多参数海水溶液检测传感器(硬件部分)关键词海洋；盐度测量；传感器不要删除行尾的分节符，此行不会被打印文档大全目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (4)1.1 课题的背景和意义 (4)1.2 盐度测量相关技术概述 (4)1.2.1 盐度的定义 (4)1.2.2 盐度测量技术的发展及比较 (6)1.2.3 盐度值的影响因素 (7)1.2.4 电导率仪工作原理 (8)1.3 课题的设计目标 (10)1.3.1 系统整体设计方案 (11)1.3.2 各部分功能实现规划 (11)1.4 本章小结 (12)第2章传感电路设计 (13)2.1 电导电极 (13)2.1.1 电导与电导率 (13)2.1.2 盐度传感器探头设计 (13)2.2 盐度传感电路 (14)2.2.1 测量电源设计 (14)2.2.2 整流滤波放大电路设计 (19)2.3 温度、压力传感电路 (22)2.3.1 温度传感器设计 (22)2.3.2 压力传感器设计 (25)2.4 本章小结 (30)第3章主控电路设计 (31)3.1 MCS51单片机最小系统 (31)3.1.1 高性能8位单片机AT89S52 (31)3.1.2 系统时钟电路 (32)3.1.3 CPU复位电路 (33)3.2 A/D模数转换电路 (33)3.2.1 TLC0832的特点 (33)3.2.2 TLC0832的封装形式和引脚定义 (34)3.2.3 TLC0832与单片机的连接 (34)3.3 RS-232串行通讯接口电路 (35)3.3.1 RS-232串行通讯概述 (35)3.3.2 RS-232串行通讯接口设计 (36)文档大全3.4 上位机M600型LCD触摸屏描述 (37)3.4.1 M600型LCD触摸屏基本属性 (37)3.4.2 M600型LCD触摸屏连接电路 (37)3.5 本章小结 (37)结论 (38)致谢 (39)参考文献 (40)附录A (41)附录B (53)附录C (62)文档大全文档大全第1章 绪论1.1 课题的背景和意义盐度是影响海水密度的重要物理量，是研究海洋学的要素之一。
测量盐度不仅在众多的应用科学如盐化工、水产养殖、生态网络调查、气候气象监测、能源探索等方面都有很重要的意义，而且在生物工程方面也有着重要的意义。
海洋科学考察需要将探测设备置于水面或水下某一位置，并获取此位置的相关信息，如盐度、温度、压力、深度以及生物环境等信息。
海洋水产品养殖需要经常监测水环境的各种参数状态，以确保成功养殖，其中海水盐度更是极其重要的因素。
因此如何设计一种检测快捷准确、运行稳定、结构简易并具备数字接口的新型海洋水环境参数传感探测器便显得十分重要。
1.2 盐度测量相关技术概述海水中的含盐量是海水浓度的标志，要精确地测定海水中的绝对盐量是一件十分困难的事情。
长期以来人们对此进行了广泛的研究和讨论，引进了“盐度”以近似地表示海水的含盐量。
1.2.1 盐度的定义1.2.1.1 基于化学方法的盐度的首次定义1902年克纽森(Knudsen)等人基于化学分析测定方法[1]，定义盐度为：“1kg 海水中的碳酸盐全部转换成氧化物，溴和碘以氯当量置换，有机物全部氧化之后所剩固体物质的总克数。
”单位是g/kg ，用符号‰表示。
按上述方法测定盐度相当烦琐，根据1891年马赛特发现 “海水组成恒定性”——海水中的主要成分在水样中的含量虽然不同，但它们之间的比值是近似恒定的。
据此，如果能测定出海水中某一主要成分的含量，便可推算出海水盐度。
己知海水中的氯含量最多，且可方便地用3AgNO 摘定法加以测定，基于海水组成恒定性规律，归纳出用测定海水氯含量的方法来计算盐度的公式：S ‰=0.030+1.8050Cl ‰ (1-1)称式(1-1)为Knudsen 盐度公式，其中Cl ‰称为海水的“氯度”，即“1kg 海水中的溴和碘以氯当量置换，氯离子的总克数。
”单位是克每千克，以‰号表示。
可见氯度的量值要稍大于海水的实际氯含量。
用3AgNO 滴定法测定海水的氯度时，需要知道3AgNO 的浓度，国际上统一使用一种其氯度值精确为19.374‰的大洋水作为标准，称为标准海水。
其盐度文档大全值对应为35. 000‰。
1.2.1.2 盐度的重新定义依式(1-1)计算盐度是很方便的，它一直延续使用到20世纪60年代。
随着电导盐度计的问世，测定盐度的方法更为方便，且精度大为提高[1][2]。
考克斯等人对由大洋和不同海区不深于100m 水层内采集的135个水样，准确地测定其氯度值计算盐度，同时测定水样的电导比R15，得出盐度S ‰与电导比15R 有以下关系式:S ‰ =-0.08996+28.2972015R +12.80832215R (1-2)-10.67869315R +5.98624415R -1.32311515R式(1-2)中15R 为“在15℃、一个标准大气压 (101325Pa )下，水样的电导率(,15,0)C S 与盐度精确为35.000‰(Cl ‰=19.374‰)的标准海水电导率(35,15,0)C 之比值。
”依此方法测定盐度的精度高且速度快。
因此，国际“海洋学常用表和标准联合专家小组”(JPOTS)于1969年推荐该式为海水盐度的新定义。
