0引言

随着环境问题日益突出．人们越来越关注污染物排放。要对污染物排放进行控制。首先需要对各个污染源的污染物排放进行在线控制，即环境水质污染源监测，其次海水养殖、医药等行业也需要严格标准的水质，其中水质pH值检测是一个重要组成部分。目前，水质pH值检测在美国、日本等发达国家已经研制出标准化商品仪器和成套的技术方法。这些仪器都是由企业来购置并安装，环保部门进行有效的质量控制，他们监测的数据用来作为法定的数据，基本上已经达到了实时监测和宏观的调控目的。然而我国对环境水质值检测在以前基本上采用的是瞬时采样来检测，在一年中监测频率只有几次．根本无法得到排放总量的数据，也无法做到对其进行实时控制。

近年来，国内许多企业在环保在线水质值监测方面进行了大量的研究，也有某些产品设备问世。但质量普遍较低，尚未见到相应的产品设备通过国家有关部门认可，其测量数据也未能作为法定数据使用。国内在环保在线监测技术领域的研究开发，尤其是在水质值监测技术方面还处于起步阶段。本文采用高精度A／D转换器、超低功耗MSP430单片机、玻璃pH检测电极及其液晶构成整个系统的数据采集处理及其显示，可采用电池或者直流供电，可视化界面操作和显示，实现微型化、界面化、低成本的pH值检测仪设计。

1系统总体设计

pH检测仪设计分为硬件和软件2部分。硬件部分的设计是以超低功耗单片机为核心，进行单片机最小系统、pH检测模块、温度检测模块及其电源管理模块和显示及其RS485通信模块等电路的设计。软件部分的设计采用C语言编程实现检测仪的pH值和温度检测、通过温度补偿算法计算出相应的pH值，实现温度和pH的2，3点标定，MODBUS通信等，并采用VB6．0软件开发标定和监考软件实现计算机标定与显示功能。系统总体设计如图1所示。

2检测系统下位机设计

在水质pH检测仪设计中，MSP430超低功耗微控制器与时钟电路、复位电路、JTAG接口电路及电源接VI电路构成MSP430最小系统。单片机与pH传感器、温度传感器的调理电路连接组成检测部分。

2．1pH、温度传感器接口电路设计pH传感器采用玻璃电极，输出为正负mV级电压信号，其内阻达到1010Q_3，为了在pH值采集前端加缓冲电路实现阻抗匹配，通过查找相关手册，本仪器采用TLC4502集成运算放大器，它的输入阻抗达到1013Q，远大于玻璃电极的内阻。但是由于TLC4502的供电方式采用单电源供电，不能把负的信号缓冲．本仪器设计时采用将pH玻璃电极抬高1．25V，可以将所有电极输出信号缓冲，缓冲电路如图2所示。pH+、pH一代表电极的输出正负极，pH2+代表pH+缓冲后的信号。温度传感器采用与pH玻璃电极封装在一体的Ptl000热电阻，测温范围宽，测量精度高，测温电路如图3下侧部分所示，采用惠斯登电桥测量其电桥电压方式，pH测量和温度测量电路如图3所示。其中A／D转换器选择AD7705，采用差分输入，带可编程增益，本仪表设计采用增益为128，与单片机连接只需要连接DIN，DOUT，DRDY，SCLK4个引脚，与单片机采用SPI通信方式。

2．2RS485接口电路设计为了实现和上位机电脑通信实现监控和标定。该仪表设计了RS485接口电路，电路如图4所示。采用超低功耗RS485芯片VP08，采用差分方式通信，供电电压为3．3V，与单片机的RXD0与TXD0相连接，控制采用单片机的I／0口P3．35。