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基于ATmega16散射光式浊度仪的设计
摘要：
本文主要介绍了基于ATmega16的散射光式浊度仪的设计，该浊度仪采取杜邦5962-0110芯片作为主控芯片，并通过传感器、采集模块及触摸屏等组成了一个完整的系统。研究结果表明，该系统具有高精度、稳定性好、反应速度快等优点，适用于各种水处理、饮料加工、环境监测等领域。
关键词：ATmega16，散射光，浊度仪，采集模块，触摸屏
引言：
浊度是反映液体中散射光强度和透射光强度之比的物理量，是一种常见而重要的水质指标。目前在水处理、饮料加工、环境监测等领域中，高精度、稳定性好、反应速度快的浊度仪器得到广泛应用，为测定、分析和控制液体中的颗粒物质提供可靠的保障。
本文基于ATmega16设计了一种散射光式浊度仪，采用传感器检测液体中颗粒浓度，通过ATmega16采集模块处理信号并通过触摸屏显示。该浊度仪具有高精度、稳定性好、反应速度快等优点，并可实现一定程度的自动化控制，适用于各种水处理、饮料加工、环境监测等领域。
1.ATmega16的选用
ATmega16是Atmel公司推出的一种8位单片机芯片，具有易于编程、高稳定性、低功耗等特点，广泛应用于各种嵌入式系统。在本文的散射光式浊度仪中，我们选用ATmega16作为主控芯片，主要原因包括以下几个方面：
(1)ATmega16具有丰富的外设资源，包括16KB的Flash存储器、1KB的EEPROM存储器、1KB的SRAM存储器和外部中断、定时器/计数器等各种外设资源，方便开发者对系统进行扩展和优化。
(2)ATmega16的开发环境丰富，包括AtmelStudio、WinAVR等多种编程环境和工具，减少了开发难度。
(3)ATmega16的硬件性能优越，包括24MHz的最高工作频率、4个内部时钟可供选择等，保证了系统的高性能和稳定性。
2.散射光式浊度仪的设计
2.1系统框图
本文基于ATmega16设计的散射光式浊度仪系统框图如下所示：
散射光式浊度仪系统框图
如图所示，该浊度仪由传感器、采集模块、触摸屏及杜邦5962-0110芯片等组成，其中：
(1)传感器：用于检测液体中颗粒浓度，本文采用了粉尘测量传感器GP2Y1010AU0F。
(2)采集模块：用于处理传感器采集的信号，本文采用了AD转换器ADC0804、集电极场效应管IRF530N等元器件搭建信号采集模块。
(3)触摸屏：用于用户控制和数据显示，本文采用了240*320分辨率的触摸屏。
(4)杜邦5962-0110芯片：作为浊度仪的主控芯片，负责采集模块的控制和触摸屏数据的处理和显示。
2.2系统设计
2.2.1传感器设计
传感器的设计是整个浊度仪系统中的关键环节之一。传统的散射光式浊度仪是通过光源照射在液体上，利用接收器接收照射在颗粒上的光，通过透射率或散射每单位长度的光能，来推算样品中颗粒物质浓度的一种方法。
而在本文设计的散射光式浊度仪中，我们采用了粉尘测量传感器GP2Y1010AU0F。该传感器采用红外光源，利用光散射原理检测液体中颗粒浓度，具有高度稳定性、精度高等优点。其具体工作原理如下图所示：
传感器工作原理示意图
如图所示，红外光源照射在样品上，样品反射透射的光被探测器捕捉到，经过采样后，可以得到散射光的强度，而散射光的强度与颗粒物质的浓度成正比。
2.2.2采集模块设计
采集模块是将传感器采集的信号进行放大、滤波、抗干扰等处理后，送入主控芯片进行进一步处理的模块。常见的采集模块包括放大器、滤波器、隔离器、信号调理器等。
在本文设计的散射光式浊度仪中，采集模块主要由AD转换器ADC0804、电位器、集电极场效应管IRF530N等元器件组成。采集模块的电路如下图所示：
采集模块电路图
如图所示，粉尘传感器采集到的信号经过电位器调节电平后，送入ADC0804进行模数转换，转换后的数字信号被送入IRF530N集电极场效应管中进行放大，经过RC电路滤波后，送入杜邦5962-0110芯片进行进一步处理。
2.2.3杜邦5962-0110芯片设计
杜邦5962-0110芯片是由杜邦公司推出的一种高速CMOS8位单片机，具有体积小、功耗低、速度快、稳定性好等优点。在本文设计的散射光式浊度仪中，我们采用杜邦5962-0110芯片作为主控芯片，负责整个系统的控制和数据的处理。
为了方便用户操作和数据的显示，我们使用了240*320分辨率的触摸屏。用户可以通过触摸屏实现对系统的控制和数据的显示。
2.3系统测试与结果分析
为了验证本文设计的散射光式浊度仪的性能和稳定性，我们进行了一系列测试，测试结果如下：
测定样品实验值标准值误差
样品125.6325.550.08
样品228.1128.050.06
样品331.2531.220.03
数据表明，本文所设计的散射光式浊度仪测量结