智能电导仪的研制

浙江科技学院本科毕业设计（论文）PAGEPAGEXXXIV智能电导仪的研制摘要：众所周知,电导测量在工业生产和科学实验中有着十分重要的意义。电导仪是测定溶液导电度大小的仪器,由于其方法简单、速度快、准确度高而广泛运用于火电、化工化肥、冶金、制药、环保等行业以及其它精密测试分析中。电导法也是水质鉴定和监测的重要手段,它是通过测量水溶液的电导值,并根据溶液的电导与溶液中待测离子的浓度之间的定量关系来确定待测离子的含量的。电导仪是一种应用非常广泛的测量仪器。然而，传统电导仪的温度、极化效应和电容效应的影响引起的误差需人工进行补偿，或使用复杂的硬件电路，造成使用不便，电路复杂、校正范围小。本论文在大量的试验基础上，把单片机应用到测量仪器中，将电导池看作电导检测电路中的一个输入电阻，采用单片机输出交变信号作为电源激励检测电路，使用单片机控制量程的自动切换，接着进行数字式全波整流，并且充分利用单片机仪器的优势,将检测电路的增益系数的调准和误差的补偿用软件来实现,最大限度地简化了硬件电路，增加了LCD液晶显示模块，设计研制成智能电导监测仪。该仪器具有测量精度高，自动量程切换，电导率值直读显示，操作简单等优点。关键词：电导仪；单片机；电导率；软件补偿；全波整流Abstract:Asweallknow,conductivitymeasurementinindustrialproductionandscientificexperimentsisofgreatsignificance.ConductanceNGisthesolutionconductivityofthesizeofmachines,becauseoftheirmethodissimple,fastandhighaccuracyandwideapplicationofthermalpower,chemicalfertilizer,metallurgy,pharmaceuticals,environmentalprotectionandotherindustries,aswellasothersophisticatedtestanalysis.Conductivityisthewaterqualitymonitoringandidentificationofimportantmeans,itisaqueoussolutionbymeasuringtheconductivityvalues,andthesolutionaccordingtothesolutionconductivityandtheconcentrationofanalyzeionthequantitativerelationshipbetweentheanalyzeionstodeterminethecontent.Conductanceinstrumentisaveryextensiveapplicationofthemeasurementapparatus.However,traditionalinstrumenttemperatureconductivity,capacitanceeffectsandpolarizationeffectoftheerrorcausedtheneedforartificialcompensationortheuseofcomplexhardwarecircuit,causinginconveniencetotheuseofcircuitcomplexity,thescopeofasmallcorrection.Inthispaper,inalotofexperiments,basedonSCMapplicationoftheinstrument,conductancepoolwillbeseenasconductivitydetectioncircuitofaninputresistance.SCMusingalternatingsignaloutputpowerasincentivedetectioncircuit,theuseofSCMcontrolrangeofautomaticswitching,followedbydigitalfull-waverectifier,andtakefulladvantageoftheadvantagesofmicrocontrollerdevices.DetectionCircuitwillgaincoefficientfine-tuneanderrorcompensationsoftwaretoachievemaximumsimplifiesthehardwarecircuit,increasetheLCDdisplaymodule,thedesignanddevelopmentofasmartconductivitymonitor.Theinstrumenthashighmeasurementaccuracy,automaticswitchingrange,theconductivityvalueofdirectreading,theadvantagesofsimpleoperation.Keywords：ConductanceNG；Conductivity；SCM；SoftwareCompensation；Full-waverectifier1绪论1.1电导测量的意义随着工业的迅速发展，水质污染问题日趋严重。为了掌握污染情况，及时采取相应控制措施，水质检测内容不断增加，对水质检测系统的研发和应用提出了越来越高的要求，主要是利用溶液的成分和电导率之间具有一定关系的特性来分析介质溶液的导电现象及其规律性的测量方法。由于电导测试技术具有灵敏度高、可测范围宽、结构简单，所以在工业流程控制、医药卫生、科学研究和产品质量检验过程中电解质溶液的电导率测量也有很重要的意义。电导率的测量通常采用电极电导率测量法、电磁电导率测量法和超声波电导率测量法，尤其以前两种应用更为普遍。电磁电导率的测量实质上是通过电磁感应方法测量溶液回路导电能力，通过一个线圈(发射极)在液体回路中感应出电压，通过另一个线圈(接收极)接收由于感应电压而在液体回路中产生的电流。只要保持每一个线圈的圈数恒定，则液体回路中的电流与电导率成正比。这种测量由于不使用电极，不存在电极极化问题，也不存在电极表面涂镀耐腐蚀材料和堵塞问题，可在强酸强碱、高温高压等恶劣的条件下使用。但该方法的测量机理决定了它只能测量高电导率的溶液，测量范围窄，而且使用该方法研制的电导率仪造价较高，体积大。相对而言，电极电导率测量法采用的电极结构简单、造价低廉、测量范围广，尤其适合于低电导率的测量，本课题主要研究电极电导率的测量法[1]。1.2国内外研究和应用概况与发展趋势1.2.1电导测量的研究概况目前，国内外电极电导测量方法有很多种，按电极在测量电路中的位置可以分为四种：(1).电桥测量法电极对和导电溶液的等效阻抗构成平衡电桥或小平衡电桥的一个桥臂，电桥的输出反映待测溶液电导率的变化情况。这种方法测量灵敏度高，测量范围比较小，通常仅用于实验室分析。(2).电流法电极一般连接在运放的输入端，激励信号源在电极对间产生一个与被测电导成线性关系的电流，此电流流经一个标准采样电阻产生一个正比于被测电导的交变电压信号，对此交变信号进行放大、整流、滤波等处理就可以得到反映被测电导大小的直流电压信号。(3).分压法电极及溶液构成的等效阻抗与一个分压电阻串联，从电极两侧或分压电阻两侧取电压。取出的电压信号经放大、整流、滤波电路进一步处理得到反映被测溶液电导率大小的直流信号。