基于虛擬儀器的濁度測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

　　0引言

　　濁度是工業(yè)水處理(除鹽水)檢驗(yàn)水質(zhì)要求的一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)除鹽水的水質(zhì)要求較高。目前，濁度的測定大部分都是停留在傳統(tǒng)儀器的模式下，沒有擺脫獨(dú)立使用，手動(dòng)操作的模式。隨著科技的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的處理能力，虛擬儀器在測定系統(tǒng)中正被廣泛采用，它可以利用虛擬儀器的多面板能滿足多功能的測量要求，同時(shí)提高檢測的精度和可靠性；利用虛擬儀器良好的人機(jī)交互性和在線幫助功能使測量具有很大的靈活性，操作簡便。將測試結(jié)果圖形化形式顯示出來，使測試的結(jié)果更加直觀明了；隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，虛擬儀器還能滿足今后更多功能的擴(kuò)展和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的要求?；诖嗽O(shè)計(jì)了基于虛擬儀器的濁度測試系統(tǒng)，利用LabVIEW圖形化的編程語言和編程環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了對(duì)濁度數(shù)據(jù)的顯示、標(biāo)定和報(bào)警等功能。

　　1系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　1．1測量電路的設(shè)計(jì)

　　中央處理器采用C8051F020。C8051F單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)，具有與8051兼容的高速CIP-51內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼容。片內(nèi)集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬、數(shù)字外設(shè)及其他功能部件，內(nèi)置FLASH程序存儲(chǔ)器、內(nèi)部RAM。C8051F單片機(jī)還具有片內(nèi)調(diào)試電路，通過4腳的JTAG接口可以進(jìn)行非侵入式、全速的在線系統(tǒng)調(diào)試。放大后的信號(hào)由C8051F020內(nèi)的交叉開關(guān)選通，調(diào)節(jié)增益后送ADC0進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)。

　　1．1．1主控制板電路

　　主控制板電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、處理和輸出功能。它由C8051F020單片機(jī)處理電路、傳感和模擬信號(hào)處理電路、AT45DB081數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、DS18B20溫度監(jiān)控電路、RS232通信電路、液晶顯示和鍵盤電路、報(bào)警電路、標(biāo)準(zhǔn)4～20mA工業(yè)信號(hào)輸出電路幾部分構(gòu)成。濁度儀的核心控制器件是Cygnal公司新出產(chǎn)的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)C8051F020。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的8051中，除MUL和DIV以外所有指令都需要12或24個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，并且通常最大系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為12MHz。而對(duì)于CIP-51內(nèi)核，70％的指令執(zhí)行時(shí)間為1或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，沒有執(zhí)行時(shí)間超過8個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期的指令?？梢奀8051F020單片機(jī)的指令執(zhí)行速度是標(biāo)準(zhǔn)8051單片機(jī)的10倍，因此測量時(shí)間非常短，可以滿足在線實(shí)時(shí)測量的要求。該單片機(jī)片內(nèi)集成了Cygnal公司獨(dú)創(chuàng)的CIP-51的CPU內(nèi)核，指令系統(tǒng)與MCS-51完全兼容。它具有如下特點(diǎn)：集成度高、抗干擾能力強(qiáng)、速度高、可靠性高、擴(kuò)展功能強(qiáng)等。本儀器中選用C8051F020單片機(jī)，可以使電路在設(shè)計(jì)上結(jié)構(gòu)緊湊，并能夠提高儀器的抗干擾能力。C8051F020的原理圖如圖1所示。