度数据采集。它可以在测量溶氧量的同时，对温度变化进行监测，及时显示或打印输出实时温度数据。
四、技术指标
测量范围：溶解氧0mg/L～19.99mg/L；温度-10℃～40℃。
测量精度：溶解氧 士0.3mg/L； 温度 士 ℃。
响应时间： 小于20S。
仪器稳定性： 溶解 氧 的 士0.2mg/L·h。
电源：内有：9V可充电蓄 电池。
外形尺寸：200×100×60（长×宽×高/mm）；重 量：2kg。
五、结束语
本文介绍了智能化溶解氧分析仪的构造和工作原理，给出了其硬件组成和 软件 设计，非常适合于自来水厂、水产养殖场、城市污水处理厂、环境保护监测 部门、大专院校、各工业及 科研单位对水体溶解氧的测定经实践证明，本仪器精度高、性 能稳定、反应灵敏、响应速度快，成本低廉。
参考文献：
[1]何立民.MCS一51系列单片机应用系统设计[M]，北京：航空航天大学出版社，2011.
[2]陈奥初.单片机应用系统设计与实验[M] 北京：航空航天大学出版社，2011.
作者简介：许光辉（1983.7-），男，安徽淮北人，工业自动化专业，大专学历。目前就职于中粮生物化学（安徽）股份有限公司，担任仪表主任，研究方向为仪表应用。