为使盐度的测定脱离对氯度测定的依赖，JPOTS 又提出了1978年实用盐度标度(theP-racticalSalinityScale,1978)，并建立了计算公式，编制了查算表，自1982年1月起在国际上推行。
1.建立实用盐度的固定参考点实用盐度仍然是用电导率测定的，为使海水的盐度值与氯度脱钩，所以选择一种精确浓度的氯化钾（KCl ）溶液作为可再制的电导标准，用海水相对于KCl 溶液的电导比来确定海水的盐度值。
为保持盐度历史资料与实用盐度资料的连续性，仍采用原来氯度为19.374‰的国际标准海水为实用盐度35.000‰的参考点。
配制一种浓度为32.4356‰高纯度的KCl 溶液，它在“一个标准大气压力”下，温度为15℃时，与氯度为19.374‰(盐度为35.000‰)的国际标准海水在同压同温条件下的电导率恰好相同，它们的电导比15(35,15,0)(32.4356,15,0)C K C = (1-3) 也就是说，当15K =1时，标准KCl 溶液的电导率对应盐度为35.000‰。
把这一点作为实用盐度的固定参考点。
2.实用盐度的计算公式51/2150i i S a K ==∑ (1-4)式(1-4)中15K 是在“一个标准大气压力”下，温度15℃时，海水样品的电导率与标准KCl 溶液的电导率γ之比，在15℃，一个标准大气压力下，γ等于42.896/mS cm ，这虽不是世界公认的数值（目前还没有公认的数值），但只要传感器在定标和测量时使用的是同一数值，该数值就不妨碍海水盐度的计算。
式中a 0=0.0080，a 1=-0.1692，a 2=25.3851，a 3=14.0941，a 4=-7.0261，a5=2.7081，535 iia ==∑；适用范围为242S≤≤。
由于海水的绝对盐度(SA)——海水中溶质的质量与海水质量之比值，是无法直接测量的，它与测定的盐度S显然有差异，因此也称S为实用盐度(PSU)。
实用盐度不再使用符号“‰”，因而实用盐度是旧盐度的1000倍。
1.2.2盐度测量技术的发展及比较盐度测定，就方法而言，有化学方法和物理方法两大类。
1.2.2.1化学方法化学方法又简称硝酸银滴定法。
其原理是，在离子比例恒定的前提下，采用硝酸银溶液滴定，通过麦克伽莱表查出氯度，然后根据氯度和盐度的线性关系，来确定水样盐度。
此法是克纽森等人在1901年提出的，在当时，不论从操作上，还是就其滴定结果的精确度来说，都是令人满意的[1]。
1.2.2.2物理方法物理方法可分为比重法、折射法和电导法三种[1]。
1.比重法测量是海洋学中广泛采用的，即一个大气压下，单位体积海水的重量与同温度同体积蒸馏水的重量之比。
由于海水比重和海水密度密切相关，而海水密度又取决于温度和盐度，所以比重计的实质是，从比重求密度，再根据密度、温度推求盐度。
2.折射率法是通过测量水质的折射率来确定盐度。
以上几种测量盐度的方法存在误差较大、精度不高、操作复杂、不利于仪器配套等问题，尽管还在某种场合下使用，但逐渐被电导测量所代替。
3.电导法是利用不同盐度具有不同导电特性来确定海水盐度。
1978年的实用盐标解除了氯度和盐度的关系，直接建立了盐度和电导率比的关系。
由于海水电导率是盐度、温度和压力的函数，因此，通过电导法测量盐度必须给予温度和压力对电导率的影响进行补偿，采用电路自动补偿的这种盐度计为感应式盐度计。
采用恒温控制设备，免除电路自动补偿的盐度计为电极式盐度计。
感应式盐度计以电磁感应为原理，它可在现场和实验室测量，因而得到广泛的应用，在实验室测量中精度可达0.003。
该仪器对现场测量来说是比较好的，特别对于有机污染含量较多、不需要高精度测量的近海来说，更是如此。
然而，由于感应式盐度计需要的样品量很大，灵敏度不如电极式盐度计高，并需要进行温度补偿，操作麻烦，这就导致感应式盐度计又转向电极式盐度计的发展。
最先利用电导测盐的仪器是电极式盐度计，由于电极式盐度计测量电极直接接触海水，容易出现极化和受海水的腐蚀、污染，使性能减退，这就严重限制了在现场的应用，所以主要用在实验室内做高精度测量。
加拿大盖德莱因文档大全文档大全(Guildline)仪器公司采用四极结构的电极式盐度计(8400型)，解决了电极易受污染等问题，于是电极式盐度计得以再次风行。
目前广泛使用的STD ，CTD 等剖面仪均是电极式结构的。
1.2.3 盐度值的影响因素1.2.3.1 温度对盐度测量的影响温度影响水溶液的电导率，因此温度与盐度有着紧密的关系[1]。
对于某一固定的水溶液其电导率几乎随温度线性地增加，但是，不同溶液、不同的电导率、不同温度下其温度系数是不同的，依据实验，在任意温度t 的条件下测定电导比t R ，由t R 可计算此时溶液的盐度，t R 计算公式如下：(,,0)(35,,0)t r s t R r t = (1-5) 其中(,,0)r s t 是仪器在t ℃下，测量得到的电导率值；(35,,0)r t 由下面的经验公式计算：2(35,,0)0.00330.879328.988r t t t =++ (1-6)在任意温度t 下，计算盐度的公式为0S S S =+∆ (1-7)其中 51/200i t i S a R ==∑ (1-8)5/20151(15)i i t i t S b R K t =-∆=+-∑ (1-9) S ∆是温度变化引起的盐度修正值，式(1-8)中系数a 的值与式(1-4)中相同。