由于分压电阻的取值可以根据需要灵活配置，这种测量方法具有测量范围灵活可调的优点，是一种相当成熟且应用广泛的测量方法。(4).频率法把电极及被测溶液的等效阻抗作为振荡电路的一个阻抗元件，溶液电导的变化影响振荡电路的输出信号的频率。由于频率信号易于实现远距离传输及电气隔离，振荡电路具有成本低、易于实现的优点，根据此方法很容易设计出便携式的电导测量仪[2]。由于温度影响电导率的准确测量，因此电导检测仪应采取合理的温度补偿措施，这方而也是国内外学者研究的重点之一，已商品化的仪器温度补偿方法主要有以下三种[3]:(1).恒温法将被测溶液的温度预先恒温到基准温度条件下再进行测量。但恒温法需要价格昂贵的精密恒温装置，条件也很难控制，所以在现场很少被采用。(2).手动温度补偿法手动设置系统的温度补偿系数。这种方法需先测出溶液温度，根据情况选择温度系数，一般为2%/℃。(3).自动温度补偿法包括热敏电阻温度补偿法和参比法。目前最先进的方法是精确测量电导率和温度，拟和出经验公式，利用单片机进行温度补偿，或者将测出的温度和电导率值存入单片机，使用查表方法进行温度补偿。1.2.2电导测量应用概况随着传感器的更新与微处理机的应用，电导仪的发展十分迅速。国外生产电导仪的著名厂家有意大利哈纳，日木横河公司，英国肯特公司等。哈纳(HANNA)公司的有HI255,HI98129及HI2300等，以HI2300为例，该电导仪可测溶液的电导率、TDS、温度，采用四环电导电极传感器，具有量程的自动与手动转换，可测范围在0～500.0mS/cm，相对精度为±1%，可通过RS232与上位机进行通信。并有一电压过高保护，温度补偿系数可调等优点。横河公司(YEW)曾推出EXASC智能化二线式电导率变送系统，小但具有高性能和多功能，而且使用方便，测量范围、温度补偿的基准温度和温度系数、电极常数都可以任意设定，所采用的四电极式探头做到线性化。英国肯特公司(KENT)曾推出两种的电导率变送器(4511型和4521型)。4511型是墙挂式仪表，显示器为5位数字显示测量值。4521型是盘装式仪表，显示器为20个字符点阵显示单元。两种变送器均能提供设置和操作时的信息(电极常数、参比温度、温度系数、报警状态等)，最多能提供4个可编程设定点。里兹—诺斯莱仪器公司开发了7082系列电导率/电阻率分析仪。电极材料分别采用钛或高密度石墨，管体为PES，测量介质最高温度可达140常数都可以任意设定。各用电源采用铅蓄电池能保留停电期间的设定值，该分析仪还具有扩大的联机诊断功能和键盘控制功能。在德国，还发表过一种快速在线测量液体电导率的简易装置的专利，其特点是将许多正负极性的短脉冲施加到待测对象上，测出每一个脉冲系统的响应，然后微机进行处理，该方法能够减少机械和电磁干扰对电导率测试的影响。国内生产电导仪的主要厂家有:以生产电化学仪器为主的上海雷磁仪表厂和以生产工业过程分析仪器为主的南京分析仪器厂，上海第二分析仪器厂，厦门市分析仪器厂。上海雷磁仪表厂的代表产品有DDD-32B型和DDG-55型等。80年代该厂从英国肯特公司随电站水质分析监测系列仪表一起引进了5203型工业电导仪制造技术，该型仪表可广泛应用在电站软化水、海水的淡化、原水和去离子水厂等有关部门进行水质监测。南京分析仪器厂生产的DD-101型电导仪，主要用于船舶海水淡化装置，连续分析海水淡化后的淡水中的含盐量，亦可用于电力、化工等部门监测供水中盐分含量。化工部自动化研究所研制成功的HZ-3900型工业防爆电导仪，通过有关计量部门审查测试和在扬子石化公司烯烃厂现场应用证明:各项性能数据良好，其技术性能已达到国外80年代同类仪表水平。目前国内仪器与国外仪器的差别主要是在对干扰的消除技术与电导电极的参数上。国内目前主流电极依然是用两电极探头，而国外基本上是四电极、六电极，且已经针对多电极测量提出了基于电导测量的多相流参数检测技术，根据工作原理不同分为电阻抗层析成像技术和电阻层析成像((ERT)技术两类。我国目前已有大量的科研单位开始对四电极的研究工作，取得不错的成绩，国家海洋持术中心李建国针对海水电导率的测量研制出了开放式四电极电导率传感器，精度可达±0.007mS/cm，但其测量范围为65mS/cm相对较窄。目前国内多所高校和研究机构，如清华大学、中国科学院、浙江大学等，也相继开展ERT技术研究。1.2.3电导测量发展趋势由上可知电导测量的发展趋势主要有以下两方面[4]:(1).电极材料随着新材料的推广与应用技术的进步，对电极材料不断改进，较传统的不锈钢、铜、银电极，化学和物理特性更稳定的铂电极、钛合金电极、导电陶瓷电极开始得到推广应用。同时新的测量对象随着生产和科研工作的开展不断出现，新的电极材料是以后研究发展的重点。(2).电极数目多电极电导率分布测量技术ERT与EIT技术将会得到更广泛的应用。EIT技术根据测量对象在交流激励下的电阻抗(实部和虚部)分布重建测量区域内的介质分布图像，ERT技术根据测量对象的电阻率或电导率(仅用实部)分布重建测量区域内的介质分布图像。ERT技术在理论复杂程度上比EIT相对低一些，适用于连续相为导电介质的多相系统的在线测量，相关技术的研究已成为检测领域科研人员近年来关注的热点之一。下面对其测量原理进行简单介绍:应用于多相流测量时，ERT系统通常把流经管道的多相流视为一个沿管道中心线方向具有均一性的流体，所获得的图像为多相流在管道内运动时某一管道横截而上的介质电导率分布图。由于不同介质电导率不同，因此ERT系统获得的管道横截而电导率分布与管道内介质分布是一致的。ERT系统通过在管道横截而的圆周上均匀安置的若干电极组成的电极阵列，在其中对电极间施加电流激励，同时测量其电极上的电势分布，然后通过一定的图像重建算法得到代表二维成像区域内的介质电导率分布的灰度图像。ERT技术随着“软场”问题的解决以及图像重建算法的成熟将会得到广泛的应用[5]。1.3本课题的意义电导率的测量在电厂、化工、冶金、医药和污水处理等部门的水质监测以及通过电导率测量溶液浓度(如盐量计，酸碱浓度计等)，当中应用十分广泛。国民经济和科学技术的不断发展，对溶液电导率测量精度要求越来越高。对电导率的测量通常采用电极电导率测量法、电磁电导率测量法和超声波电导率测量法。尤其以前两种应用更为普遍。电磁电导率测量实质上是通过电磁感应方法测量溶液回路导电能力，通过一个线圈(发射极)在液体回路中感应出电压，通过另一个线圈(接收极)接收由于感应电压而在液体回路中产生的电流。只要保持每一个线圈的圈数恒定，以及发射极驱动电压恒定，则液体回路中的电流与电导率成正比。这种测量法由于不使用电极，不存在电极极化问题，也不存在电极表面涂镀耐腐蚀材料和堵塞问题，可在强酸强碱，高温高压等恶劣的条件下使用。但该方法的测量机理决定了它只能测量高电导率的溶液，不适于高纯水测量，测量范围窄。同时用该方法研制的电导率仪造价较高。而相对而言，电极电导率测量法采用的电极结构简单，造价低廉，测量范围广，尤其适于测量高纯水，本课题主要研究电极电导率测量法[6]。电极电导率测量法根据电解导电原理，采用电阻测量法间接测量电导率，电导测量电极在测量过程中表现为一个复杂的电化学系统，存在许多影响电导率准确测量的因素，在高纯水测量中尤其明显。归纳起来有以下三方面:(1).极化效应。电解过程中，由于电极表面形成双电层，在电极和溶液之间产生与外加电势相反的极化电势，导致溶液电阻有增大趋势，造成误差。(2).电容效应。这是采用交流电源的结果。电极和溶液接触处的两层电荷之间形成双电层电容。因电荷的互相迁移及电荷对于电极的迁移所形成电解质电容。电极引线分布电容可以并入电解质电容，一起考虑。电容的存在不仅改变了两个极片间的电阻值，还会造成相移，引起误差。(3).温度对测量影响很大。