基于單片機的TDS檢測系統

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，其能根據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生變化，傳送給單片機處理數據后控制步進電機，打開管道水閥，完成小便槽的沖洗。此系統沖洗方式更準確、先進、節約水資源。并且本系統相對于紅外、壓力感應系統的成本更低，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小便槽的沖洗問題，而且該系統便宜、衛生，可以讓人們生活更加高效、便捷，還能節約水資源。

1 電路分析

實現過程：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手動沖廁功能。單片機通過比對數據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電壓信號的采集，通過單片機進行數據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 硬件系統設計

硬件電路系統主要由以下幾部分組成：單片機最小系統（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、數碼管顯示電路、水泵控制電路（繼電器、外接電源、執行部分）、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，通過測量液體環境電壓并利用TDS檢測技術計算出電導率。RV1為模擬液體環境電阻值，即液體環境電導率變化通過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，與GND 端共同構成探針兩級，均與RV1連接，CH0、CHI并聯的探針在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將信號轉換為數字信號傳輸至單片機。

3 數據測量

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。

系統測量數據如表1所示。表中使用情況分三種：初始狀態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，水泵狀態為運轉。小便槽使用后，通過沖廁恢復至初始狀態。

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。本設計使用適當的水完成小便槽沖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。而且該系統便宜、衛生，可以讓人們生活更加高效、便捷，節約水資源，具有廣闊的市場前景，能夠很好運用到公廁或家庭衛生間中。

參考文獻

[1]張嬌，張琦.基于單片機的自動電阻測試計的設計[J].電子世界，2014（07）：147-147.

[2]陳麗梅.鹽溶液電導率與濃度和溫度的關系測量[J].實驗室研究與探索，2010，29（05）：44-47.

[3]王學艷，張忠萍.基于電導率與TDS及全鹽量的關系研究[J].黑龍江水利科技，2008，36（01）：7.

[4]康華光.電子技術基礎數字部分[M].北京：高等教育出版社，2008.

[5]胡宴如.模擬電子技術[M].北京：高等教育出版社，2008.

作者單位

長江師范學院 重慶市 408100endprint