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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

目的：了解测量液体PH值的原理和方法，深化对MSP430单片机系统的理解，掌握液体PH值测量仪的设计技巧，以软硬件结合的方式实现数据采集与显示的功能，从而学会系统设计及研究方法，提高综合运用所学知识解决实际问题的能力。研究意义：如今生产、生活的各个方面都离不开pH的测量与控制，pH的测定在电力、化工、医药和环保等部门被广泛应用。国内外都已经研制出各式各样的pH测量仪，仪器的设计和研制朝着便携化、智能化的趋势发展。价格低廉的测量仪普遍存在精度不高、测量幅度有限、产品技术落后于的问题；而精度较高的产品动辄上千，也大都存在体积偏大的问题。因此设计一种精度高、测量范围广且价格低廉的便携式pH测量仪成为这次设计的主要任务。本次设计主要是着眼于控制设计成本，降低产品功耗，提升测量的范围和精度。本设计通过电位法测量液体pH值，对pH传感器输出的电压信号进行放大，再传入单片机内部进行A/D转换，经过程序算法得到精确的pH值。将由温度传感器采集到的温度信号传入单片机进行进制转换，并通过液晶显示出来。考虑到由于温度变化带来的pH测量误差，故在设计中加入温度补偿校正，使其能够更加准确地监测液体的pH。

国内外研究现状

pH值测量仪的型号和产品多种多样，主要有pHS-3C数字酸度计、Delta320ApH计、玻璃电极、甘汞电极、复合电极等。玻璃电极测定简便快速，但是在测定pH过9的溶液时，指示的pH值较实际值低。饱和甘汞电极电位受温度影响最大，使用时注意温度变动不宜太大。由高温降至低温时，甘汞电极的电位需要很长时间才能达到稳定数值。复合电极是将指示电极和参比电极组成一个单体。该电极采用超低阻抗敏感玻璃膜制成，在低电导、高纯水场合下具有响应快、测量准、稳定性好、不易水解的特点。目前测定pH值都用此电极。目前国内PH值测量仪的典型产品包括如下几种：深圳市卡迪亚笔式酸度计属于ORP(氧化还原电位)数字式pH计。该产品的特点是精度不高，便于携带，价格便宜。上海精贤光电科技PHS-3C型数字式PH计，该产品的特点是LED数码显示并同时实现温度补偿，仪器测量精度高、可靠性好、稳定性强、使用方便，但是价格偏高。雷磁PHS-25型指针型pH计，该产品的特点是具有手动温度补偿功能但是精度不高。梅特勒-托利多的FiveEasy系列（包括复合电极和氧化还原多种系列）酸度计，具有测量模式和仪表自检等出色的功能，以及自动终点判定和自动识别缓冲液等实用功能，价格较高。德国WIGGENS pH610台式pH/ORP计。该产品的特点是自动缓冲溶液识别，自动读数锁定、五点校准，可以选择NIST标准或客户自定义标准溶液，精度高。综上所述，国内外pH值测量仪的研究都朝着便携化、智能化的方向发展，与国外的产品相比，国内的产品普遍存在精度不高、产品技术落后于国外的情况。但是国外的产品一般价格比较高，动辄上千。从测量方法上来看，如今更多的国内外产品采用电位法测量的方法，在材料选择方面选用玻璃电极传感器，具有精度高、低功耗、易携性的优点。

2. 研究的基本内容

本课题主要是设计一种便携性高、费用低的智能ph值测量仪。

该ph值测量仪以ti公司的msp430f149低功耗单片机为核心，选用arduino ph传感器对液体ph值进行测量；选用ds18b20温度传感器对外部环境温度进行测量；选用tlc4502运算放大器对ph传感器电压信号进行放大；采用单片机内部a/d模块adc12进行a/d转换；采用lcd1602液晶显示模块显示采集到的液体的ph值和温度值。

考虑到温度对测量结果的影响，系统还添加了温度补偿软件设计，使设计系统更能准确监测外液体的ph值。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实行方案：本设计是以ti公司的msp430f149低功耗单片机为核心，选用arduino ph值传感器对液体ph值进行测量；选用ds18b20温度传感器对外部环境温度进行测量；选用tlc4502运放模块对ph传感器电压信号进行放大；采用单片机内部a/d模块adc12对ph电压信号进行a/d转换；采用lcd1602液晶显示模块显示采集到的液体的ph值和温度值。

了解到温度对ph值传感器测量结果有影响，通过软件编程的方法实现对ph值测量结果的温度补偿。

该系统可以实现数据采集、数据处理、数据显示等功能。

4. 参考文献

[1] 闫中灿，李志民，宋代清等.《嵌入式单片机系统在微型ph计中的应用》[j].东北电力学院学报，2003，23（1）：55-57.

[2] 沈建华.《msp430系列16位超低功耗单片机原理与应用》[m].北京：清华大学出版社，2004.

[3] 杨华庭.《具有自动温度补偿的ph测量装置》[j].仪器仪表学报，1997，18（4）：426-427.