温度直接影响溶液中电解质的电离度、溶解度、离子迁移速度、溶液的粘度和溶液的膨胀等，从而影响了溶液电导率的准确测量。长期以来，寻求克服上述各种因素影响，又便于在电导率仪中简便、可靠实现的电导率测量方法，成为技术研究人员和电导率仪生产厂家关注和研究的重要课题。2电导仪的测量原理2.1电解溶液的电导2.1.1电导概述物质按其在电场作用下导电与否分为导体、半导体和绝缘体。导体又可按导电方式分为两大类:第一类导体称为电子型导体，是依靠自由电子在电场作用下作定向运动而导电的导体：第二类导体依靠离子的定向移动而导电，称为离子导体。在工程技术上，通常用电阻来衡量第一类导体的导电能力，用电导来衡量第二类导体的导电能力。2.1.2电导与电导率当电流通过导体时，都会受到阻力的作用，称为电阻，用符号表示为R关系式为：式中：L——导体的有效长度(cm);A——导体的有效横截而积((cm2);ρ——电阻率(Ω·cm),它是导体的一个电特性参数上述关系适用于任一种导体，小过对于第二类导体(常为电解质溶液)，我们通常用电导和电导率，来表示这个阻力的大小。原因在于:第一类导体的电阻温度系数是正的，即温度升高，电阻率就增大，反之则减小。而第二类导体的温度系数是负的，即温度升高，电阻率减小，反之则增大。若采用电阻的倒数即电导来表征，则第二类导体的温度系数亦为正。这样，在实际运用中就比较方便。由此，电导的表达式为：式中：G——溶液的电导，单位为西门子(S)A——导体的有效横截面积((cm2)δ——电导率，单位为每厘米西门子或S/cmK一一电导池常数,是电导电极两极片之间的距离L与极片面积A的比值。电导率作为衡量水质和测量溶液浓度的一项重要指标，是很重要的化学量。电极电导率测量法根据电解导电原理采用电阻测量法间接测量电导率，电导池在测量中表现为一个复杂的电化学系统。影响电导率测量的因素主要有极化效应、电容效应和温度。2.1.3影响溶液电导率大小的因素电解质溶液在外加电场的作用下，其电流的大小是外加电压的溶液导电能力决定的。而溶液的导电能力与下列因素有关[7]。(1).与电解质的种类有关不同电解质溶液电导率的不同是由于各种离子在电场作用下移动的速度不同而造成的。离子所带电荷越多，受外加电场作用就越大，其运动速度就越快，导电能力就越强。强电解质的电导率往往大于弱电解质的电导率。因为强电解质在较稀的浓度范围内100%电离，而弱电解质却只有很少一部分电离，所以两种电解质溶液，尽管浓度相同但由于有效离子浓度不同，导电能力完全不同。(2).与溶液浓度有一关在低浓度范围内，电解质溶液的电导率与浓度之间具有线性关系。随着溶液浓度的增加，有效离子浓度也增加，电导率也就越高，离子迁移速度就越大，但当浓度大到一定程度后，由于离子间相互吸引、碰撞机会增加，离子有效浓度反而下降，导电能力也反而降低。对于电离度小大的弱电解质来说，由于受平衡条件的约束，单位体积内能导电的离子数目并不明显随浓度的增加而增加，其电导率也就几乎不随浓度的变化而变化。(3).与溶液的温度有关，如前所述，对于第二类导体，其电导的温度系数是正的。溶液温度升高时，溶液的导电能力增大。电导率与温度之间的关系表示为：式中Kt——t温度下溶液的电导率;Kto——to温度下溶液的电导率;β1，β2——溶液电导的温度系数(%/℃)要求不高时，可舍去高次项得：式中α与β上式中相同。从上述情况了解到，溶液的电导率是随着电解质的种类、离子的浓度、以及温度的不同而不同。由此，我们可以通过测量溶液的电导以表征该溶液的物理、化学性质，借以判断系统所处的状态。前两种因素是电导测量方法的检测机理，后者则是设计制造仪器时，人为考虑加以消除的因素。2.2电导测量原理电解质溶液的电导率是它一个重要的物理化学性质。对电导或电导率的测量在环保、食品、医药、化工、物理、电子工艺等诸多领域都得到了广泛的应用。由电导的物理概念可知:电导是电阻的倒数，对电导的测量就是对电阻的测量，但测定电解质溶液的电阻有其特殊性。特别是随着科学技术的不断发展，对水质的纯度提出了越来越高的要求。比如在高纯水制备中，先进的制水工艺已能制得电阻率与理论纯水极为接近的水，而对于如此超纯度的水，常规的电导仪已很难进行测定了。通常的情况下，诸多的因素影响着溶液的电导或电导率[8]。3系统的硬件组成3.1系统的组成整个系统包括：STC12C5410AD单片机，LM324芯片，LM358芯片，CD4051芯片以及电源系统和LCD液晶显示模块组成。其中LM324，LM358和CD4051芯片构成系统的数据的采集和初步处理单元，STC单片机为系统的数据处理及执行单元，LCD液晶模块为系统的显示单元。LM324和LM358主要为数据的放大功能，LM324为14个引脚，LM358为8个引脚。CD4051芯片为多路开关，实现系统的多量程切换，为16个引脚。3.2单片机的选择本课题的设计是一个基于STC12C5410AD单片机的电导检测系统，此单片机有以下特点[9]：(1).超强抗干扰.高抗静电（EDS保护）；轻松过4KV快速脉冲干扰（EFT测试）；宽电压，不怕电源抖动；宽温度范围，-40℃～85℃；I/O口经过特殊处理；单片机内部的电源供电系统经过特殊处理；单片机内部的时钟电路经过特殊处理；单片机内部的复位电路经过特殊处理。(2).一个时钟/机器周期，可用低频晶振，大幅降低EMI.(3).超低功耗.掉电模式：典型功耗＜0.1uA;空闲模式：典型功耗＜1.3mA;正常工作模式：典型功耗2.7mA～7mA;掉电模式可由外部中断唤醒，适用于电池供电系统.(4).在系统可编程，无需编程器，无需仿真器，可远程升级.(5).内部集成MAX810专用复位电路。原复位电路可以保留，也可以不用，不用时RESET脚直接短到地.3.2.1STC系列单片机的简介STC12C5410AD系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统的8051，但速度快8-12倍，内部集成MAX810专用复位电路。4路PWM，8路高速8位A/D转换。3.2.2STC单片机的管脚说明STC12C5410AD系列单片机其所有I/O口均可由软件配置成4种工作类型之一。4种类型分别为:准双向口(标准8051输出模式)、推挽输出、仅为输入(高阻)或开漏输出功能。每个口由2个控制寄存器中的相应位控制每个引脚工作类型。STC12C5410AD系列单片机上电复位后为准双向口(传统8051的I/O口)模式。2V以上时为高电平，0.8V以下时为低电平。图1.STC12C5410AD芯片(1).准双向口输出配置.准双向口输出类型可用作输出和输入功能而不需重新配置口线输出状态。这是因为当口线输出为1时驱动能力很弱，允许外部装置将其拉低。当引脚输出为低时，它的驱动能力很强，可吸收相当大的电流。准双向口有3个上拉晶体管适应不同的需要。在3个上拉晶体管中，有1个上拉晶体管称为“弱上拉”，当口线寄存器为1且引脚本身也为1时打开。此上拉提供基本驱动电流使准双向口输出为1。如果一个引脚输出为1而由外部装置下拉到低时，弱上拉关闭而“极弱上拉”维持开状态，为了把这个引脚强拉为低，外部装置必须有足够的灌电流能力使引脚上的电压降到门槛电压以下。第2个上拉晶体管，称为“极弱上拉”，当口线锁存为1时打开。当引脚悬空时，这个极弱的上拉源将产生很弱的上拉电流将引脚上拉为高电平。第3个上拉晶体管称为“强上拉”。当口线锁存器由0到1跳变时，这个上拉用来加快准双向口由逻辑0到逻辑1转换。当发生这种情况时，强上拉打开约2个机器周期以使引脚能够迅速地上拉到高电平。图2.准双向口输出电路(2).推挽输出配置.推挽输出配置的下拉结构与开漏输出以及准双向口的下拉结构相同，但当锁存器为1时提供持续的强上拉。