近年来，随着科学技术的不断发展，越来越多的人开始意识到监测水中溶解氧的必要性和重要性。特别是大中型电厂、水处理厂、油田和环保单位，为了保证水质和设备长期正常运行，需要严格监测和控制所用水中的溶解氧含量。

　　

　　目前，测定溶解氧含量的专用仪器(溶解氧分析仪)已广泛地替代了化学法。溶解氧仪主要由主机和传感器(电极)组成。传感器主要有两种类型，即原电池型“ DO"电极和极谱膜电极。由于电极材料消耗大、精度低、寿命短，原有的电池型“ DO"电极逐渐被淘汰。极谱复合膜电有干扰小、使用寿命长、存储方便等优点，在溶解氧测量中得到了广泛的应用。目前国内也在研制极谱电极溶解氧分析仪，但其测量精度低、稳定性差、标定复杂、补偿功能不足。国外溶解氧仪器精度高，但价格昂贵，维护困难，难以满足国内需求。为此，设计了一种基于 ATMEGA128单片机的智能在线溶解氧分析仪。该系统具有功耗低、精度高、稳定性好、存储容量大等特点。

　　

　　1测量原理

　　

　　测量水中溶解氧含量的仪器属于安培分析仪，安培分析仪的传感器能将被分析物浓度的变化转化为电流信号的变化。根据工作原理的不同，可分为原电池型和极通用型。这种设计基于非常通用的工作原理。

　　

　　1.1极普式原理

　　

　　在极普型电流通过传感器的阴、阳电极间施加从小到大的电压时，由于工作溶液中某种被分析研究物质的存在，测量数据输出电流我们可以自己得到极谱图。

　　

　　当电压小于 UO 时，极限扩散电流 i ≈0，并且随着电压 U 的增加，i 呈指数增长，直到 u ≥ u1，I 趋向于一个稳定的值，而且 i 与被测物质的浓度成正比。与 IO/2相对应的电压 U 1/2称为半波电位，其值仅与被测对象的性质有关，可作为定性分析的依据。

　　

　　当溶液中有多种物质时，每种物质都对总的极限扩散电流有贡献。用极谱法连续测定溶液中的一种物质如溶解氧浓度时，会受到一些物质的干扰，所以需要用选择性膜将样品溶液与电极室隔离。

　　

　　1.2传感器工作原理

　　

　　根据极谱原理，传感器制成一个特殊的电解池。其参比电极（阳极）采用表面积为64cm2的银电极，而测量电极（阴极）采用表面积仅为0.8cm2的金电极。金电极为极化电极，银电极为去极化电极，支持浓度为0.7—1mol/L的KCL电解液。实验表明，当电解池的外加电压在某一恒定值时，电解液中的溶解氧产生的电解电流具有极限扩散电流的特征，即电流的大小与电解池的工作电压无关，得到氧的极谱曲线，这时电极上的电极反应为：

　　

　　根据极谱分析原理，在一定温度下，电解质中溶解氧的极限扩散电流与溶解氧的浓度近似成线性关系

　　

　　2 总体设计

　　

　　智能可以在线溶氧仪的设计以低功耗8位控制器ATmega128为核心，其总体的设计系统框图如图4所示。可分为八个主要部分：微控制器、氧传感器、温度传感器、信号信息处理及A/D转换、键盘显示模块电路、标准工作电流通过输出一个电路、报警及控制管理电路和通信网络接口电路等.氧传感器及温度传感器技术输出的模拟输入信号，经过不断放大处理后，进行A/D转换，并将转换后的数字经济信号输入微控制器需要进行研究分析问题处理，然后对数据资源进行有效存储和上传，并显示。

　　

　　智能在线 pH 值分析仪的硬件设计是基于低功耗的 Atmega128单片机，可以用来控制仪器本身的低功耗工作模式，外围设备的低功耗工作模式可以通过编程控制，节约能源。并且多采用高精度、高性能的芯片，实现了整体设计的高精度、低功耗、稳定性好等特点。

　　

　　3硬件设计

　　

　　3.1微控制器

　　

　　微控制器是AVR单片机家族中的高性能单片机ATmega128。ATmega128是一款基于RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器，广泛应用于计算机外设、工业实时控制、仪器仪表、通信设备、家用电器等领域。

　　

　　Atmega128具有以下特点: 嵌入高质量的 Flash 程序存储器，易于擦除，便于产品调试、开发、生产、更新;嵌入式长寿命 E2PROM 可长期存储关键数据，避免停电数据丢失，并可扩展64KB 的优化外部存储空间、 PWM 功能定时器/计数器(t/C)、可编程带片上振荡器的看门狗定时器、 SPI 串行口等 JTAG 测试接口兼容 IEEE 1149.1规范(此接口也可用于片上调试) ;低压电源，工作电压范围: 2.7 ~ 5.5 V，抗力强，可以减少一般8位计算机软件抗干扰设计和硬件使用的工作量，工作温度范围可以满足工业级要求，达到 -55 ° C-+ 125 ° C

　　

　　3.2 传感器

　　

　　传感器为复合式溶解氧传感器，其中氧传感器基于极谱原理，温度传感器为负温度系数热敏电阻(NTC)。

　　

　　3.3 信号进行处理及A/D转换

　　

　　在电流/电压转换和放大之后，输入电流和输出电压之间的关系如下

　　

　　低通滤波后，进行模数转换。

　　

　　为了能够提高工作精度，模数转换可以选用一个具有和差转换信息技术（∑-Δ技术）的AD7715，AD7715具有16位无误码输出，0.0015％非线性度，前端控制增益可编程、内设自校准数字电路和低功耗等优点。模拟数据信号需要通过使用多路模拟电子开关，将温度和pH值信号作为输入AD7715进行分析转换。

　　

　　3.4 输出电路

　　

　　输出电路由标准电流输出电路、控制继电器和通信接口组成。利用ATmega128的PWM(脉宽调制)，输出4-20 mA的标准电流，用于控制或外部记录器。上限和下限警报作为继电器触点输出。通信电路采用RS485总线接口，与上位机组成工业控制网络。RS485采用平衡差分传输方式，抗力强，传输距离远，通信速率高。

　　

　　3.5 键盘显示电路

　　

　　键盘数据显示系统电路可以采用的是TFT3224真彩液晶显示器，支持256色，并且通过带有触摸屏进行功能，改变了我们以往传统单一产品颜色信息显示、按键控制操作的风格。触摸屏接口管理芯片选用一些具有发展同步串行通信接口的12位取样模数转换器ADS7843。ADS7843具有中国使用环境温度变化范围广（-10℃—65℃），低功耗（3.3V工作电流240mA），宽输入输出电压（2.7V—5.5V），轻薄设计（高度10mm），低功耗模式等优点。＜