PH值检测硬件设计

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-datePH值检测硬件设计论文 编号 淮安信息职业技术学院毕业论文题 目pH值检测系统硬件设计学生姓名薛刚学 号15011245院 系电子工程学院专 业应用电子班 级150112指导教师秦晓芳 顾问教师二一四年六月-摘 要 pH值控制过程广泛存在与石油，化工，制药，造纸，废水处理及给水处理中，在工业生产中必须使pH值严格控制在特定范围内，否则可能会造成产品质量下降，原料浪费，

2、生产不能顺利进行，经济效益下降，甚至造成环境污染，因此将pH值控制在一定的范围内有着非常重要的意义。 本文首先分析了pH控制过程的机理模型和实际的控制要求，建立了静态模型和动态模型，得出了pH值过程的非线性特性曲线。基于AT89S51单片机设计了pH值控制器，完善了软件设计，实现了数据采集、数据处理、数据显示、键盘控制等功能。 通过对所研制控制器的测试，验证了所设计的算法可行性，今后对pH值控制系统的改进提供了一种新的设计思路。关 键 词：pH值 过程控制 变增益 单片机 Abstract pH control process widely in petroleum, chemical, ph

3、armaceutical, paper,wastewater treatment and water treatment, the pH value in the industrial production must be strictly controlled within a specified range, otherwise may cause the decline in product quality, raw material waste,production can not becarried out smoothly, economic decline, or even ca

4、use environmental pollution, so the pH within a certain range of great significance. This article first analyzesthe pH control mechanism of the process model and the actual control requirements, the establishment of static and dynamic models, and obtained thenonlinear characteristic curve of the pH

5、value of the process. According to thenon-linear characteristics of the pH value of the process, the segmented polylineto approximate the nonlinear curve, segmented variable gain PID control algorithm designed to compensate for the pH of the process of non-linear.Matlab software and application of p

6、H control process simulation,Finally, a pH value of the controller wasdesigned based on AT89S51 microcontroller, improve software design, data acquisition, data processing, data display, keyboard control and other functions.Test the developed controller, verify the feasibility of the design algorith

7、m and theimprovement of the pH control system in the future to provide a new design ideas. Keywords: pH value process control variable gain microcontrolle目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪论11.1 研究目的11.2 国内外的动态及发展趋势11.2.1 国外研究概述11.2.3 PH控制系统的发展趋势2第二章控制器硬件设计32.1 单片机外围电路总体方案32.2 单片机及其外围电路的设计42.2.1 AT89S51单片机简介42.2

8、.2 AT89S51单片机最小系统简介52.2.3 数据采集电路72.2.4 D/A转换器82.2.5 数据存储器92.3人机接口模块设计102.3.1 显示模块102.3.2 键盘模块112.4 硬件抗干扰措施12第三章控制器软件设计133.1软件设计133.1.1 程序设计13第四章总结与展望194.1总结194.2展望19致谢20参考文献21第一章 绪论1.1 研究目的 pH值的控制问题一直是控制领域中的难题之一，因为酸碱反应过程是一个典型的非线性过程。pH值较低或较高时。pH值变化非常缓慢：而在中性时，即pH值在7左右时，加入试剂的微笑变化都回引起pH值的很大变化，即随着溶液pH值的变

9、化，pH值相对于加药量变化的增益也随之发生显著变化，非线性特性非常明显。另外，试剂酸碱反应过程中还存在混合，测量等滞后环节，而且延迟时间一般很长。就更增加了控制的难度，可见pH值酸碱反应过程的控制系统是一个非线性系统，如何处理非线性是解决这一问题的关键。 由于pH值的非线性特性，用常规的线性控制方法PID控制算法无法对反应的变化过程做快速的，精确的反应，在控制过程中很容易引起震荡现象，很难对系统实现最优控制。因此本课题通过分析pH值过程的机理特性，结合改进的数字PID控制算法，设计了一种设计了一种分段式变增益PID控制算法，利用MATLAB仿真技术对pH值控制系统进行了仿真研究并与常规的PID