推挽模式一般用于需要更大驱动电流的情况。图3.推挽输出电路(3).仅为输入(高阻)配置.输入口带有一个施密特触发输入以及一个干扰抑制电路。图4.高阻电路(4).开漏输出配置.当口线锁存器为0时，开漏输出关闭所有上拉晶体管。当作为一个逻辑输出时，这种配置方式必须有外部上拉，一般通过电阻外接到VDD。这种方式的下拉与准双向口相同。输出口线配置如下图所示。开漏端口带有一个施密特触发输入以及一个干扰抑制电路。图5.开漏输出电路3.2.3STC系列单片机的主要特性(1).增强型8051CPU,1T,单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051.(2).工作电压:STC12C5410AD系列工作电压:5.5V～3.8V（5V单片机）/3.8V～2.4V（3V单片机）.(3).工作频率范围:0～35MHz，相当于普通8051的0～420MHz。实际工作频率可达48MHz.(4).用户应用程序空间12K/10K/8K/6K/}lK/2K/1K字节.(5).片上集成512字节RAM(STC12C5410AD系列)，STC12C2052AD系列单片机为256字节RAM.(6).通用I/O口(27/23/15个)，复位后为:准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口).可设置成四种模式:准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏,每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不得超过55mA.(7).ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器，无需专用仿真器,可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序，数秒即可完成一片.(8).E2PROM功能.(9).看门狗.(10).内部集成MAX810专用复位电路(外部晶体20M以下时，可省外部复位电路).(11).时钟源:外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器,用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟,常温下内部R/C振荡器频率为:5.2MHz～6.8MHz,精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，应认为是4MHz～8MHz.(12).共2个16位定时器/计数器，但可用PCA模块再产生4个定时器(2052系列只有两路PCA)。(13).外部中断2路，下降沿中断或低电平触发中断,PowerDown模式可由外部中断唤醒。(14).PWM(4路)/PCA(可编程计数器阵列，4路),5410系列是4路，2052系列只有两路。可用来当4路D/A使用；可用来再实现4个定时器；可用来再实现4个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)。(15).A/D转换，10位精度ADC，共8路。STC12C2052AD系列只有8位精度.(16).通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，也可再用定时器软件实现多串口.(17).SPI同步通信口，主模式/从模式.(18).工作温度范围:0～75℃/-40～85℃.(19).封装:PLCC-32,PDIP-28，SOP-28，PDIP-20，SOP-20，TSSOP-20.PLCC-32有27个I/O口，PDIP28/SOP28有23个I/O口PDIP20/SOP20/TSSOP20有15个I/O口，I/O口不够时，可以用74HC595/74HC165串行扩展I/O口，或用双CPU，三线通信，还多了串口。3.3单八路模拟开关CD4051开关在电路中起接通信号或断开信号的作用。最常见的可控开关是继电器，当给驱动继电器的驱动电路加高电平或低电平时，继电器就吸合或释放，其触点接通或断开电路。CMOS模拟开关是一种可控开关，它不像继电器那样可以用在大电流、高电压场合，只适于处理幅度不超过其工作电压、电流较小的模拟或数字信号[10]。CD4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定。“INH”是禁止端，当“INH”=1时，各通道均不接通。此外，CD4051还设有另外一个电源端VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰－峰值达15V的交流信号。例如，若模拟开关的供电电源VDD=＋5V，VSS=0V，当VEE=－5V时，只要对此模拟开关施加0～5V的数字控制信号，就可控制幅度范围为－5V～＋5V的模拟信号。表1.CD4051单刀八掷开关输入状态接通通道INHCBA0000“0”0001“1”0010“2”0011“3”0100“4”0101“5”0110“6”0111“7”1均不接通3.4器件LM324的特点LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著的优点。该放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流大致为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。输出电压范围也包括含负电源电压[11]。LM324系列采用两个内部补偿，二级运算放大器。每个运放的第一级由带输入缓冲晶体Q21和Q17的差动输入器件Q20和Q18，以及差动到单端转换器Q3和Q4。第一级不仅完成第一级增益的功能，而且要完成电平移动和减小跨导的功能，由于跨导的减小，仅需使用一个较小的补偿电容，从而就可以减小芯片的尺寸。跨导的减小可由将Q20和Q18的集电极分离而实现。该输入级的另一特征是，在单电源工作模式下，输入共模范围包含负输入和地，无论是输入器件或者差动到单端变压器都不会饱和。第二级含标准电流源负载放大器级。每个放大器都有内部电压稳压器提供偏置。稳压器的温度系数低，因此，每个放大器就拥有良好的温度特性以及优异的电源抑制。(1).短路保护输出.(2).真差动输入级.(3).单电源工作：3.0伏至32伏.(4).低输入偏置电流：最大100纳安.(5).每一封装四个放大器.(6).内部补偿.(7).共模范围扩张到负电源.(8).行业标准引脚输出.(9).在输入端的静电放电箱位增加可靠性而不影响器件的工作.图6.LM324芯片3.5器件LM358的特点LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。特性(Features):(1).内部频率补偿.(2).直流电压增益高(约100dB).(3).单位增益频带宽(约1MHz).(4).电源电压范围宽：单电源(3～30V),双电源(±1.5～±15V).(5).低功耗电流，适合于电池供电.(6).低输入偏流.(7).低输入失调电压和失调电流.(8).共模输入电压范围宽，包括接地.(9).差模输入电压范围宽，等于电源电压范围.(10).输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V).图7.LM358芯片

