论文总字数：25551字

目 录

1 引言 1

1.1 课题背景和研究意义 1

1.2 国内外发展现状 2

1.3 本论文的主要内容 2

2 系统总体方案 4

2.1 海水盐度测量方法 4

2.1.1 实用盐标 4

2.1.2 电导率 4

2.2 盐度-电导率关系拟合曲线 5

2.3 系统总体设计框图 8

3 硬件电路设计 9

3.1 单片机 9

3.2 电源供电方式 10

3.2.1 系统供电方式 10

3.2.2 高效DC/DC升压转换器HX3001 11

3.3 开关电路 12

3.4 电导率检测模块 13

3.5 段式液晶显示模块 14

3.6 温度采集模块 15

3.7 WiFi模块ESP8266 16

3.8 蜂鸣器模块 17

4 程序设计 18

4.1 单片机的开发调试环境 18

4.2 单片机的总体程序设计 18

4.3 电导率测量程序 19

4.4 段式液晶显示程序 20

4.5 ESP8266 WiFi模块程序 21

4.5.1 AT指令 21

4.5.2 ESP8266数据传输程序 21

5 系统实验与误差分析 23

5.1 总体实验方案 23

5.2 硬件系统调试 23

5.2.1 温度传感器调试 23

5.2.1 电导率传感器调试 24

5.3 软件调试部分 24

5.3.1 盐度值的计算 24

5.3.2 WiFi模块的调试 25

6 总结与改进 27

参考文献 27

致谢 29

基于STM8L052单片机的便携式盐度计的设计

王硕

, China

Abstract: Salinometers are often used to quickly measure the percentage concentration of sodium chloride in salt solutions. They are widely used in scientific research, food, salt and beverage industries and agricultural production activities. This article designs a portable salinometer, using STM8L052 microcontroller as the main control chip, conductance and temperature sensor to measure the conductivity value and temperature of the solution, calculate the salinity value by the conductivity value, and display the salinity value by segment LCD. And temperature values. Through the ESP8266 serial WiFi module, the measurement data is transmitted to the mobile phone or computer terminal through wireless transmission. The system is easy to carry, easy to operate, and has the advantages of high readability of data and wireless transmission of data.

Key Words: STM8L052 microcontroller; Conductivity and temperature measurements; Wireless transmission

1 引言

1.1 课题背景和研究意义

在居民日常的食用盐领域，根据世界卫生组织的调查显示，如果一个人每天食用的盐量平均在25克，其患高血压的风险就会增加30~40%;而每天食用的盐量在5~15克的人，其患高血压的风险会增加8~10%;但是每天食用的盐量低于5克的人，患高血压风险将不会增加。因此，世界卫生组织提出建议，一个人每天食用的盐量最好不要超过6~8克。同时，《中国居民膳食指南》同样针对中国人的饮食习惯和体质提出建议，每人每天的食用盐量应该少于6克。

一直以来，有一个一直困扰着现代餐饮行业的重要问题，就是如何才能准确方便地测定食品中的盐度值。在日常餐饮和家庭生活中，通常都是让有经验的厨师去品尝食品以确保盐度，但是人的味觉在判断的时候，往往会因为个体的差异和饮食习惯而产生很大的差异，没有办法成为统一而严格的标准。在实验室中，传统的食品盐度测定，都是依据国标《GB/T12457-2008食品中氯化钠含量的测定》和《GB/T9695.8-2008肉与肉制品氯化物含量测定方法》，采用化学滴定的方法，将硝酸银试剂与氯化物反应，通过显色试剂硫氰酸钾来判断滴定的终点。这种方法非常能够准确的测定食品中氯化物的含量，但是消耗化学试剂这种方式很不环保，而且测定的速度非常慢，同时需要专业的设备以及具有化学基础知识的人员来操作，缺点很多。而且这种测定方法，可以较为容易得在标准化实验室内完成。但是如果在酒店厨房工作间里、食品加工车间里、甚至是家庭的厨房里，硝酸银滴定的方法有非常多不方便的地方。因此市场上迫切地需要出现一款便携式、快捷的、专门针对现代化厨房的盐度测试工具。

近些年来，很多国内外的公司针对日常生活中食用盐的测量情况，研发了成系列的盐度检测仪器，也称为食品盐度计。市面上的食品盐度计，根据每个公司自己的想法和方案，面向选择的使用方向不同，极具特色 ，各有所长。像日本、韩国和新加坡这样的亚洲国家，早在几年之前就盛行对食品的含盐量进行检测，控制食品的含盐量比例，鼓励大家控制盐的摄入量，合理膳食。食品盐度计可以普及至千家万户，作为居民家庭厨房和餐饮行业后厨的必需品。因此，简单、方便、实用的食品盐度计，在大趋势的带动下，必将可以成为未来人们日常生活中的必需品。