10、控制算法进行了仿真对比，最后基于AT89S51单片机搭建了硬件设计了pH值控制器。1.2 国内外的动态及发展趋势1.2.1 国外的研究 国外对pH过程的研究较早，对pH值控制的研究国外早在50-60年代就已经开始了，可见关于pH值的检测与控制并非一个新课题，但要取得良好的控制效果却并非易事。原因正如上述所述的，酸碱反应的pH值滨化通常是高度非线性的，这一严重的非线性给pH值的控制带来了极大的困难。 Shinskey过程控制系统应用，设计和整定对pH控制过程的基础知识进行了详细的叙述。1973年Shinskey F.G.用增益自适应的PI控制器来解决中和点附近的高增益这一难题并取得较为满意的结果

11、，并给出怎样设计一个实际的pH控制系统的方法。1983年Gustafsson T. K .对pH值中和过程应用非线性自适应的控制策略进行了研究，将非线性控制器的设计加入缓冲液的pH值中和过程，提出“输入输出修正线性化”方法。为了估计缓冲液的变化，非线性自适应控制器具有参数间接估计与直接估计的结构，一换的是设计方法和算法都很复杂。另外，Lin和Yu提出了自整定控制方案，定时估算反应物的浓度、缓冲剂与电离数等未知参数，并用一步超前控制律进行了控制。他们的控制策略能够获得良好的动态性能，并且对模型误差具有鲁棒性，但是当中和曲线发生较大变化时控制性能明显下降。Astrom.K. J.和Wittcnma

12、rk B.进行了强酸强碱系统的自适应控制器的研究。R .papa等人比较了基于模型的pH控制器和无模型的pH控制器的优劣，包括带有最小方差估计器的自适应控制器、具有模糊控制器的自适应控制器及具有模糊开关的模糊PI控制器，比较它们的控制效果，指出具有模糊开关的模糊PI控制器，比较它们的控制效果，指出具有模糊开关的模糊PI控制器有良好的性能。基于多模型的控制方法也是目前研究的主流之一，Omar Galan 分析了基于多线性模型的多种自适应机制，并与标准的PI控制器和自调整PI控制器相比较，得出多模型线性控制。Sung和Lee使用设定值变动的方法来辨识模型曲线以补偿pH过程的非线性和时变特性。关于p

13、H值控制的理论研究和实际应用方面，Dumont在1990年提出基于拉盖尔的自适应预测控制器，应用于漂白剂的提取。这种控制方法使用拉盖尔或者标准正交基模型，与预测控制使用的自回归滑动平均模型相比，需要较少的信息，但是很难确定拉盖尔模型的时间范围，同时也需要很多可调整参数来瞒住模型的准确度。 1.2.2 国内研究概况 在国内，近年来不少关于pH值控制的理论研究和实际应用采用了先进控制方法。1998年，商建东、陈康宁提出工业生产过程的新型智能pH值模糊控制器。介绍了一种基于知识库的智能pH控制系统，并研究了在农药生产中的应用，在控制中需需要做的实验形成经验数据。杨翠荣、庞泉、张玉清研究了智能pH值控

14、制器，主要是pH值的模糊算法与神经网络结合的控制算法，对象仅用于给定的中和反应过程，并进行了理论分析和数字仿真，但因其算法复杂，难于在实际工程中实现。孙西、金以惠在谷氨酸结晶过程中的pH控制问题中提出双线性自适应pH值控制，以双线性作为过程的机理模型，基本从本质上反应了该pH值中和过程。2003年，赵彦华、麻红昭在废水中和处理中，采用变增益PID调节结合模糊前馈控制。王伟采用多模型自适应控制来控制CSTR中的pH值。1.2.3 pH控制系统的发展趋势传统的酸碱废水是由人工进行调节的工艺，经过人工分析，不断由人为地加入调节剂，化验分析，化验分析后，才能排掉废水。这样进行调节周期长，加酸或加减的量

15、不能把握，而且占地面积大，能耗高，且手工配药无法在密封的环境下进行，有剧毒的化学物质严重危害着操作者的身心健康，因此可以看出手动控制安全可靠性差，工作效率低，很难满足实时控制系统的要求和符合合格排放标准。所以采用pH值自动控制系统取代人工调节是今后发展的必然趋势，从国内外研究的pH值自动控制系统中的控制来看，多数控制方法采用单回路控制器或简单的PID算法，这很难适应今后工业生产过程的大型化和复杂化，无法满足生产控制的安全、平稳、优质、高效等方面的要求。所以急需现代控制理论技术、仪表技术、电子技术等多种技术结合起来，研制成能适合各种化学工程与工业场合的高精密通用的pH值全自动控制系统。第二章控制