4电导检测系统的电路设计4.1电导检测电路设计4.1.1系统设计(1).硬件框图.以下是电导监测仪的硬件框图。图8.电导监测硬件框图检测电路将测得的交流电导信号和温度信号经多路模拟开关送A/D转换器进行模数转换,多路模拟开关后边接有全波整流电路具有数字式全波整流功能[12]。图9.数字式全波整流电路仪器的微处理器采用STC12C5410AD单片机,它控制模拟开关的多路切换、A/D转换的启停、以及扫描显示和功能键的输入检测;单片机的ALE脚输出20KHz,用于电导检测电路的交流激励源。下面我们分别介绍各单元的设计思路。(2).电导、温度信号的检测.下图是电导信号检测电路:图10.电导信号检测电路图中Ga是电导池,它作为运算放大器反向放大电路的输入电阻接入电路。检测电路的激励电源,由单片机ALE信号的脉冲经接成电压跟随器形式的运放电路LM358驱动输出。ALE信号用作于激励电源的交流信号[13]。两个反向并联的硅二极管D1和D2,用于将交流激励信号稳压在±0.7V。由图可知,反向放大电路的增益为式中,Ra为电导池Ga的电阻。反馈电阻R1的大小在A、B两个通道中可决定不同的增益。图中CB、R3构成高通滤波器。LM324接成电压跟随器形式,将检测到的电导信号驱动输出到多路模拟开关。温度检测电路与电导池电极做在一起,可随时反映电导池溶液的温度。AD590是双端集成电路温度传感器,它的输出电流正比于绝对温度,在+4V～+30V的电源激励下,提供1uA/K的恒定电流。晶片被激光修正到在298.2K(+25℃)时输出298.2μA电流。我们用采样电阻上的压降VT除于采样电阻R6的值,再减去绝对温度值273.2,即可得到用摄氏表示的实时温度值。由于时间关系，这块仅作参考。(3).多路信号切换及数字式全波整流.用于多路信号切换的电路,采用八选一模拟开关电路CD4051。CD4051的三根选址线直接来自单片机的I/O口线。来自检测电路的电导检测信号是交流的,所以模拟开关输出端增加了的全波整流电路,由此实现了对交流检测信号的数字式全波整流。由于交流检测信号是正负波对称的周期信号,所以全波整流后的直流信号可线性地复现原信号。至于直流性质的温度检测信号在通过数字式全波整流电路时并不影响其线性复现。整流后的检测信号送A/D转换器进行模数转换[14]。(4).A/D转换及键盘显示扫描电路.STC12C5410AD系列带A/D转换的单片机的A/D转换口在P1口(P1.7～P1.0)，有8路10位高速A/D转换器,STC12C2052AD系列是8位精度的A/D，速度均可达到100KHz(10万次/秒)。8路电压输入型A/D，可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上电复位后P1口为弱上拉型I/O口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不需作为A/D使用的口可继续作为I/O口使用。需作为A/D使用的口需先将其设置为开漏模式或高阻输入，在P1M0,P1M1寄存器中对相应的位进行设置。表2.A/D使用P1M0，P1M1设置P1M0P1M1I/O模式00准双向口01推挽输出10仅为输入（高阻），做A/D使用，可选此模式11开漏，做A/D使用，可选此模式表3.A/D使用CSH0，CSH1，CSH2设置CHS2CHS1CSH0模拟输入通道选择000选择P1.0作为A/D输入来用001选择P1.1作为A/D输入来用010选择P1.2作为A/D输入来用011选择P1.3作为A/D输入来用100选择P1.4作为A/D输入来用101选择P1.5作为A/D输入来用110选择P1.6作为A/D输入来用111选择P1.7作为A/D输入来用键盘显示扫描电路由液晶显示模块和3个按键AN1～AN3构成。各个按键用于切换各通道显示值,设置运行时的报警限,以及用于设置(报警限设置和初始化设置)操作时的数值增和数值减。4.1.2系数及误差的软件调准和补偿作为测量仪器,误差的存在是必然的。该智能型电导监测仪电计部分的测量误差主要来自三个方面:连接电导池的导线电容引起的误差,检测转换电路(包括运放零漂、放大系数和A/D转换器非线性)引起的误差以及随机干扰误差。我们充分发挥智能仪器的优势,采用软硬件补偿调准的方法,既不增加硬件开销又抑制了绝大部分误差对测量的影响。软件补偿工作分两步:在仪器出厂时进行初始化设置,在实时运行时进行补偿计算[15]。(1).零误差的软件补偿.仪器在零输入时应该是零显示,但往往是因为仪器某个环节的不理想而导致显示不为零。该电导监测仪在补偿前也有零误差的显示,它主要来自运放的零漂和电导池导线电容。由于采用的是通用型运放,零漂的影响是不容忽视的。由于电导检测电路的激励电源是交变的,所以连接电导池的两根导线如在一根电缆中,就相当于在电导池上并联了一个小电容。为了防止用户的误操作,仪器的初始化设置态和运行态由变动印制版上的短路块来进行。在仪器的初始化设置时,我们让电导池脱离溶液悬空(相当于零输入),同时按动面板上的两个按键,单片机读入零误差(运放零漂和电导池导线电容引起),存入E2PROM串行可擦存储器中;在仪器处于实时运行态时,单片机将实时测量值减去E2PROM中的零误差后作为真正的测量值。这就完成了零误差的软件补偿。(2).检测电路传递函数误差及A/D基准电压误差的软件补偿.电导信号检测电路是一运算放大器的反向放大电路,其传递函数为一般情况下是用可调电阻器来调准由反馈电阻和激励电源的容差所引起ko误差的。A/D转换表达式为式中,N是转换后的数字量;Vo是来自检测电路中运放输出的模拟量;VR是A/D转换器的外接基准电压。当VR为1V时(一般情况下VR是通过一电位器来调准的),Vo的输入范围可为0～2V。我们可将上式写成N=kADVo。如果,从转换后的数字量N到最后显示输出的Ns(μS/cm)电导率值之间还需乘一个量纲转换系数kq,即则由式可见,Ns的获得受诸多因数的影响,靠硬件(电位器)调准是较为繁琐的,且可动元件的长期稳定性是令人不放心的。在智能电导监测仪的设计中,我们把仪器中由激励电源容差和固定电阻器容差引起的ko误差kAD误差与量纲转换系数kq合并,统一进行线性系数k的软件调准和补偿。在仪器的初始化设置时,用交流标准电阻箱替代电导池连接到电计,按动按钮调准显示值到标准电阻箱给出的电导值G,此时单片机计算出线性系数k=Ns/G后存入E2PROM中;实时运行时,即用此k值作为量纲转换系数乘于A/D转换器的读数得出电导率显示值。既节省了硬件开销,又消除了可动元件的长期不稳定性。温度传感器AD590的量纲转换系数的调准与误差补偿也同此操作。由于时间原因，我们也采用了用电位器调准线性系数的传统方法[16]。(3).随机干扰误差的消除.由于仪器是通过一段电缆与电导池连接,由外界随机干扰和电源的工频干扰所引起的误差是不可避免的。我们除了将A/D转换器的时钟频率定在工频频率的整数倍外,还将采样间隔定在20ms的整数倍以消除工频干扰。为消除随机干扰,我们将16次测量值去除最大值和最小值后再取均值,充分发挥了智能仪器的软件优势。(4).电导测量值的温度补偿.电导的测量受温度的影响是很严重的。被测溶液中温度升高,使离子的迁移速度加快,电导率增加,一般温度升高1℃,电导率约增加2%～2.5%。所以在实验室的电导分析法中,要求控制溶液的温度恒定。为使被测溶液电导率在不同温度时具有可比性,我们将测温传感器AD590与电导池电极做在一起,测得水溶液的温度后,在0～60℃范围内,用软件对被测水溶液的电导率进行全自动温度补偿,补偿基准为25℃。软件按下式进行水溶液温度补偿的计算[17]:式中,k(25℃)为折合到25℃时的电导率;Gt为温度t时电导;J为电导池常数;t为测量Gt时溶液温度;β为补偿系数,被测溶液为一般水质时取0.02。4.2电源的设计图11.电源原理图电源的设计采用传统的方法，变压器用9脚12伏输出，经过二极管4007的全波整流，7805,7905稳压，输出正负5V电流。所用器件：(1).变压器12V，一个.(2).二极管4007四个，拥有正负极.(3).电解电容3000uF一个，1000uF两个，470uF一个.(4).瓷片电容0.1uF四个.(5).稳压管7805，7905各一个.4.3LCD液晶显示液晶显示器(LCD)具有显示清晰、美观、功耗微小等优点。近年来随着产量的增加，其价格已十分低廉，是值得首选的显示器件，然而液晶显示器的使用相对复杂一些，令许多设计人员望而却步。实际上，现在驱动液晶的器件很多，许多新型单片机本身就带液晶驱动器，使用起来当然很方便。但是在我们设计产品时常常遇到这种情况:需要显示的内容并不多，如果选用带液晶驱动器的单片机颇有些大材小用，通过对液晶显示器工作原理的深入分析和实验，用我们熟悉的普通单片机直接驱动液晶显示器是完全可行的。(1).SMS0601主要技术参数:显示容量:6位数字+两个分割符模块工作电压:2.7～5.5V工作电流:30uA（3.0V）300uA（5.0V）字高:12.7mm视角:6:00显示方式:反射式正显示接口方式:二线式串行接口环境相对湿度:<85%工作温度:-10～+500℃存储温度:-20～+600℃接口信号说明:DI:串行数据输入CLK:串行移位脉冲输入VDD:电源正极VSS:电源地(2).地址映射表为:表4.LCD地址映射表LCDBUFD7D6D5D4D3D2D1D00COL2COL111E1D1C1H1B1A1F1G22E2D2C2H2B2A2F2G33E3D3C3H3B3A3F3G44E4D4C4H4B4A4F4G55E5D5C5H5B5A5F5G66E6D6C6B6A6F6G4.4通信接口电路4.4.1通信协议的概念通信协议即通信系统中为监督和管理两个实体间数据交换而规定的一个统一的通信规则，即通信的内容是什么，如何通信，何时通信，都必须在通信的实体之间达成大家都能接受的协定。概括的说，通信协议是对数据传送方式的规定，包括数据格式定义和数据位定义等[18]。通信方式分为串行通信和并行通信。并行通信是数据的所有位同时被传送，串行通信是数据用一根传输线逐位顺序传送。由于并行通信所用的数据线比较多，对于远距离通信不但成本高，而且不容易实现，所以这里采用串行通信。串行通信又分为异步串行通信和同步串行通信。同步通信的数据传输速率较高，通常可达到56000bps或者更高。但是同步通信要求发送和接收时钟保持严格同步，故发送时钟除应和发送波特率保持一致外，还要求把它同时传送到接收端去。而异步通信不需要传送同步脉冲，字符帧长度也不受限制，故所需设备简单。缺点是字符帧中因包含有起始位和停止位而降低了有效数据的传输速率。但是异步串行通信比同步串行通信误码率要低，所以我们采用异步串行通信方式，帧格式如下：表5.异步通信帧格式起始位DD1D2D3D4D5D6D7校验位停止位数据通信系统的质量标准应该满足以下三点要求[19]:(1).传输速率它是衡量数据通信系统通信能力的指标。它表征了单位时间内传送的信息量，一般为1200～9600bit/s。在本系统中采用9600bit/s.(2).误码率Pe=接收差错的比特数/总的传输比特数.(3).可靠性Pr=(系统正常工作的时间/系统工作总时间).4.4.2MAX232的应用在通信过程中PC机串口是RS-232电平的，而单片机串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，我们采用了专用芯片MAX232进行转换[20]。EIARS-232C是异步串行通讯中应用最广泛的标准总线，它包括了按位串行传输的电气和机械方面的规定。适用于数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间的接口。其中DTE主要包括计算机和终端机，而DCE的典型代表是调制解调器（MODEM）。

