本文的第一部分將先探討pH值(zhi)探(tan)測(ce)器(qi)，接(jie)著(zhe)考(kao)察(cha)與(yu)前(qian)端(duan)信(xin)號(hao)調(tiao)節(jie)電(dian)路(lu)相(xiang)關(guan)的(de)不(bu)同(tong)設(she)計(ji)挑(tiao)戰(zhan)
，以(yi)及(ji)如(ru)何(he)在(zai)數(shu)據(ju)轉(zhuan)換(huan)中(zhong)以(yi)低(di)成(cheng)本(ben)實(shi)現(xian)高(gao)精(jing)度(du)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)。由(you)於(yu)校(xiao)準(zhun)技(ji)術(shu)是(shi)提(ti)高(gao)數(shu)據(ju)處(chu)理(li)準(zhun)確(que)度(du)和(he)精(jing)密(mi)度(du)的(de)方(fang)法(fa)


，因(yin)此(ci)文(wen)中(zhong)也(ye)將(jiang)討(tao)論(lun)一(yi)些(xie)校(xiao)準(zhun)技(ji)術(shu)
，例(li)如(ru)，在(zai)分(fen)散(san)的(de)預(yu)定(ding)義(yi)數(shu)據(ju)中(zhong)以(yi)最(zui)小(xiao)二(er)乘(cheng)法(fa)求(qiu)取(qu)近(jin)似(si)值(zhi)的(de)一(yi)般(ban)多(duo)項(xiang)式(shi)擬(ni)合(he)(general polynomial fit)，以便進行pH值校準。最後，在本文的最後一部分則將會為讀者介紹一款無線監控係統的參考電路設計。

 

 

水溶液的酸堿度可以是酸性、堿性或是中性。在化學領域，酸堿性是以一組數字刻度來測量
，這一刻度稱為pH值；根據嘉士伯基金會(Carlsberg Foundation)的解釋
，它代表的是氫離子濃度值(power of hydrogen)。這一刻度是對數的，從1到14。這一pH值在數學上可以pH=-log(H+)表示。

 

因此
，如果氫離子的濃度為1.0×10-2mol/L，則pH=-log(1.0×10-2)=2。

 

水溶液如蒸餾水的pH值為7，這是一個中性值。pH值低於7的溶液是酸性，而pH值高於7的則被認為是堿性的溶液。對數刻度給出一種溶液與另一種溶液相比較時的酸性程度。

 

例如，pH值為5的溶液的酸性是pH值為6的溶液的10倍，並且比pH值為8的溶液酸性高1,000倍。

 

˙pH值指示劑 有許多方法可用來測量水溶液的pH值。石蕊試紙指示劑或玻璃探測器都可用來測量pH值。

 

˙石蕊試紙 石蕊試紙指示劑通常由從地衣(lichen)中提取出來的染料所組成，這些染料可作為pH值高低的指示劑。一旦與溶液接觸，試紙就會產生化學反應，使得顏色改變，從而指出該溶液的pH值。這一範疇基本上包括兩種方法：一種方法是利用緩衝溶液
，將對應於已知pH值的標準顏色與浸沒在測試液體中的指示劑的顏色比較；而另一種方法則是準備一張浸泡在指示劑中的pHzhishizhi，ranhoujianggaishizhijinruceshiyetizhong，bingjiangqiyanseyubiaozhunyansebijiao。suiranshangshuliangzhongfangfadouhenrongyishixian，dantamenkenengyinweiwenduheceshirongyezhongdewailaiwuzhierhenrongyichucuo。

 

˙pH值玻璃探測器 最常用的pH值指示劑是pH值探測器。它是由玻璃測量電極和參考電極所組成。典型的玻璃探測器是由密封著氯化氫(HCl)溶液的薄玻璃膜所構成。外殼的內部有一條塗有AgCl的銀導線，它可作為參考電極
，且與HCI溶液接觸。

 