16、器硬件设计控制器的硬件电路的设计，必须首先决定主控制器采用的芯片，然后将控制算法编制成相应的控制程序，实现对被控对象的控制。究竟选择哪一种单片机，取决于系统对速度的要求和该应用系统的复杂性，在本设计中选用通用数字单片机，其它器件的选择遵循控制系统的精度要求，同时满足体积小、耗电少、可靠性高的要求，因此尽可能选用功耗小，性能稳定的集成电路芯片。在众多单片机产品中，MCS-51系列单片机在我国使用最为广泛，有关该系列单片机的技术资料和能够兼容的外围芯片也比较多。特别是ATMEL公司2003年推出的新一代89S系列单片机，其典型产品AT89S51单片机内部自带看门狗，集成4K字节可重擦写Flash闪

17、速存储器，具有1000次擦写周期，三级加密程序存储器，128KB字节内部RAM，32个可编程I/0口线，2个16位定时/计数器，6个中断源，低功耗空闲和掉电模式，支持ISP(在系统编程)功能，这对软件调试及以后软件的升级带来很大的方便，并由于其具有较高的性能价格比，受到用户的欢迎。因此本课题主控制芯片选用AT89S51单片机作为控制单元的核心部件。2.1 单片机外围电路总体方案 AT98S51单片机及外围电路的总体设计如下图2.1所示，主要由输入采集部分、输出控制部分和控制决策部分组成。系统中采用一片AT89S51单片处理器作为控制器的核心芯片，前项通道为数据采集部分，后项通道为控制部分，通过

18、按键和LED显示进行人机交互，并预设了串口通信接口。 图2.1 单片机外围电路设计框图输入采集部分主要采集本系统的参数即pH值。当pH参数的监测值超出设定的上限、下限参数时，扬声器发出声音进行报警，提醒工作人员检查原因并采取相应措施解决问题；控制输出部分是把控制器输出的控制量作用于执行机构，实现对pH值的控制；控制决策部分由通用数字单片机AT89S51来实现，该部分是根据系统的工况、测量内容、显示方式等要求设计的，是硬件电路设计的核心部分；键盘输入部分可以设定报警的上限和下限值，并通过键盘保存键值。键盘一般是在系统调试、定期或不定期检查中时使用，方便人机交互；显示部分用于显示设定的pH值及采样

19、所得的pH值。下面就分别对基于AT89S51单片机的pH控制器各部分电路进行介绍。2.2 单片机及其外围电路的设计2.2.1 AT89S51单片机简介 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可系统编程的Flash只读程序存储器

20、,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器 既可在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中,ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。1、主要性能参数与单片机产品兼容8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：0Hz33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线 、三个16位定时器/计数器 八个中断源 、全双工UART串行通道低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标

21、识符。2、AT89S51芯片内部结构简介1）中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。2）数据存储器用于存放变化的数据。AT89S51中数据存储器的地址空间为256个RAM单元，但其中能作为数据存储器供用户使用的仅有前面128个，后128个被专用寄存器占用。3）程序存储器用于存放程序和固定不变的常数等。通常采用只读存储器，且其又多种类型，在89系列单片机中全部采用闪存。AT89S51内部配置了4KB闪存。4）定时/计数器用于实现定时和计数功能。AT89S51

22、共有2个16位定时/计数器。5）8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。每个口都由1个锁存器和一个驱动器组成。它们主要用于实现与外部设备中数据的并行输入与输出，有些I/O口还有其他功能。6）A89S51内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。7）时钟电路的作用是产生单片机工作所需要的时钟脉冲序列。8）中断系统的作用主要是对外部或内部的终端请求进行管理与处理。AT89S51共有5个中断源，其中又2个外部中断源和3个内部中断源。图2.2 AT89S51的功能结构图2.2.2 AT89

23、S51单片机最小系统简介AT89S51，先以主震荡频率为基准发出CPU时序，对指令进行译码，然后发出各种控制信号，完成一系列定时控制的操作，用来协调单片机内部各功能部件之间的数据传输，数据运算等操作。 单片机最小系统由震荡电路、复位电路及一片单片机构成,是单片机正常工作的最基本组成。其最小系统如下图4.3所示。 图2.3 AT89S51单片机最小系统简介1. 复位电路:复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，当为可靠起见电源稳定后还要经一定的延时直至系统电源稳定后才撤销，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。AT89S51单片机的复位信号是从RST脚输入到片内触发器中的

