如果系統(tǒng)精度、效率和可靠性至關(guān)重要，設計傳感器節(jié)點無線數(shù)據(jù)傳輸以用于遠程監(jiān)控會是一個相當大的挑戰(zhàn)。溶液的pH值是許多行業(yè)需要考慮的一種測量，例如農(nóng)業(yè)或醫(yī)療領(lǐng)域。本文的主要目的是評估pH玻璃探針的特性，從而解決硬件和軟件設計的不同挑戰(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調(diào)理電路相關(guān)的各種設計挑戰(zhàn)，以及如何實現(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，討論中還會涉及校準技術(shù)，例如一般多項式擬合，即利用最小二乘法逼近分散的預定義數(shù)據(jù)來校準pH值。本文最后一部分提供一種無線監(jiān)控系統(tǒng)參考電路設計。

　　了解pH探針

　　pH值定義

　　水溶液可分為酸性、堿性和中性三類。在化學中，酸堿度通過一種數(shù)值尺度來衡量，稱為pH值。依據(jù)嘉士伯基金會的定義，pH值代表氫離子濃度。此尺度是一個對數(shù)尺度，范圍為1到14。pH值的數(shù)學表達式為：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。對數(shù)尺度反映了一種溶液相對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

　　有很多辦法可測量水溶液的pH值，包括通過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，可用來指示pH水平。一旦與溶液接觸，試紙就會發(fā)生化學反應，導致其顏色改變，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值對應的標準顏色與利用緩沖溶液浸入測試液體的指示器顏色進行比對；另一種是將pH試紙先浸沒在指示器中，然后浸入測試液體中，將其顏色與標準顏色進行比對。雖然上述兩種方法很容易實現(xiàn)，但是溫度和測試溶液中的雜質(zhì)很容易引起誤差。