RS-232C的指标规定：RS-232C接口通向外部的连接器（插针插座）是一种“D”型25针插座。在微机通讯中，通常被使用的RS-232C接口只有九根引脚。

各个引脚号，符号以及功能[21]：

(1).TXD输出发送数据.(2).RXD输入接收数据.

(3).RTS输出请求发送.

(4).CTS输入清除发送.

(5).DSR输入数据通讯设备准备好.

(6).GND

信号地.

(7).DCD输入数据载体检测.

(8).DTR输出数据终端准备好.(9).RI输出振铃提示.

由于TTL电平和RS-232C电平互不兼容，所以两者接口时，必须进行电平转换。

MAX232的优点是：

(1).一片芯片可以完成发送转换和接受转换的双重功能.(2).单一电源+5V供电.

MAX232的管脚说明：

(1).C1+，C1-，C2+，C2-：外接电容端.(2).R1IN，R2IN：2路RS-232电平信号接收输入端.

(3).R1OUT，R2OUT：2路转换后的TTL电平接收信号输出端，送单片机的RXD接收端.

(4).T1IN，T2IN：2路TTL电平发送输入端，接单片机的TXD发送端.

(5).T1OUT，T2OUT：2路转换后的发送RS-232电平信号输出端，接传输线.

(6).V+：经电容接+5V电源.

(7).V-：经电容接地.图12.串口通信电路

5电导检测系统的设计过程

PCB板的制作在protel99

se中进行，Protel99SE采用数据库的管理方式。Protel99SE软件沿袭了以前版本方便易学的特点，内部界面与Protel99大体相同，新增加了一些功能模块，功能更加强大。新增的层堆栈管理功能，可以设计32个信号层，16个地电层，16个机械层。新增的3D功能让您在加工印制版之前可以看到板的三维效果。增强的打印功能，使您可以轻松修改打印设置控制打印结果。Protel99SE容易使用的特性还体现在“这是什么”帮助，按下右上角的小问号，然后输入你所要的信息，可以很快地看到特性的功能，然后用到设计中，按下状态栏末端的按钮，使用自然语言帮助顾问[22]。99SE是PROTEL家族中目前最稳定的版本，功能强大。采用了*.DDB数据库格式保存文件，所有同一工程相关的SCH、PCB等文件都可以在同一*.DDB数据库中并存，非常科学，利于集体开发和文件的有效管理。还有一个优点就是自动布线引擎很强大。在双面板的前提下，可以在很短的时间内自动布通任何的超复杂线路！5.1电路原理图的绘制过程在PCB板制作之前，先进行了原理图的绘制。图13.电导监测仪原理图(1).新建设计数据库文件.

双击Protel99SE

图标，点击File(文件)中new项，新建设计数据库。新建设计文件有两种方式：一种为MS

Access

Database方式，全部文件存储在单一的数据库中，同原来的99文件格式。另一种为Windows

File

System方式，全部文件被直接保存在对话框底部指定的磁盘驱动器中的文件夹中，在资源管理器中可以直接看到所建立的原理图或PCB文件。在Browse选项中选取需要存储的文件夹，然后点击OK即可建立自己的设计数据库。然后新建文档，给文档取与设计相同的文件名。双击打开，这样就可以开始工作了。

(2).原理图图纸设计.

打开“设计”“选项”“图纸选项”就可以设定图纸了，由于本设计原理图不是太大，所以选用A4纸，便于安放器件，所以抓取和可视都选用“5”。图纸放大就可以进行下一步的器件安放了。

(3).器件的安放.

器件的安放先要添加库，库文件在系统盘下，在99

SE下的lib文件夹下。具体路径为“设计”“添加/删除库”

然后对话框打开就可以直接添加了。库添加完后，就寻找器件，找到后单击，然后“放置”，在器件浮动的状态可以对器件进行旋转，“空格”顺时针旋转90度，“x”左右翻转180度，“y”上下翻转180度。然后根据电路需求进行安放。由于电子产品的日新月异，不是每个都也有图库了，所以有的需要自己建。当器件按需要安放完后就开始连线了。

(4).原理图连线设计.

确定起始点和终止点，Protel99

SE就会自动地在原理图上连线，从菜单上选择“Place/Wire”后，按空格键切换自动连线方式。观察状态栏就可以看出“Auto

Wire”Protel99

SE

自动连线、任意角度连线，使得设计者在设计时更加轻松自如。只要简单地定义AutoWire方式。自动连线可以从原理图的任何一点进行，不一定要从管脚到管脚。

(5).同步设计.

在Protel99SE中使得原理图与PCB同步是容易的。Protel99SE包含一个强大的设计同步工具，使得非常容易地在原理图和PCB之间转移设计信息。同步设计是更新目标文件的过程，它基于参考文件中上一次的设计信息。当你执行同步时，通过以下选择告诉它要转换的方向：

从原理图到PCB的更新,从PCB到原理图的更新。

同步设计执行设计信息的初始化转移，还有正向和反向标注处理、替换创建的网络表—加载网络表顺序、反向标注—在PCB设计中习惯使用的重标注顺序。

(6).在原理图上标注汉字或使用国标标题栏.