24、复位电路。当系统处于正常工作状态，且振荡器工作稳定后，如在RST引脚上有从低电平上升到高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上，单片机便实现初始化状态复位。为了保证应用系统可靠地复位，在设计复位电路时，通常使引脚保持10ms以上的高电平。只要RST保持高电平，单片机就循环复位。当RST从高电平变为低电平以后，单片机从0000H地址开始执行程序。在本系统中采用手动复位电路,即在系统带电情况下进行手动复位,使用灵活方便,其中R14为10 ,C10为1。2. 时钟电路：AT89S51单片机的CPU时钟源可以通过内部振荡器和外部振荡器来产生。XTAL1和XTAL2两引脚分别为单级片内反相放大器的

25、输入端和输出端，其频率范围为0-33MHz。当选用片内振荡器时，需外接晶体振荡器，并外接两个小电容后接地。外接电容3010pF；当选用外部振荡器时，则外部振荡器输出信号接XTAL1引脚，而XTAL2引脚浮空不用。在本设计中采用片内振荡器，在AT98S51单片机的XTAL1和XTAL2两引脚之间连接一个晶体振荡器，并接两个小电容后接地。晶体的振荡频率为12MHz，电容为30pF。在设计电路板时，晶体和电容尽可能靠近单片机芯片安装，以减少寄生电容，使振荡器稳定可靠地工作。2.2.3 数据采集电路在数据采集过程中，把pH值传感器采集的非电量被测信号转换成相应的模拟电信号，模拟信号在输入到计算机之前必

26、须经过模拟量到数字量的转换。因此模数转换器（A/D）是必不可少的功能部件，在本电路设计中是采用ADC0804芯片。本设计中ADC0804是以程序查询方式进行数据采集。ADC0804是用8位全CMOS集成工艺制成的逐次比较型A/D转换芯片。分辨率8位，转换时间100，输入电压范围为05V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为 5V。ADC0804片内有三态数据输出锁存器，可以和单片机直接接口。单通道输入,转换时间大约为100。ADC0804 转换时序是：当CS0 许可进行A/D 转换。WR由低到高时，A/D开始转换，一次转换一共需要6673 个时钟周期。CS与WR同时有效时启动A/D转换，转换结

27、束产生INTR 信号（低电平有效），可供查询。当CS=0和RD=0 时将数据取出存入存储器中并读取数据结果。数据采集电路中ADC0804芯片外引脚以及外设电路如图2.4所示。 图2.4 数据采集电路ADC0804使用时应注意的事项：(1)转换时序：ADC0804控制信号的时序图如2.5所示，由图可见各控制信号时序关系为：当CS与WR同时为低电平，则启动A/D转换器，在WR上升沿后延时，等待模数转换结束，转换结果存入数据锁存器。CS、RD同时来低电平，则数据锁存器三态门打开，数字信号送出。此时单片机读取AD转换数据。而在RD高电平到来后三态门处于高阻状态。 图2.5 ADC0804控制信号的时序

28、图(2)参考电压的调节：在使用A/D转换器时，为保证其转换精度，要求输入电压满量程使用。如输入电压动态范围较小，则可调节参考电压 ，以保证小信号输入时ADC0804芯片8位的转换精度。(3)接地：模数转换电路中要特别注意到地线的正确连接，否则干扰很严重，以至影响转换结果的准确性。A/D芯片上提供了独立的模拟地（AGND）和数字地（DGND）的引脚。在线路设计中，必须将所有的器件的模拟地和数字地分别连接，然后将模拟地与数字地仅在一点上相连。2.2.4 D/A转换器DAC0832是一个8位D/A转换器芯片，单电源供电，从+5V+15V均可正常工作，基准电压的范围为10V，电流建立时间为1，CMOS

29、工艺，低功耗20mm。其内部结构由1个8位输入寄存器、1个8位DAC寄存器和1个8位D/A转换器组成。在输出电路中,通过D/AC0832将数字量转换为模拟量,由输出调节电路转换为标准的输出信号,可为现场控制、数据采集、记录等提供05V、010mV、010mA、420mA不同的标准输出信号。DAC0832利用WR1 、 WR2 、ILE、XFER 控制信号可以构成三种不同的工作方式：直通方式，单缓冲方式和双缓冲方式。在本设计中DAC数据传输方式是寄存器直通方式，即当ILE接高电平，、和都接数字地时，DAC处于直通方式，8位数字量一旦到达P0.7P0.0输入端，就立即加到8位D/A转换器，被转换成

