目 录
1 设计任务 ................................................................................................................................................ 1
1.1 设计目的和意义 .............................................................................................................................. 1
1.2设计任务与要求 ............................................................................................................................... 1
2 硬件系统设计 ....................................................................................................................................... 1
2.1总体方案设计 ................................................................................................................................... 1 2.2 芯片选型与具体电路设计 .............................................................................................................. 2
2.2.1 电导率检测模块 ................................................................................................................. 2 2.2.2 信号提取模块 ..................................................................................................................... 2 2.2.3 信号调理模块 ..................................................................................................................... 3 2.2.4 温度检测模块 ..................................................................................................................... 7 2.2.5 单片机控制模块 ................................................................................................................. 7 2.2.6 输入输出模块 ................................................................................................................... 10 2.2.7 电源模块 ........................................................................................................................... 12 2.3 系统总体电路（单片机部分） .................................................................................................. 12 2.4 元件清单 ...................................................................................................................................... 14
3 软件系统设计 ..................................................................................................................................... 15
3.1 软件系统总体设计方案 ................................................................................................................ 15 3.2 各个模块程序的设计 .................................................................................................................... 15
3.2.1 ADC程序设计.................................................................................................................. 16 3.2.2 LCD显示程序设计 .......................................................................................................... 16 3.2.3 温度采集程序设计 ........................................................................................................... 19 3.2.4 键盘程序设计 ................................................................................................................... 20
4 系统调试 .............................................................................................................................................. 23
4.1电源模块的调试 ............................................................................................................................. 21 4.2电导率信号的提取与调理电路的调试 ......................................................................................... 21 4.3 单片机显示功能的调试 ................................................................................................................ 22
4.3.1 基本功能调试 ................................................................................................................... 22 4.3.2 显示切换功能的调试 ....................................................................................................... 22 4.4 单片机报警功能的调试 ................................................................................................................ 22
4.4.1 基本功能的调试 ............................................................................................................... 22
4.4.2 报警上下限手动修改功能的调试 ..................................................................................... 23
5 总结 ....................................................................................................................................................... 23
5.1 本系统存在的问题及改进措施 .................................................................................................... 23 5.2 心得体会 ........................................................................................................................................ 23
参考文献 .................................................................................................................................................... 24 附录 .............................................................................................................................................................. 25
1 设计任务
1.1 设计目的和意义
1.2设计任务与要求
主要完成3个模块的设计：
(1) 设计电源模块，要求产生正负15V、正负5V、正负2.5V的稳恒电压； (2) 设计并仿真电导率信号采集电路和信号调理电路；
(3) 设计单片机模块，要求可以用LCD显示出检测结果（同时可以显示出对应的温 度值），并且对不在设定范围内的值进行报警，通过键盘可以修改报警范围。
2 硬件系统设计
2.1总体方案设计
无土栽培溶液电导率的检测是用高频方波通过电导池激励电极产生电信号来完成
的，只要检测出待测溶液的阻抗值，就可以得到其电导率值。实际测量表明溶液温度是影响电导率值的主要因素。所以硬件系统完成的主要功能是溶液电导率及温度的检测。其系统硬件结构如图1所示。
无土栽培营养液 激 励 源 LF398采样保持 报 警 电 导 池 调 理 电 路 A/D 转 换 温 度 检 测 单 片 机 液晶显示 键 盘
图1 硬件系统原理框图
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2.2 芯片选型与具体电路设计 2.2.1 电导率检测模块
电导率检测模块主要包括电导电极的选型和激励源的产生两部分，电导电极就是用来检测无土栽培溶液电导率的传感器，而激励源（高频方波）用以产生电导率检测所需的激励信号。 (1) 电导电极的选型
无土栽培营养液的电导率值一般在0到几mS/cm，所以选用的电导电极测量范围应该在此之间。另外综合考虑电极极化影响，我们选用上海雷磁仪器厂生产的DJS—1C型棒式直插铂黑电极作为测量电极。 (2) 激励源的产生
为了减少极化效应对测量的影响，本系统采用频率为1 kHz幅度为±2.5 V的脉冲信号。正负脉冲的幅度必须一致，占空比要严格为50％，该脉冲信号是由1kHz的方波信号控制模拟电子开关DG419对±2.5 V的恒定电压源切换产生的。
如图2所示为DG419的示意图。其中S1和S2为两路模拟信号输入端，分别接+2.5V和-2.5V的电压，单片机P3.3引脚与IN相连，输出频率为1KHz的高低电平作为控制信号，实现两路信号的切换。则D引脚输出幅值±2.5V，频率1KHz的方波。
P3.3 IN V+ S1 V- S2 D D-out ±2.5V
2.2.2 信号提取模块
图2 DG419的示意图
信号提取模块为电导电极与反相放大器相连接部分，如图3所示，电导电极输出信号接入放大器的反向输入端，构成反相放大器，通过输入电压信号与输出电压信号的比值，可以得到输入信号的电阻，电阻的倒数即为所需测量的电导率值。
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