基于单片机的TDS检测系统

程棁

摘 要 為了使人们的生活更舒适、快捷，本团队研制了单片机的TDS检测系统，其能根据小便槽积水处的电导率变化自动冲厕。有人使用小便槽时，电导率传感器检测到小便槽积水的电导率发生变化，传送给单片机处理数据后控制步进电机，打开管道水阀，完成小便槽的冲洗。此系统冲洗方式更准确、先进、节约水资源。并且本系统相对于红外、压力感应系统的成本更低，具有广阔的市场前景，能够很好的运用到公厕或家庭卫生间。

【关键词】STC89C52 TDS 电导率 自动冲厕

如厕可以将人身体的杂质、毒素排出体外，良好的如厕习惯可以使人们的身体更加健康。现有的许多小便槽冲洗方法有很多不足的地方，目前最常见的红外、压力感应冲厕系统也不能准确的判断是否有人使用小便槽。因此，研制出新型、自动化的小便槽冲洗系统势在必行。

本设计基于TDS检测技术自制探针，将探针置于小便槽积水处，当有人如厕时，根据检测小便槽积水处的电导率变化，通过单片机、继电器等的工作自动冲洗小便槽。其完全可以克服传统小便槽的冲洗问题，而且该系统便宜、卫生，可以让人们生活更加高效、便捷，还能节约水资源。

1 电路分析

实现过程：基于单片机的A/D转换法自动冲厕组成框图。采用ADC0832芯片通过A/D转化间接测电导率，把电极和被测溶液等效为电阻，通过ADC0832芯片将被测溶液以电压的形式读取，利用TDS检测技术并通过单片机转换为电导率。设计中加入温度补偿消除温度对电导率测量值的影响，显示电路显示电导率，报警电路提示冲厕过程，按键电路通过单片机实现手动冲厕功能。单片机通过比对数据来决定是否打开水泵进行冲厕。

主要技术：TDS检测技术

TDS值代表了水中溶解物杂质含量，TDS值越大，水中溶解物越多，说明水中的可导电物质含量大。通过检测溶解性总固体（TDS），可以分析水的电导率。电导率是表示物质导电性能的物理指标。电导率越大物质的导电性能越强，相应的电阻就越小，反之物质导电性能越小，电阻越大，电导率也越小。人体尿液富含矿物质，其中钠离子、钾离子尤为丰富，使用TDS检测技术即可测出可导电物质。通过电导率测量电路实现电压信号的采集，通过单片机进行数据处理并计算出电导率。

导体的导电能力与导体本身的自由电荷在电场作用下的运动有关，所以其导电能力与导体的性质及它的长度和横截面积有关。

2 硬件系统设计

硬件电路系统主要由以下几部分组成：单片机最小系统（单片机、时钟电路和复位电路组成）、TDS测量电路（探针、A/D转换）、温度补偿电路、数码管显示电路、水泵控制电路（继电器、外接电源、执行部分）、报警电路及按键电路。

2.1 电路图

如图1所示。

2.2 TDS检测电路

测量电路工作原理：通过TDS检测电路设计，结合ADC0832芯片A/D转换的特点，通过测量液体环境电压并利用TDS检测技术计算出电导率。RV1为模拟液体环境电阻值，即液体环境电导率变化通过RV1的电阻值变化模拟。RV1左侧和下端为探针两级，即电导率探针。CH0、CHI并联，与GND 端共同构成探针两级，均与RV1连接，CH0、CHI并联的探针在RV1左侧，GND 端探针在RV1下端。RV1电阻值变化通过探针将模拟信号以电压的形式反馈给ADC0832，ADC0832将信号转换为数字信号传输至单片机。

3 数据测量

电导率温度补偿流程如图2所示。程序开始运行，读取温度值Temp，将温度值进行区间比较；当1≤Temp<10时，将值带入Ks=Kt/（0.00169t+0.5583）；当10≤Temp<20时，将值带入Ks=Kt/（0.018t+0.5473）；当20≤Temp<30时，将值带入Ks=Kt/（0.00189t+0.5281）；当320≤Temp时，将值带入Ks=Kt/（0.022t+0.45）。通过相应公式求出Ks的值，并将Ks的值赋给K，K带入TDS求值公式，最后输出补偿后的电导率值。

系统测量数据如表1所示。表中使用情况分三种：初始状态代表没有使用小便槽，此时电压理论值的范围为4.50-5.00V，水泵状态为停止；使用中代表有人使用小便槽，此时电压理论值的范围为5.00-2.50V，水泵状态为停止；使用后代表使用小便槽结束后，此时电压理论值的范围为0.01-4.50V，水泵状态为运转。小便槽使用后，通过冲厕恢复至初始状态。

4 结论

本设计基于TDS检测技术自制探针，将探针置于小便槽积水处，能根据检测小便槽积水处的电导率变化，通过单片机、继电器等的工作自动冲洗小便槽。本设计使用适当的水完成小便槽冲洗的同时还通过温度补偿修正更进一步让水资源得到合理的运用。而且该系统便宜、卫生，可以让人们生活更加高效、便捷，节约水资源，具有广阔的市场前景，能够很好运用到公厕或家庭卫生间中。

参考文献

[1]张娇，张琦.基于单片机的自动电阻测试计的设计[J].电子世界，2014（07）：147-147.

[2]陈丽梅.盐溶液电导率与浓度和温度的关系测量[J].实验室研究与探索，2010，29（05）：44-47.

[3]王学艳，张忠萍.基于电导率与TDS及全盐量的关系研究[J].黑龙江水利科技，2008，36（01）：7.

[4]康华光.电子技术基础数字部分[M].北京：高等教育出版社，2008.

[5]胡宴如.模拟电子技术[M].北京：高等教育出版社，2008.

作者单位

长江师范学院 重庆市 408100endprint