30、模拟量。其转换电路图如2.6图所示。 图2.6 D/A转换电路2.2.5 数据存储器 无论是智能仪器仪表还是单片机工业控制系统都要求其数据能够安全可靠而不受干扰，特别是一些重要的设定参数受到干扰后变成一个很大的数字，那么就有可能发生破坏性后果，给生产和经济带来损失，因此必须选用可靠的芯片作为数据储存单元。 本设计采用AT 24C02作为单片机的数据存储单元，AT24C02是ATMEL公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是内含2568位存储空间，具有工作电压宽（2.55.5V）、擦写次数多（大于10000次）、写入速度快（小于10ms）等特点。24C02中带有片内地址寄存器。每写入或读出一个

31、数据字节后，该地址寄存器自动加1，以实现对下一个存储单元的读写。所有字节均以单一操作方式读取。为降低总的写入时间，一次操作可写入多达8个字节的数据。 24C02与单片机的接口非常简单，如下图2.7所示。A0，A1，A2为器件地址线，用于确定芯片的硬件地址。WP为写保护引脚，为低电平有效，SCL，SDA为二线串行接口，符合I2C总线协议，可直接和硬件相连。对于只用一片24C02器件的系统，因为不需要分辨不同的地址，只要WP保护功能正常就可以了。 图2.7 数据存储器24C022.2.8 电源转换电路设计 在本次设计中的AT89S51单片机的工作电压为5V，电路板采用9V-12V直流电压供电，经过

32、78L05转化为5V供单片机工作。二级管是防止电源插反烧掉电路的。是起保护作用的电路图如图2.8所示。 图2.8 电源转换电路图2.3人机接口模块设计根据系统功能的要求，人机交互采用按键和数码管构成，利用AT89S51的I/O采集开关量，采用动态显示方式实测pH值和预设pH值，显示数据及所设定的数据由AT89S51的P0口和P1送出。2.3.1 显示模块在显示电路中，本系统采用的是6个三位8段共阴极LED数码显示器, 实时显示当前采样pH值以及预设pH值。74HC573是显示的驱动模块，作为数码管的位驱动和段驱动，锁存数据也由74HC573来完成，显示是通过动态扫描来实现的，所谓动态扫描就是指

33、采用分时的方法，轮流控制各个显示器的COM端，使各个显示器轮流点亮，在轮流点亮的扫描过程中，每位显示器的点亮时间极其短暂的，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。本系统还做了液晶显示器件的扩展口电路，以供将来升级使用。利用数码管显示电路如图2.9所示。 图2.9 显示电路图2.3.2 键盘模块在单片机应用系统中，通常应具有人机对话的功能，能随时发出各种控制命令和数据输入以及报告应用系统的运行状态与运行结果。这样在系统的调试、定期或不定期检查中，键盘就会起到很好的交互作用。 键盘可以分为

34、独立连接式和矩阵式两类。独立式按键是指直接用 I/O 口线构成的单个按键电路，每个独立式按键单独占有一根 I/O 口线。矩阵式键盘，由行和列交叉构成，当有键按下时进行列扫描，来确定键值。本系统设计了一个44的矩阵式键盘，电路图如下图2-10所示。 图2.10 键盘电路图2.4 硬件抗干扰措施硬件电路方面的抗干扰主要是：(1)将模拟地与数字地分开，最后才在一点将它们连接，避免模拟电路和数字电路的相互干扰。(2)供电端使单片机的工作频率较高，因此，在电源和地之间均并联一只的电容，滤除从电源窜入的干扰。(3)AT89S51集成了看门狗监控功能。第三章控制器软件设计3.1软件设计3.1.1 程序设计(

