基于STM32的便携式溶解氧测量仪设计

论文总字数：17766字

目 录

第一章 绪论 1

1.1 测量溶解氧的意义 1

1.2 国内外对于溶解氧测量的研究现状 1

1.3 溶解氧的测量方法 1

1.4 影响溶解氧测量的因素 2

第二章 溶解氧测量仪的设计原理 4

2.1 测量仪的应用范围 4

2.2 测量仪的传感器 4

2.3 传感器的测氧原理 4

第三章 减少溶解氧测量仪响应时间的方法研究 5

3.1 溶解氧测定响应时间分析 5

3.2 氧电流处理电路分析 5

3.2.1 传统氧电流处理电路 6

3.2.2 新型氧电流电路设计 6

3.3 溶解氧测定响应时间对比结果 7

第四章 溶解氧测量仪的硬件电路设计 9

4.1 系统硬件设计的总体结构 9

4.2 STM32F103微处理器介绍 9

4.2.1 STM32F103系列微处理器的结构特性 9

4.2.2 STM32F103系列微处理器的总线矩阵 10

4.3 电源电路设计 10

4.4 传感器测量电路设计 11

4.5 控制电路以及A/D转换电路设计 12

4.6 显示驱动电路设计 13

第五章 溶解氧测量仪的软件程序设计 14

5.1 系统软件的总体设计 14

5.2 软件对温度、盐度以及大气压的补偿 14

第六章 实验结果与分析 15

6.1 溶解氧测量仪精确度分析 15

6.2 溶解氧测量仪稳定性分析 16

第七章 总结和展望 17

参考文献 18

致谢 19

便携式溶解氧仪设计

刘泽

, China

ABSTRACT: Dissolved Oxygen refers to the Oxygen Dissolved in the water molecular state, related to all aspects of life. Of dissolved oxygen in water for water bodies of physical and chemical properties and biological activity, is an important indicator of water quality, the detection of dissolved oxygen in aquaculture and environmental monitoring is significant to the development.

Dissolved oxygen measuring method has been introduced in this paper, after studying the polarographic type based on the principle of the measurement of dissolved oxygen, according to the current method of dissolved oxygen measurement principle.Use of STM32 MCU to identify the electrical signals on the electrochemical sensor to measure dissolved oxygen content. At the same time by the precorrection salinity and atmospheric pressure value so as to reduce the error of the measurement results, and software for temperature compensation.

In order to more quickly get the measurement result, this paper made by increasing the energy storage capacitor discharge to advance to the sensor. After the energy storage capacitor in the power system can provide a certain amount of polarized voltage to the sensor prior; When dissolved oxygen instrument for real-time monitoring of water, water to be tested prior to power measurement system has been obtained from the energy storage capacitor discharge voltage, can significantly reduce polarization voltage up to the appropriate interval of time.

In this article, through reasonable design of hardware circuit and software process makes the system structure is very stable, is also very accurate measurement. The design of hardware circuit is mainly the power circuit, sensor circuit and display driver circuit; The design of the software process stability is fluent, part program writing clear and concise, convenient debugging.

The measuring range of the design of dissolved oxygen instrument for: 0-20.00mg/L, the resolution is: 0.01 mg/L. To make samples, contrast experiment results show that the design of the dissolved oxygen meter operation is simple and convenient and simple and convenient, fast response speed, stable performance, high precision, good repeatability, strong practicability.

Key words: dissolved oxygen;STM32;Current method; the response time

第一章 绪论

1.1 测量溶解氧的意义

溶解氧是指溶解于水中分子状态的氧，即水中的O₂ ，用DO表示。溶解氧是水生生物生存不可缺少的条件^[1]。水体中的溶解氧大部分来自大气中的氧气分子与水体的融合，还有小部分来自水生生物的光合作用。水中溶解氧的含量受到温度、气压、盐分等因素的影响会对生产生活各方面产生不可控的影响。

溶解氧的含量涉及到我们生活的方方面面。小到我们喝的每一杯水以及我们在生活中遇到的因为水中溶解氧含量不足引起的各种奇怪的现象；大到各种工厂作业的正常运行、水产养殖的存活率以及环境的保护。就比如水中植物的过度生长以及夏天气温的急剧升高会造成水中含氧量降低，而当溶解氧降低到一定值的时候就会引起各种水生物的死亡。如果上述情况发生在工业未经处理的污水中时，仅剩的溶解氧被污水中的还原物质再度消耗导致溶解氧消耗速率大于氧气向水体中溶入的速率时，水中几乎不含溶解氧的时候，此时水中只有细菌病毒才能生存，使之变为一潭死水。所以水中溶解氧的含量不仅可以反映出水体受污染程度，也对水体的优化和治理有着非凡的意义，能够对水质进行综合评判。因此，水体溶解氧含量的测量，对于生产生活的发展都具有重要意义^[2]。

1.2 国内外对于溶解氧测量的研究现状

我国国内普遍存在着研究人员对水体取样后带回研究院进行实验检验分析，这样得到的实验结果虽然精确全面，却也显得不够及时。针对这样的实际情况虽然国内一些单位也已经开发研制出一些小型的溶解氧仪，但多数是基于电流测定法，存在着不少的缺陷。而国外已经普遍采用基于荧光猝灭法设计的溶解氧测量仪，荧光猝灭法测量溶解氧不消耗氧气；采用光纤传递信号；还可以测量人们无法到达的区域等。中国的溶解氧仪在设计应用方面还需要一些质的改变。通过发现新的测量方法更快速，更有效的对溶解氧进行测量是我们必须面对的问题。

1.3 溶解氧的测量方法

（1）碘量法：碘量法是国际标准检测溶解氧的方法它的原理是在水中加入硫酸锰及碱性碘化钾溶液，生成氢氧化锰沉淀并迅速与水中溶解氧化合生成锰酸锰^[3]。用移液管取一定量的锰酸锰，以淀粉做指示剂，用标准溶液滴定，通过化学反应守恒计算出水中溶解氧的含量。碘量法是精确测量时常使用的方法，但不够及时。

（2）电流测定法：电流测定法是基于检测电极上的氧化还原反应产生的电流的原理^[4]。电流测定法一般用金作为阴极，银作为阳极，KCL作为电解溶液。通过在阴阳两级加上一定的计划电压使其发生化学反应。反应的化学方程式如下：

阴极：O₂＋2H₂O＋4e → 4OH^－

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