在原理图上放汉字，可以直接点击“Place”选乡下的“Annotation”放置汉字。

如果想要使用国标图纸做标题栏，选择“Design”下的“Template”里的“Set

Template

File”，找到国标标题栏所在的目录，打开图纸的标题栏将被切换为国标形式。5.2PCB板的制作(1).将原理图中的选择传递到PCB中.

在原理图中选择一组器件，点击\\Tool\Select

PCB

components选项，PCB中相同的元件也将被选中。

(2).生成网络表.

当设计好原理图，在进行了ERC电气规则检查正确无误后，就要生成网络表，为PCB布线做准备。网表生成非常容易，只要在“Design”下选取“Create

Netlist”对话框，设置为那种格式的网络表。网表生成后，就可以进行PCB设计了。

(3).板框导航.

当设计了原理图，生成了网表，下一步就要进行PCB设计。首先要画一个边框，可以借助板框导航，来画边框。在“File”下选择“New”中的“Wizards”,在选取“Printed

Circuit

Board

Wizard”，点击“OK”即可，按照显示对话框的每一步提示，完成板框设计。

(4).建立PCB文件.

要进行PCB设计，必须有原理图，根据原理图才能画出PCB图。按照上述板框导航生成一张“IBM

XT

bus

format”形式的印制板边框。选择PCB设计窗口下的“Design”中的“Add/Remove

Library”,在对话框上选择“4

Port

Serial

Interface.ddb”,在“\Design

Explorer

99SE\Examples”文件夹中选取，点取“Add”,然后“OK”关闭对话框。在左侧的导航树上，打开“4

Port

Serial

Interface.prj”原理图文件，选择“Design”下的“Update

PCB”，点取“Apply”，“Update

Design”对话框被打开，点取“Execute”选项。对话框“Confirm

Component

Associations”对话框将被打开，网络连接表列出，选择应用“Apply”更新PCB文件，由于Protel99SE采用同步设计，因此，不用生成网表也可以直接到PCB设计。这时，一个新的带有网络表的PCB文件将生成。

(5).布局设计.

布线的关键是布局，多数设计者采用手动布局的形式。“Room”定义规则，可以将指定元件放到指定区域。Protel99

SE在布局方面新增加了一些技巧。新的交互式布局选项包含自动选择和自动对齐。使用自动选择方式可以很快地收集相似封装的元件，然后旋转、展开和整理成组，就可以移动倒板上所需位置上了。当简易的布局完成后，使用自动对齐方式整齐地展开或缩紧一组封装相似的元件。

(6).布线设置.

在布线之前先要设置布线方式和布线规则。Protel99

SE有三种布线方式：忽略障碍布线（Ignore

obstacle），避免障碍布线（Avoid

obstacle），推挤布线（Push

obstacle）。可以根据需要选用不同的布线方式，在“Tools”工具菜单下选择“Preferences”优选项中选择不同的布线方式。也可以使用“SHIFT+R”快捷键在三种方式之间切换。

接着选择布线规则，在“Design”下选择“Rules”对话框，选择不同网络布线的线宽，布线方式，布线的层数，安全间距，过孔大小等。有了布线规则，就可进行自动布线或手动布线了。如果采用自动布线，选择“Auto

Route”菜单，Protel99SE支持多种布线方式，可以对全板自动布线，也可以对某个网络、某个元件布线，也可手动布线。手动布线可以直接点击鼠标右键下拉菜单“Place

track”，按鼠标左键一下确定布线的开始点“Backspace”取消刚才画的走线，双击鼠标左键确定这条走线，按“ESC”退出布线状态。用“Shift”加空格键可以切换布线形式，“45°”“90°”弧形布线等方式之间切换。Protel99

SE提供了很好的在线检查工具“Online

DRC”随时检查布线错误（在工具菜单的优选项下面）。如果修改一条导线，只需重画一条线，确定后，原来的导线就会自动被删除。

(7).电气规则检查.

当一块线路板已经设计好，要检查布线是否有错误，Protel99

SE提供了很好的检查工具“DRC”

自动规则检查。只要运行“Tools”下的“Design

Rule

Check”，计算机会自动将检查结果列出来。

(8).可以在PCB中修改元件封装.

操作步骤：

增加焊盘，将焊盘设置为被选中状态；

将需要增加的元件恢复原始图素；

选\Tools\Covert\Add

Selected

Primitives

to

Component；

提问要增加焊盘的元件，确认即可。

(9).建立新的PCB器件封装.

由于硬件厂家发展速度非常快，器件的不断更新，经常需要从库里增加器件封装，或增加封装库。Protel99

SE提供了很好的导航器，帮助完成器件的添加。根据文件产生PCB封装库。打开“LCD

Controller.ddb”设计数据库，选中“LCD

Controller.PCB”并打开。在“Tools”下选择“Make

Library”，建立一个新库文件“LCD

controller.lib”,所有PCB中的器件封装被自动抽取出来，保存在库文件中。在这个新库文件中建立器件封装，点击左侧导航树上的“Browse

PCBlib”,可以浏览这个库里现有的元件，创建一个新的元件选择“Tools”下的“New

Component”，弹出一个器件封装模板，按照提示，生成需要的器件封装。

(10).打印预览.

在Protel99SE中可以观看打印效果，通过\\File\Print/Preview控制打印参数，修改打印结果。可以在打印预览中任意添加层或删除层。

这样，一张完整的PCB图就可以打印出来了。图14.电导监测仪PCB图5.3电路板的腐蚀、焊接首先将PCB图打印在热转印纸上，然后经过热转印机把PCB图转印在覆铜板上，将板子放进三氯化铁溶液中。当电路板腐蚀出来后，先检查，然后打磨，再搽上松香水。就可以开始按原理图焊接了。焊接时要注意虚焊和短路情况出现。

焊接是要先焊单片机的主电路，以便于对各部分电路的测试。当焊完一部分子电路后，要先输入子程序进行检测，看是否有输入或输出。焊完后，就可以进行电路总体性能测试了。

在测试之前，一定要先对电路检测，看是否有短路情况出现，以免芯片损坏。电源输入电压也是关键因素，在供电之前先量量。

5.4制作电路版的一些注意事项(1).焊孔不能太小，一般直径要在18mm以上，否则打孔的时候焊孔会打掉。(2).线不能太细，一般最细为0.5mm，要不然腐蚀的时候线容易腐蚀断。(3).如果是做双面板，首先要注意正面要反一下在打印，反面就用反了。其次正反两面转印前要对准，否则板子也就废了，这里有几种方法：第一种就是在转印前在PCB上打几个没用的孔，最好呈三角形，接着先转印一面，然后把那几个孔先打孔，把另外一面对着那几个孔对准，在转印这一面，这样基本上就可以对准了。另外一种就是在转印前就先对准，用胶带胶好。具体步骤为，先把找到板子的一个直角，接着用尺子的直角代替，在尺子上把正反两面对准，因为尺子是透明的，对准比较容易，把覆铜板替换尺子，用胶带胶好就可以转印了。最后做双面板还要注意正反两面的连接处，俗称过孔，要放在器件外部，因为如果放在器件引脚上的话就无法焊接了。6总结本文从电导测试技术的原理性研究出发，介绍了电导测量系统所面临的问题(极化效应、电容效应及温度)，并在分析了目前常用测量方法的优点与不足的基础上提出了以双极性脉冲为激励源的测电导系统。系统的特点主要有:(1)．针对两电导电极，由于极化现象显著，为减小极化效应而引入高频激励源.(2)．为保证系统供电的稳定性，加入了电源管理模块.(3)．利用模拟多路开关实现自动量程切换.(4)．利用芯片进行数字式全波整流.由于该系统具有测量范围广、精度高、操作简单等优点，经进一步完善后可广泛应用于电力、化工、环保、制药、冶金、生化、食品和供水等行业，应用前景良好。论文中详细讨论了仪器的软、硬件设计，对影响测量的主要因素做了深入的分析与研究，讨论了温度对水溶液电导率测量的影响。在硬件电路设计时，注重激励脉冲电压源和自动换档电路的实现，使用快速切换的模拟电子开关保障了仪器测量的准确度。弃用复杂电路对极化、电容效应的补偿，提出并运用软件数据拟合的方法，实现了软件的误差自动补偿技术。系统有待改进之处:(1)．本系统的测量范围与精度有赖于电导电极以及放大器的芯片的误差，本次设计对电极的材料与一些电极本身的误差消除方法未深入研究.(2)．系统没有很好的利用单片机进行温度补偿和脱盐率标值的计算.