35、1)主程序是整个软件的灵魂，起主导作用。主程序设计的正确与否，影响整个设计的正确率与进程。在主程序里主要是通过调用子程序，来完成控制命令的。通过软件控制语句，函数数据结构，全局变量控制设定等，将这些子程序链接起来，便组成了整个软件的骨架。在本课题中，pH值单片机控制器程序主要实现的功能有：数据采集，A/D转换，D/A输出，计算和输出控制量、LED显示。(2)在主程序运行之前需要进行一系列的初始化工作，主要包括对堆栈、I/O口、定时计数器等特殊功能寄存器的设置。程序初始化是对系统中所使用到的模块进行初始设置，其目的就是为了让硬件模块符合在控制软件中的使用要求。同时还需要对单片机的一些外围电路进行

36、初始化设置。另外还要对系统的空间进行分配，用来存储各参数的报警极限值和采集过程中的各参数。使用Keil C51对单片机编程可以根据需要制定程序变量的存储区，并通过程序控制存储区的使用。把使用的全局变量放在DATA区。不常用的放在IDATA区。当系统掉电时存入单片机RAM的数据会丢失，所以在本设计中pH值参数，参数的报警值等数据都存入外部扩展的24C02芯片，它存取速度虽然比DATA区慢，但由于24C02的数据存储在EEPROM中，当系统断电时，存储在其中的数据不会丢失。(3)在A/D采样子程序中，数据采集模块主要是对输入信号进行采样，首先把要采集的模拟信号采集过来，然后单片机通过计算获得参数值

37、后，将其存入相应的存储单元，对该参数值与其报警上限和下限值进行比较，如果该参数值超过系统所设置报警范围，则发出报警信息。(4)D/A子程序主要完成控制量的输出，通过D/AC0832将数字量转换为模拟量,由输出调节电路转换为标准的输出信号来驱动执行器进行工作，本课题是关于pH值的控制系统，只输出pH这一路的控制量。输出更新采用直接更新输出的方法。由于DAC操作很快，几个周期内便可完成更新操作，DAC不需要中断也就是说，DAC没有相应的中断处理。DAC数据寄存器为双重缓冲，它的锁存器存放DAC控制输出值。输出一次后锁存起来，使输出结果保存。(5)显示子程序主要完成显示系统当前pH值以及设定值，单片

38、机自检和复位信息的显示。数码管实现采用的是动态扫描的方法，在主程序中轮流调用数码管显示子程序。用六个数码管把单片机采集到的的实时pH值和设定的pH值显示出来，显示的pH值精确到0.1。(6)本控制器中键盘处理程序只在系统调试、定期或不定期检查中才使用。按键的识别主要靠软件来实现，需要编写相应的键盘扫面程序。键盘处理程序采用编程扫描工作方式对按键进行处理，在主程序中每循环一次主程序就判断一次“是否有按键按下”的条件。当查询有键按下时，程序按以下方法进行处理：在第一次检测到有键按下时，先执行一段延时子程序，延时时间为10ms，然后再读取键值，若结果一致则判断有键按下，否则放弃此键值。在确认有键按下

39、的条件下，通过扫描方式求取键值，根椐不同键值转向不同功能的键处理程序，键闭合一次进行一次键功能操作。假设已经有键按下，并引发了相应的按键程序： #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dula=P26;sbit wela=P27;uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,;void delay(uint x) uchar i,j; for(i=x;i0;

40、i-) for(j=110;j0;j-); void display(uchar num) P0=tablenum ; dula=1; dula=0; void matrixkeyscan() uchar temp,key; P3=0xfe; temp=P3; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) delay(10) ;temp=P3;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0) temp=P3;switch(temp) case 0xee: key=0; break;case 0xde: key=1; break;case 0xbe: key=2;bre

41、ak;case 0x7e: key=3; break; while(temp!=0xf0) temp=P3; temp=temp&0xf0; display(key); P3=0xfd; temp=P3; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) delay(10) ;temp=P3;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0) temp=P3; switch(temp) case 0xed: key=4; break;case 0xdd: key=5; break;case 0xbd: key=6; break;case 0x7d: key=7; break

42、; while(temp!=0xf0) temp=P3; temp=temp&0xf0; display(key); P3=0xfb; temp=P3; temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0) delay(10) ;temp=P3;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0) temp=P3; switch(temp) case 0xeb: key=8; break;case 0xdb: key=9; break;case 0xbb: key=10; break;case 0x7b: key=11; break; while(temp!=0xf0) temp=

43、P3; temp=temp&0xf0; display(key); P3=0xf7; temp=P3; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) delay(10) ;temp=P3;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0) temp=P3; switch(temp) case 0xe7: key=12; break;case 0xd7: key=13; break;case 0xb7: key=14; break;case 0x77: key=15; break; while(temp!=0xf0) temp=P3; temp=temp&0xf0; di

