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摘要
近年来，随着饮用纯净水、药用蒸馏水、生物制品用水需求量的急剧增加，以及木材烘干、粮食水份检测等技术的广泛应用，越来越多的产品、技术开始对介质的导电性能给出准确的分析和评价，而且在实时性、准确度等方面提出了更高的要求。
针对溶液电导率的测量特点和被测信号的性质，从模拟和数字两个方面对测量信号进行滤波，确保了电导率测量仪稳定、精确地进行测量。
本文将专家系统技术引入溶液电导率分析研究中，并将专家系统与直线段拟合算法、浓度分析算法和相似测度模式识别算法相结合，在能够精确测量溶液电导率的基础上对电导率分析（ECA）专家系统进行了研究和探索，研制了ECA专家系统。实验结果证明，ECA专家系统有效地解决了测试精度与实时性之间的矛盾而且很容易地实现了对被测溶液进行定量分析和定性识别。
文中扼要地阐述了本系统的具体实现方法，所开发的系统操作方便、功能齐备、界面美观、运行稳定、通用性强，实现了智能化、网络化、小型化，达到系统设计的技术指标。
关键词： 电导率 带通滤波器 专家系统 单片机
Abstract
Recently, with the ever-increasing demand for purified water for drinking, distilled water for pharmaceuticals, water for biological products and with the widespread application of wood drying and rice water testing technology, for more and more products and technologies, there is a demanding need for the accurate analysis of and comment on the degree and superiority of dielectric conductance character. What’s more , there is a growing need for real time character and accuracy. Based on the above situation, the problem has been studied in this paper combined with the Intelligence On-line Electric Conductivity Analyzer。
In this paper, as for the testing character of the solution conductivity and the properties of the signals tested，The tested signals has been filtered from analog and digital aspects, which make the measurement of conductivity stable and precise.
The expert system technology has been introduced into the research on the solution conductivity analysis. Combined with the line segment fitting algorithm, concentration analysis algorithm and analogous measure pattern recognition algorithm, a Electric Conductivity Analysis (ECA) expert system has been researched and developed. Results show that this system has solved the contradiction between measurement accuracy and real-time character effectively and realized the quantitative analysis and qualitative recognition of the tested solution easily.
In this paper, the concrete realization method of the intelligence on-line ECA system has been elaborated concisely, with its convenient operating pattern, multiple functions, beautiful interface, stable working and better universality, this system has realized intelligence, networking, miniaturization and met the technology index of the design.
Key word: Electric Conductivity band-pass filter Expert system single-chip microcomputer
目录
第一章 绪论. 1
1.1问题的提出. 1
1.2电导式分析仪表简述. 1
1.3 数字信号处理的发展及概述. 2
1.3.1 数字信号处理的发展情况. 2
1.3.2 数字信号处理概述. 5
1.4 专家系统简述. 6
1.4.1 专家系统的定义及发展. 6
1.4.2专家系统的理想结构和模糊专家系统的特点. 7
1.5课题设计电导率分析仪的先进性和科学性. 9
1.6课题的意义. 10
1.7论文研究主要内容概述. 10
1.8电导率分析仪表国内外研究现状. 11
第二章 方案比较与论证. 14
2.1发送器的选型与设计. 14
2.2测量电路的选择与计算. 15
第三章 溶液电导特性的理论基础. 20
3.1 溶液的电导率. 20
3.2 溶液浓度与电导率的关系. 21
3.3 温度对溶液电导率的影响. 22
3.4 气体对溶液电导率的影响. 23
第四章 ECA专家系统的研究与探索. 24
4.1专家系统概述. 24
4.2 ECA专家系统的研究. 26
第五章 系统硬件构成及工作原理. 29
5.1系统的整体结构及功能. 29
5.2 智能在线电导率分析仪的硬件介绍. 30
5.2.1程控放大部分：. 30
5.2.2 AD部分：. 30
5.2.3单片机部分：. 31
5.2.4多路开关部分：. 32
5.2.5激励电路部分：. 33
5.2.6通讯部分：. 33
5.2.7前向通道. 36
5.3硬件抗干扰措施. 37
5.3.1 低通滤波器. 38
3.2.2 带通滤波器. 41
第六章 智能在线电导率分析系统的具体实现. 46
6.1 智能在线电导率分析系统结构设计. 46
6.2 测量电路的设计与实现. 46
6.3 智能在线电导率分析系统软件设计. 47
6.3.1 下位机软件设计. 47
6.3.2 上位机软件设计. 49
第七章 总结与展望. 50
7.1 全文总结. 50
7.2 研究展望. 51
参考文献. 52
致 谢. 54
附录一 温度测量电路. 55
附录二 电导率测量电路. 56
附录三 软件流程图. 57
附录四 原理图. 58
第一章 绪论
1.1问题的提出
水是生命之源，是人类赖以生存和发展的基础。随着世界经济的发展，经济结构变化以及个人收入增加而引起生活需求的变化，都强烈的反映在对水的需求上。
近年来，随着饮用纯净水、药用蒸馏水、生物制品用水、动力锅炉及大型发电机组冷却用水需求量的急剧增加，以及木材烘干、粮食水份检测等技术的广泛应用，越来越多的产品、技术开始对介质的导电性能、成份要求给出准确的分析和评价，而且在实时性、准确度等方面提出了更高的要求。基于上述原因，国内外许多著名公司如美国的罗斯蒙特、中国石家庄科达仪表厂等相继开发了相应的产品。国外产品的价格明显偏高、操作不便，如美国的1054B电导率分析仪离岸价为1600美元，不适于量大面广的使用而且由于算法复杂导致测量速度较慢，不适合在快速自动控制系统中应用。国内产品采用纯硬件结构，对影响测量结果的介质温度只能作分段象征性的补偿，效果不好、准确度低、稳定性差。更有甚者，国内外同类产品对介质流速变化产生的测量误差均没有补偿措施，仪表在不同条件下也需要人工多次调整才能使用，不仅影响了生产效率，而且增加了维护成本。
基于上述背景，我们提出将专家系统和模糊推理应用于介质的在线电导率测量过程中，提出了在线补偿和在线学习推理的测量方法，这种方法同国内外同类产品中的技术相比，人工参与的机会少，仪表自调整自学习的能力强。同时，这种方法也为其它相关领域的研究提供了可借鉴的方案。
1.2电导式分析仪表简述
电导率分析仪表示一种应用比较广泛的成分分析仪表，它是利用溶液的成分与电导率之间具有一定关系的特性来分析溶液的成分。它既可用来测量一般的电解质溶液，如酸、碱、盐等溶液的浓度和某些溶解于溶液中的气体浓度，又可用来判断热交换器的泄漏和离子交换器的失效情况，还可用作电导滴定来分析。
这类仪表用于测量酸、碱溶液的浓度时，称为浓度计；用于测量锅炉的给水、蒸汽和炉水中的盐类含量时，称为测盐计或盐量计。
溶液的浓度不同，其电导率也不同，两者间具有一定的关系。因此通过测量溶液的电导率可间接得知溶液的浓度。如要分析溶液中某些可溶性气体的浓度，可利用气体含量与溶液电导率之间的关系进行分析。
溶液的电导率不仅与溶液的特性（荣芝、溶剂的特性）和溶液的浓度有关，还与溶液的温度有关。溶液温度的变化，会加大测量误差。因此，在实际测量时，必须采取温度校正措施（如恒温、自动补偿等），以消除温度变化对测量的影响。
