基于單片機的TDS檢測系統(tǒng)

程棁

摘 要 為了使人們的生活更舒適、快捷，本團隊研制了單片機的TDS檢測系統(tǒng)，其能根據(jù)小便槽積水處的電導率變化自動沖廁。有人使用小便槽時，電導率傳感器檢測到小便槽積水的電導率發(fā)生變化，傳送給單片機處理數(shù)據(jù)后控制步進電機，打開管道水閥，完成小便槽的沖洗。此系統(tǒng)沖洗方式更準確、先進、節(jié)約水資源。并且本系統(tǒng)相對于紅外、壓力感應系統(tǒng)的成本更低，具有廣闊的市場前景，能夠很好的運用到公廁或家庭衛(wèi)生間。

【關鍵詞】STC89C52 TDS 電導率 自動沖廁

如廁可以將人身體的雜質、毒素排出體外，良好的如廁習慣可以使人們的身體更加健康?，F(xiàn)有的許多小便槽沖洗方法有很多不足的地方，目前最常見的紅外、壓力感應沖廁系統(tǒng)也不能準確的判斷是否有人使用小便槽。因此，研制出新型、自動化的小便槽沖洗系統(tǒng)勢在必行。

本設計基于TDS檢測技術自制探針，將探針置于小便槽積水處，當有人如廁時，根據(jù)檢測小便槽積水處的電導率變化，通過單片機、繼電器等的工作自動沖洗小便槽。其完全可以克服傳統(tǒng)小便槽的沖洗問題，而且該系統(tǒng)便宜、衛(wèi)生，可以讓人們生活更加高效、便捷，還能節(jié)約水資源。

1 電路分析

實現(xiàn)過程：基于單片機的A/D轉換法自動沖廁組成框圖。采用ADC0832芯片通過A/D轉化間接測電導率，把電極和被測溶液等效為電阻，通過ADC0832芯片將被測溶液以電壓的形式讀取，利用TDS檢測技術并通過單片機轉換為電導率。設計中加入溫度補償消除溫度對電導率測量值的影響，顯示電路顯示電導率，報警電路提示沖廁過程，按鍵電路通過單片機實現(xiàn)手動沖廁功能。單片機通過比對數(shù)據(jù)來決定是否打開水泵進行沖廁。

主要技術：TDS檢測技術

TDS值代表了水中溶解物雜質含量，TDS值越大，水中溶解物越多，說明水中的可導電物質含量大。通過檢測溶解性總固體（TDS），可以分析水的電導率。電導率是表示物質導電性能的物理指標。電導率越大物質的導電性能越強，相應的電阻就越小，反之物質導電性能越小，電阻越大，電導率也越小。人體尿液富含礦物質，其中鈉離子、鉀離子尤為豐富，使用TDS檢測技術即可測出可導電物質。通過電導率測量電路實現(xiàn)電壓信號的采集，通過單片機進行數(shù)據(jù)處理并計算出電導率。

導體的導電能力與導體本身的自由電荷在電場作用下的運動有關，所以其導電能力與導體的性質及它的長度和橫截面積有關。

2 硬件系統(tǒng)設計

硬件電路系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：單片機最小系統(tǒng)（單片機、時鐘電路和復位電路組成）、TDS測量電路（探針、A/D轉換）、溫度補償電路、數(shù)碼管顯示電路、水泵控制電路（繼電器、外接電源、執(zhí)行部分）、報警電路及按鍵電路。

2.1 電路圖

如圖1所示。

2.2 TDS檢測電路

測量電路工作原理：通過TDS檢測電路設計，結合ADC0832芯片A/D轉換的特點，通過測量液體環(huán)境電壓并利用TDS檢測技術計算出電導率。RV1為模擬液體環(huán)境電阻值，即液體環(huán)境電導率變化通過RV1的電阻值變化模擬。RV1左側和下端為探針兩級，即電導率探針。CH0、CHI并聯(lián)，與GND 端共同構成探針兩級，均與RV1連接，CH0、CHI并聯(lián)的探針在RV1左側，GND 端探針在RV1下端。RV1電阻值變化通過探針將模擬信號以電壓的形式反饋給ADC0832，ADC0832將信號轉換為數(shù)字信號傳輸至單片機。

3 數(shù)據(jù)測量

電導率溫度補償流程如圖2所示。程序開始運行，讀取溫度值Temp，將溫度值進行區(qū)間比較；當1≤Temp<10時，將值帶入Ks=Kt/（0.00169t+0.5583）；當10≤Temp<20時，將值帶入Ks=Kt/（0.018t+0.5473）；當20≤Temp<30時，將值帶入Ks=Kt/（0.00189t+0.5281）；當320≤Temp時，將值帶入Ks=Kt/（0.022t+0.45）。通過相應公式求出Ks的值，并將Ks的值賦給K，K帶入TDS求值公式，最后輸出補償后的電導率值。

系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)如表1所示。表中使用情況分三種：初始狀態(tài)代表沒有使用小便槽，此時電壓理論值的范圍為4.50-5.00V，水泵狀態(tài)為停止；使用中代表有人使用小便槽，此時電壓理論值的范圍為5.00-2.50V，水泵狀態(tài)為停止；使用后代表使用小便槽結束后，此時電壓理論值的范圍為0.01-4.50V，水泵狀態(tài)為運轉。小便槽使用后，通過沖廁恢復至初始狀態(tài)。

4 結論

本設計基于TDS檢測技術自制探針，將探針置于小便槽積水處，能根據(jù)檢測小便槽積水處的電導率變化，通過單片機、繼電器等的工作自動沖洗小便槽。本設計使用適當?shù)乃瓿尚”悴蹧_洗的同時還通過溫度補償修正更進一步讓水資源得到合理的運用。而且該系統(tǒng)便宜、衛(wèi)生，可以讓人們生活更加高效、便捷，節(jié)約水資源，具有廣闊的市場前景，能夠很好運用到公廁或家庭衛(wèi)生間中。

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作者單位

長江師范學院 重慶市 408100endprint