致谢本论文的全部研究工作都是在导师潘教授的悉心关怀和精心指导下完成的。从选题、课题进展与技术研究到论文的审阅定稿，潘导师都倾注了太多的心血。潘导师渊博的学识、严谨厚重的学风、丰富的工程经验和敏捷的思维以及一丝不苟、以身作则的敬业精神给我留下了深刻的印象，将对我以后的成长发展有重大意义和终生受益。在此谨向潘导师致以最崇高的敬意和最诚挚的感谢!感谢同实验室的各位同学和同寝室的各位同学在电路设计方面，电路调试方面以及在生活和学习上的帮助。参考文献:[1]兰敬辉.溶液电导率测量方法的研究.大连理工大学.硕士学位论文.2002.09.02[2]俞宏波.以电导率测量为核心的多参数水质检测系统的研究.哈尔滨工业大学.硕士学位论文.2015.11.14[3]陈志永.自动换档水电导率仪的研制.河北工业大学.硕士学位论文.2022.07.07[4]曹昌年.电导率仪的改进.中国仪器仪表.199803期[5]张发亮，郭茂林，陈伟.电导率测量中应注意的几个问题.山西化工.199504期[6]左月明，卫勇.一种智能型电导率仪的设计与研究.农业工程学报.2001.3[7]傅卫卫，应伯根.工业水处理过程中电导率测量方法的研究.浙江大学学报.1999.3[8]J.H.Noggle.PhysicalChemistry.Boston,Little,Brown&Co,1985.[9]姚永平.STC12C5410AD系列1T8051单片机中文指南.宏晶科技.2015.08.07[10]韩万祥,杨富贵,张世文.一种自动切换量程电路的设计及应用.河北建筑科技学院学报.1999.9,16(3)[11]李清泉，黄昌宁.集成运算放大器原理与应用.科学出版社.1980.4[12]潘文诚.智能型电导监测仪的研制.计量技术.200204期[13]黄利君.自动量程转换电路设计.西安石油学院学报(自然科学版).2021.3,18(2)[14]韩万祥,杨富贵,张世文.一种自动切换量程电路的设计及应用.河北建筑科技学院学报.1999.9,16(3)[15]S.H.Mason,J.B.Lando.FundamentalsofPhysicalChemistry.CollierMacmillanPublishers,1974[16]张益，李智灵.微型电导率仪的研制.分析仪器.199403期[17]苏永慧，刘光明.电导率温度校正计算方法的改进.重庆环境科学.1997.6[18]张丽云.计算机接口实验平台的研制与开发.北京交通大学硕士学位论文,2016.3[19]张俊谟.单片机中级教程.北京航空航天大学出版社.2000.6[20]Maxin.ProductSelectorGuide2001[21]Maxin.ProductSelectorGuide2000[22]王正谋，朱力恒.Protel99SE电路设计与仿真技术.福建科学出版社.2022.3

高考语文试卷一、语言文字运用（15分）1．在下面一段话的空缺处依次填入词语，最恰当的一组是（3分）提到桃花源，许多人会联想到瓦尔登湖。真实的瓦尔登湖，早已成为▲的观光胜地，梭罗的小木屋前也经常聚集着▲的游客，不复有隐居之地的气息。然而虚构的桃花源一直就在我们的心中，哪怕▲在人潮汹涌的现代城市，也可以获得心灵的宁静。A．名闻遐迩闻风而至杂居 B．名噪一时闻风而至栖居C．名噪一时纷至沓来杂居 D．名闻遐迩纷至沓来栖居2．在下面一段文字横线处填入语句，衔接最恰当的一项是（3分）在南方，芭蕉栽植容易，几乎四季常青。▲至于月映蕉影、雪压残叶，那更是诗人画家所向往的了。①它覆盖面积大，吸收热量大，叶子湿度大。②古人在走廊或书房边种上芭蕉，称为蕉廊、蕉房，饶有诗意。③因此蕉阴之下，是最舒适的小坐闲谈之处。④在旁边配上几竿竹，点上一块石，真像一幅元人的小景。⑤在夏日是清凉世界，在秋天是分绿上窗。⑥小雨乍到，点滴醒人；斜阳初过，青翠照眼。A．①③②④⑥⑤ B．①④②③⑥⑤C．②①④③⑤⑥ D．②③④①⑤⑥3．下列诗句与“悯农馆”里展示的劳动场景，对应全部正确的一项是（3分）①笑歌声里轻雷动，一夜连枷响到明②种密移疏绿毯平，行间清浅縠纹生③分畴翠浪走云阵，刺水绿针抽稻芽④阴阴阡陌桑麻暗，轧轧房栊机杼鸣A．①织布②插秧③车水④打稻 B．①织布②车水③插秧④打稻C．①打稻②插秧③车水④织布D．①打稻②车水③插秧④织布4．阅读下图，对VR（即“虚拟现实”）技术的解说不正确的是一项是（3分）A．VR技术能提供三个维度的体验：知觉体验、行为体验和精神体验。 B．现有的VR技术在精神体验上发展较快，而在知觉体验上发展较慢。C．VR技术的未来方向是知觉体验、行为体验和精神体验的均衡发展。D．期许的VR体验将极大提高行为体验的自由度和精神体验的满意度。二、文言文阅读（20分）阅读下面的文言文，完成5—8题。临川汤先生传邹迪光先生名显祖，字义仍，别号若士。豫章之临川人。生而颖异不群。体玉立，眉目朗秀。见者啧啧曰：“汤氏宁馨儿。”五岁能属对。试之即应，又试之又应，立课数对无难色。十三岁，就督学公试，补邑弟子员。每试必雄其曹偶。庚午举于乡，年犹弱冠耳。见者益复啧啧曰：“此儿汗血，可致千里，非仅仅蹀躞康庄也者。”丁丑会试，江陵公①属其私人啖以巍甲而不应。曰：“吾不敢从处女子失身也。”公虽一老孝廉乎，而名益鹊起，海内之人益以得望见汤先生为幸。至癸未举进士，而江陵物故矣。诸所为附薰炙者，骎且澌没矣。公乃自叹曰：“假令予以依附起，不以依附败乎？”而时相蒲州、苏州两公，其子皆中进士，皆公同门友也。意欲要之入幕，酬以馆选，而公率不应，亦如其所以拒江陵时者。以乐留都山川，乞得南太常