电导率测量仪测量所需要的正弦激励是由芯片AD5933(＄21.7080)来实现的。正弦信号的幅值和频率可以通过该芯片进行调节。当AD5933的外部接入负载时，负载阻抗经过傅里叶变换后的实部R和虚部I可以由AD5933计算出来并保存在内部寄存器中。由此可以计算出傅里叶变换后的幅值为：
AD5933的硬件连接图如图1所示。
图1 AD5933的硬件连接图
为了提高AD5933输出信号的精度，采用有源晶振芯片为其提供外部时钟，芯片的频率为16.384MHz。AD5933内部ADC的采样频率是外部时钟MCLK的1/16，这样最终进入内部ADC的频率就是16.384/16=1.204MHz，由此得到芯片的分辨率为1.024MHz/1 024=1kHz，，确保了扫描频率是1 000的整数倍，这样就可以防止DFT计算时发生频谱泄露，保障其变换后结果的正确性。最后经过DFT变换后阻抗的实部和虚部保存到AD5933的寄存器中，单片机可以通过AD5933的SCL引脚和SDA引脚用总线的方式读取寄存器中的结果。AD5933输出的正弦波经过两个大小为100μF和100nF的电容并联进行直流分量的隔离，对运算放大器AD8605(＄0.7080) 的输出端也采取了同样的措施来隔离输出信号中的直流分量。由于AD5933内部运放的同相输入端有一个1/2VDD的正向偏置电压，所以在AD8605的同相输入端也加入了一个1/2VDD的正向偏置电压，以保证正弦信号在达到峰值3V时不失真。
温度测量电路
由于水溶液的温度对测量结果有比较大的影响，所以需要测量出水溶液的温度，以对结果进行校正。电导率测量仪测量温度时采用了PT100(＄5.8752)铂电阻，其阻值随着温度的升高而变大，是正温度系数热敏电阻。将铂电阻和其他三个高精度电阻连接起来组成电桥电路，当电桥平衡时输出电压为0；当温度变化时电桥输出的电压也会发生变化。电桥的输出电压输入到由集成运放构成的差分放大器输入端，经过放大后送入AD转换器。该部分电路如图2所示。
图2 温度测量电路
AD转换电路
系统所用的AD转换芯片为AD7705(＄5.1240)。AD7705可以提供两个转换通道，同时对两路模拟信号进行转换。其输入信号的范围比较大，精度也比较高，而且还能够转换差分输入信号，应用比较广泛。其硬件电路如图3所示。
图3 AD7705的硬件连接图
AD7705是差分输入，将通道1的AIN-引脚接地，AIN+引脚接经过运放放大后的电桥的输出电压，这样就可以转化成对电桥输出电压的模数转换。转换后的数据由引脚DOUT以串行的方式传输到单片机，单片机也可以由引脚DIN对AD7705进行配置。AD7705的基准电压由稳压二极管 LM336(＄0.2750)稳压后得到，其稳压值为2.5V，外部时钟由频率为2.456 7MHz的晶振电路提供。
供电电路
电导率仪所需的电压主要有5V和3V，通过稳压芯片HT7150和HT7130来实现。他们分别可以输出5V和3V的电压。HT7150的输入电压由24V的电池提供，其输出的5V电压用作HT7130的输入电压，这样就可以为系统提供所需电压。供电电路的硬件连接图如图4所示。
图4 供电电路
为了方便多个电导率仪组成测量网络，在硬件设计时加入M-bus通信电路，这样多个电导率仪就可以以M-bus总线的方式组网，达到检测多个测点的目的。电导率测量仪的M-bus总线采用的供电方式为远程供电，电导率测量仪通过一条四芯电缆和其他M-bus主设备相连。其中，红白两条线用来供电，蓝绿两条线用来传输信号。主设备向电导率测量仪发送信号时用电压的变化来表示数字1和数字0。而电导率测量仪向主设备发送信号时则采用电流的变化来表示数字0和数字1。这样有利于减少干扰，提高通信的稳定性。在设计时，传感器本着节能、高效、低成本的原则进行设计，经过调试改进后能对大多数水溶液进行电导率的测量，使用方便，稳定可靠，基本实现了设计时的要求。
编辑点评：电导率测量仪采用的微控制器是LPC932单片机，LPC932具有集成度高和成本低的特点。该单片机的封装体积比较小，有利于减小PCB板的面积。比较高的集成度也可以减少单片机外围器件的数量。LPC932只需要二到四个时钟周期的指令执行时间，与普通的80C51器件相比，其速度要快很多。