44、splay(key); void main() P0=0; dula=1; dula=0; P0=0xc0; wela=1; wela=0; while(1) matrixkeyscan();第四章总结与展望4.1总结目前国内研制和开发pH值测控制装置也越来越多。到目前为止，国内大量应用于工业现场的pH值控制器，硬件实现大多数还基于可编程逻辑控制器（PLC）货单片机，采用单回路控制器，辅助以前馈控制或串级控制，但是却存在结构复杂，稳定性差，控制精度低等缺点。梁赋，杜道广等利用西门子S7-300型PLC实现了pH过程的前馈控制。1994年，卞平针对工业废液中的pH值控制问题，应用KMM可编程控制

45、器组成非线性串级控制系统，即当入口流量发生变化时（工业废液处理中的主要干扰之一），流量变送器发出信号到KMM可编程的控制器的副调作用，产生相对应的输出信号来控制调节阀，主调节环是采用PID调节。陈荣、丘达人在分析锅炉给水pH值检测原理的基础上，采用8031单片机实现了常规控制。伍明华、毛家鹏针对电镀过程中pH值控制问题采用了8039单片机作为控制单元对其进行实现，pH值控制范围在4.5左右，属于专用的pH值控制装置。张舒根据抗菌生产的特点，设计了基于ATMEL的一种发酵过程控制器的研究。阎中灿、李志明等人研究了一种嵌入式单片机系统在微型pH计中的应用。4.2展望随着数字计算机向小型、高速、大容

46、量、低成本的迅速发展，使得各种性能的微处理器不断推出，特别是适用于实时控制的工业计算机、单片机和可编程控制器（PLC）在控制领域的应用，更加促进pH值自动控制系统的发展。满满的PH检测的应用将为更加的广泛，在我们的生活中将会处处运用到这个的，这个的研究人员也会越来越多的。致谢在论文即将完成之时，我首先要向关心帮助和指导我的毕业设计指导老师秦老师表示衷心的感谢并致以崇高的敬意！在完成论文工作中，遇到了许多困难，一直得到秦老师的亲切关怀和悉心指导，秦老师以其渊博的学识、严谨的治学态度、求实的工作作风和敏捷的思维给我留下了深刻的印象，我将终生难忘。再一次表示衷心的感谢，感谢秦老师营造的浓郁学术氛围，

47、以及学习、生活上的无私帮助! 值此论文完成之际，谨向秦老师致以最崇高的谢意!在学校的学习生活即将结束，回顾两年多来的学习经历，面对现在的收获，我感到无限欣慰。为此，我向热心帮助过我的所有老师和同学表示由衷的感谢!在我即将完成学业之际，我深深地感谢我的家人给予我的全力支持！是家人，给了我面向未来的勇气与自信；是家人，在我跌倒彷徨的时候，给了我冷静思考的空间；是家人，在本该由我支撑家庭的时候依然在默默的付出。因为他们，我才有力量面对一切可能。最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授！参考文献1卞平.KMM可编程序控制器在pH值控制中的应用J.自动化仪表，1995,4:29-31

48、2陈晓燕等. 基于AT89C55WD单片机的温室测控系统J. 农业网络信息, 2005,(1):553谢明等. 基于AT89C55WD单片机的空气质量监控系统J. 工业控制计算机2004,17(10):454徐志军. CPLD/FPGA的开发与应用M. 北京：电子工业出版社，2004：30-128.5汉泽西等. EDA技术及其应用M. 北京：北京航空航空大学出版社，2004：12-25.6ALTERA可编程逻辑器件及应用M. 北京：清华大学出版社，1999：38-79.7樊京，郭俊杰. 单片机+CPLD结构体系在电子设计中的应用J. 单片机与嵌入式系统应用，2002,（6）：5-8.8王红等. FPGA现状与发展趋势J. 电子与封装, 2007,7(7):32-33.9周维等. CPLD和FPGA编程与配置的实现J. 计算机与数字工程, 2006,34(1):101.10赖先志. 基于FPGA的简单CPU设计J. 重庆职业技术学院学报，2005,14(1):117.11孟李林. FPGA和ASIC设计特点及应用探讨J. 设计与开发, 2006,31(7):526-527.