如果系統(tǒng)精度、效率和可靠性至關(guān)重要，設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸以用于遠(yuǎn)程監(jiān)控會(huì)是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。溶液的pH值是許多行業(yè)需要考慮的一種測(cè)量，例如農(nóng)業(yè)或醫(yī)療領(lǐng)域。本文的主要目的是評(píng)估pH玻璃探針的特性，從而解決硬件和軟件設(shè)計(jì)的不同挑戰(zhàn)，并提出一種利用射頻收發(fā)器模塊從探針無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的解決方案。

　　本文第一部分介紹pH探針，然后探討與前端信號(hào)調(diào)理電路相關(guān)的各種設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，以及如何實(shí)現(xiàn)低成本、高精度、高可靠性的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。為了提高數(shù)據(jù)處理的精度，討論中還會(huì)涉及校準(zhǔn)技術(shù)，例如一般多項(xiàng)式擬合，即利用最小二乘法逼近分散的預(yù)定義數(shù)據(jù)來(lái)校準(zhǔn)pH值。本文最后一部分提供一種無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)參考電路設(shè)計(jì)。

　　了解pH探針

　　pH值定義

　　水溶液可分為酸性、堿性和中性三類。在化學(xué)中，酸堿度通過(guò)一種數(shù)值尺度來(lái)衡量，稱為pH值。依據(jù)嘉士伯基金會(huì)的定義，pH值代表氫離子濃度。此尺度是一個(gè)對(duì)數(shù)尺度，范圍為1到14。pH值的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：pH = –log（H + ）。因此，如果氫離子濃度為1.0 ×10 -2摩爾/升，則pH = –log（1.0 ×10 -2 ） = 2。蒸餾水等水溶液的pH值為7，這是一個(gè)中性值。pH值小于7的溶液為酸性溶液，大于7的溶液為堿性溶液。對(duì)數(shù)尺度反映了一種溶液相對(duì)于另一種溶液的酸性程度。例如，pH值為5的溶液，其酸度是pH值為6的溶液的10倍，是pH值為8的溶液的1000倍。

　　pH指示器

　　有很多辦法可測(cè)量水溶液的pH值，包括通過(guò)石蕊試紙指示器或使用玻璃探針。

　　石蕊試紙

　　石蕊試紙指示器通常由從地衣提取的染液制成，可用來(lái)指示pH水平。一旦與溶液接觸，試紙就會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致其顏色改變，由此指示pH水平。這一類大體上包括兩種方法：一種是將已知pH值對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)顏色與利用緩沖溶液浸入測(cè)試液體的指示器顏色進(jìn)行比對(duì)；另一種是將pH試紙先浸沒(méi)在指示器中，然后浸入測(cè)試液體中，將其顏色與標(biāo)準(zhǔn)顏色進(jìn)行比對(duì)。雖然上述兩種方法很容易實(shí)現(xiàn)，但是溫度和測(cè)試溶液中的雜質(zhì)很容易引起誤差。