[發(fā)明專利]一種高精度原位海水pH傳感器控制系統(tǒng)及控制方法

在審

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• 申請日: 2018-08-18
• 公開（公告）號: CN109164731A
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 綦聲波;張亞男;劉小菲;任軍博;張云燕;曹璐
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué);山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;G01D21/02
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 孫靜雅

本發(fā)明公開了一種高精度原位海水pH傳感器控制系統(tǒng)，其改進(jìn)之處在于：所述的控制系統(tǒng)包括微處理器，與微處理器電連接并受其控制的蠕動泵驅(qū)動模塊、脈沖泵驅(qū)動模塊、換向閥驅(qū)動模塊、恒流光源驅(qū)動模塊、光譜儀通信模塊、溫度傳感器通信模塊、鹽度傳感器通信模塊、上位機(jī)通信模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和潮濕度報警模塊，電源模塊為控制系統(tǒng)內(nèi)的各部件供電。本發(fā)明所公開的控制系統(tǒng)，硬件架構(gòu)采取模塊化設(shè)計，體積小，集成度和自動化程度高，硬件結(jié)構(gòu)精巧，功耗低，具有過電流、過電壓以及漏液和潮濕度保護(hù)功能，工作更加穩(wěn)定。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于儀器儀表領(lǐng)域，特別涉及該領(lǐng)域中的一種高精度原位海水pH傳感器控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)

海水pH值是定量描述海洋化學(xué)特征的重要參數(shù)之一，對研究海水酸化和碳循環(huán)具有重要意義。目前，對海水pH值的精確測量普遍采用基于分光光度法的測量方式，并逐漸成為標(biāo)準(zhǔn)測量方法，然而此類方法在實施上存在一定的難度，大部分仍然處于實驗室測量階段。在儀器設(shè)計方面，需要在儀器內(nèi)集成液路、電路、光路等通路，這就對儀器的集成度提出要求；在技術(shù)方面，儀器工作時液路換向、液路驅(qū)動等對儀器的整體穩(wěn)定運(yùn)行和功耗有較大影響，如何實現(xiàn)各部分的低功耗穩(wěn)定運(yùn)行也是需要考慮的問題；在信號采集與處理方面，該方法需要準(zhǔn)確地光強(qiáng)測量來保證精度；另外，考慮到儀器長時間工作于水下，儀器艙體內(nèi)潮濕度過高甚至漏水將對儀器有不良影響。目前國內(nèi)外研究人員研制的一系列基于分光光度法的海水pH值測量系統(tǒng)，大多體積龐大笨拙，操作復(fù)雜，很難滿足推廣要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種基于分光光度法設(shè)計的高精度原位海水pH傳感器控制系統(tǒng)及控制方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種高精度原位海水pH傳感器控制系統(tǒng)，其改進(jìn)之處在于：所述的控制系統(tǒng)包括微處理器，與微處理器電連接并受其控制的蠕動泵驅(qū)動模塊、脈沖泵驅(qū)動模塊、換向閥驅(qū)動模塊、恒流光源驅(qū)動模塊、光譜儀通信模塊、溫度傳感器通信模塊、鹽度傳感器通信模塊、上位機(jī)通信模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和潮濕度報警模塊，電源模塊為控制系統(tǒng)內(nèi)的各部件供電。

進(jìn)一步的，所述的微處理器包括上電復(fù)位電路、基本時鐘電路、實時時鐘電路和程序測試電路；其中上電復(fù)位電路是由電阻和電容串聯(lián)而成的一階RC網(wǎng)絡(luò)，電阻阻值10kΩ，電容容值100nF，電阻和電容的聯(lián)結(jié)點接微處理器的復(fù)位引腳；程序測試電路是在微處理器的引腳上串聯(lián)電阻和LED并接地。

進(jìn)一步的，微處理器優(yōu)選STM32RCT6型單片機(jī)，基本時鐘頻率由8MHz有源晶振提供，實時時鐘頻率由32.768kHz無源晶振提供。

進(jìn)一步的，所述的蠕動泵驅(qū)動模塊由集成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器芯片及其外圍電路組成，微處理器控制引腳向蠕動泵驅(qū)動模塊輸出0~10kHz的PWM信號，對應(yīng)蠕動泵轉(zhuǎn)速0~10檔，蠕動泵驅(qū)動模塊將蠕動泵功率限制在10W以內(nèi)，瞬時電流限制在3A以內(nèi)；所述的脈沖泵驅(qū)動模塊為繼電器，微處理器通過控制引腳輸出低頻脈沖控制NPN型三極管在截止區(qū)和飽和區(qū)之間切換，經(jīng)過NPN型三極管擴(kuò)流后的電流控制繼電器在常開常閉觸點之間切換，從而控制脈沖泵的啟停；所述的換向閥驅(qū)動模塊為4路達(dá)林頓管，分別控制4路換向閥，微處理器通過引腳輸出電平信號控制某路達(dá)林頓管的截止或飽和，從而調(diào)整相應(yīng)換向閥的方向。

進(jìn)一步的，所述的恒流光源驅(qū)動模塊為3路精度在1%以內(nèi)的恒流源，通過配置電阻將三路恒流源的電流均設(shè)定為20mA，通過調(diào)整微處理器DA引腳輸出電壓或配置電阻可以改變恒流源的電流大小，恒流源的電流最高不超過50mA，每路恒流源與1個LED光源電連接，微處理器通過引腳輸出電平信號控制某路恒流源的開關(guān)，從而控制相應(yīng)LED光源的開關(guān)。

進(jìn)一步的，所述的光譜儀通信模塊和溫度傳感器通信模塊為TTL/RS232串口電路，鹽度傳感器通信模塊為TTL/RS485串口電路，上位機(jī)通信模塊為RS485串口電路。