早在2004年，国际顶尖的分析仪器制造商ATAGO就推出一款食品盐度计——便携式数显盐度计ES-421。其应用非常广泛，被世界各地的各大食品和餐饮企业所采用，特别是亚洲国家。在酒店餐馆和家庭厨房的领域，其被广泛应用在韩国、日本和中国台湾等地区，成为家庭日常料理的不可替代品。为了提升餐饮管理的水平，在通过与厂商的沟通之后，中国国内的很多星级酒店也逐渐在使用这款食品盐度计了。在巨大的市场面前，国内的仪器制造商也跟进了盐度计，纷纷推出了自己的产品，不管是在精度上的提高还是相应测量的时间的缩短方面，都使盐度计有了极大的发展，使得食品盐度计得到进一步的广泛应用。

本次设计的便携式盐度计是专门针对国际上领先领域的高精度电极式海水电导盐度计，进行了原理和结构的大简化,并增加了无线传输的功能，使数据的记录和存储。民用的现场盐度计精度不需要达到实验室盐度计那么高的精度，但绝对能满足正常使用的精度需求。日常生活中，人们都对盐度有密切的关注，这关乎食品的口感和质量以及自身的健康，有了此款便携式盐度计，可以对盐度进行一个测量和记录，方便快捷，帮助人们寻求人体摄入盐分的平衡。在实际生活领域，具有极高的应用价值。

1.2 国内外发展现状

早在十九世纪初，马塞特（Marcet）首次提出了海水组成恒定性规律，并对海水盐度进行了定义，其通过干燥称重法测定了海水样品的含盐量。1902年，国际海洋考察理事会第一次确立了盐度的定义，当时的定义为１千克海水中，溴和碘元素被氯元素置换后，碳酸盐全部变为氧化物，所有的有机物全部氧化后，其所含固体物质的总数，用“S‰”符号表示。以上只是提出了定义的理论基础，并没有提出一种通用的测量海水盐度的方法，而当时的科学家经过反复的试验，得出了一种化学方法：取一定量的海水，加盐酸和氯水，蒸发至干，然后在480℃的恒温下干燥48h，最后称所剩余固体物质的重量^[1]。用上述的方法测量海水盐度，不光在在操作上非常复杂，而且要花费几天的时间，因此，其并不适合在实际的海洋调研的情况下使用。在实践中，海洋学家们从世界各地的海域采集不同的水样，测定海水样品的盐度与氯度（以“Cl‰”符号表示）来间接计算出盐度。这一套测量方法，有统一的硝酸银滴定法和比对表，在实际操作中具有极大的优越性，所以这种方法一直使用了70年之久。直到电导率测量技术的发展到一定阶段，出现了以电导为技术媒介的盐度计，可以较准确的测量待测海水与标准海水的电导之比。在60年代初期，英国国立海洋研究所的考克斯(R.A.Cox)等人在各大洋和海区采集了135个水样（深度200米以内），并对其的氯度值进行了准确的测定，得出了盐度与电导率的关系多项式：S‰=1.80655Cl‰。此多项式在实际应用仍存在许多问题，所以国际海洋学界在经过进一步研究以后，得出更完善的方案。于是1978年由海洋用表与标准联合专家小组JPOTS提出了实用盐度（The Practical Salinity Scale）的概念，并建立了实用盐标，其中PSU（Practical Salinity Units）是无单位量纲，在海洋学中表示盐度的标准^[1]。实用盐标还是用电导法来测定海水的盐度值，其盐度值是由电导之比求得的，与之前的电导盐度定义不同的地方在于，其与海水的组成这一恒定性的关系不大，克服了受海水成分变化的影响问题。因此根据新定义所求得的盐度值与海水密度的关系更密切，可以更好地提高海水盐度测量的精确度，并且具有测量简单，实用性高地优点。所以实用盐度这一最新定义也就成了当今采用最广泛的专业定义。

1.3 本论文的主要内容

本文的便携式盐度计采用了单片机系统、电导率检测模块、温度采集模块、无线传输模块、开关模块、段式液晶显示模块和蜂鸣器模块，使得本次设计的这一款盐度计具有盐度值检测，盐度值显示，温度值显示，提示音，无线传输数据等功能。本设计在早期提出的设计要求是能够满足系统的功耗较低、测量准确的基本要求，与此同时还要在能保证系统工作的稳定的情况下降低硬件的开发成本，使系统具有较高的性价比，具有工作稳定可靠，可便携式的特点。

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