在玻璃膜外部的氫離子會擴散穿過玻璃膜
，並取代相應數量的鈉離子(Na+)，這些鈉離子通常都存在於大多數的玻璃中。該陽離子是難以捉摸的，並且大部分會被限製在膜具有較低濃度那一側的玻璃表麵。來自Na+的過量電荷會在傳感器的輸出端產生電位電壓。

 

gaitanceqileisiyudianchi。dangtanceqizhiyurongyezhongshi，celiangdianjijiangshirongyezhongdeqingdehuoxingerchanshengyigedianya

，bingyucankaodianjidedianweibijiao。dangrongyedesuanxingbiandegengqiang(pH值更低)時，與參考電極相比，玻璃電極電位的正值會變多(+mV)；而隨著溶液的堿性變得更強(pH值更高)時，與參考電極相比，玻璃電極電位的負值會變多(-mV)。這兩個電極之間的差異是測量到的電位，理想的狀況下，典型的pH值探測器會在25℃的情況下產生59.154mV/pH單位。這通常可由能斯特(Nernst)方程式表示，如下所示：

 

 

其中：

 

E=具有未知活性的氫電極的電壓；a=±30mV
，零點公差(zero point tolerance)；T=25℃時的環境溫度；n=1，25℃時，原子價(離子上的電荷數)； F=96,485庫侖/mol，法拉第(Faraday)常數； R=8.314伏特-庫侖/°Kmol

，亞佛加厥數(Avogadro’s number)； pH=未知溶液的氫離子濃度

；pHISO=7，參考的氫離子濃度。

 

該gai方fang程cheng式shi顯xian示shi，所suo產chan生sheng的de電dian壓ya取qu決jue於yu溶rong液ye的de酸suan度du或huo堿jian度du，並bing且qie以yi已yi知zhi的de方fang式shi，隨sui氫qing離li子zi的de活huo性xing而er改gai變bian。溶rong液ye溫wen度du的de變bian化hua改gai變bian了le其qi氫qing離li子zi的de活huo性xing
，當dang溶rong液ye溫wen度du升sheng高gao時shi，氫qing離li子zi的de移yi動dong速su度du加jia快kuai，這zhe將jiang導dao致zhi兩liang個ge電dian極ji之zhi間jian的de電dian位wei差cha增zeng加jia。此ci外wai，當dang溶rong液ye冷leng卻que時shi，氫qing的de活huo性xing會hui降jiang低di，使shi得de電dian位wei差cha也ye隨sui之zhi降jiang低di。電dian極ji的de設she計ji讓rang它ta在zai放fang進jinpH值為7的緩衝溶液中時，可產生零伏特(V)電位。

 

典型的pH值探測器將具有如表1所示的規格。

 

表1：pH值玻璃探測器的典型規格。

 

pH值探測器將在這次的研究中扮演重要的角色，因為資料的可靠性將取決於傳感器的精度和穩定性。在選擇pH值探測器時所要考慮的兩項關鍵因素是：其在溫度改變後的穩定時間及其在緩衝溶液pH值有所改變後的穩定時間。在Jenway的應用筆記“An Evaluation of Jenway Performance pH Electrode”中，即列出在給定測試條件下探測器在溫度改變後測試其穩定性性能的數據，而在說明選擇pH值探測器時所要考慮的兩項關鍵因素時
，這些資料是很好的例子。

 

表2
，在緩衝溶液溫度改變後的穩定時間。

 

先準備一種液體溶液，它在20℃時具有pH值為7和在60℃時具有pH值為4的緩衝液

，而每一電極則穩定於在pH值為7的緩衝液中以200rpm攪拌，然後再以去離子水清洗電極，並轉移到pH值為4的緩衝液的等分試樣(aliquot)中4分鍾。之後
，該電極再次以去離子水清洗並放回到pH值為7的緩衝液中。然後確定花在讀取保持穩定的時間為10秒。該測試再對每一探測器重複進行三次試驗。

 

表3：緩衝液pH值改變後的穩定時間。

 

Jenway的性能與通用的pH值探測器相比
，在上述給定條件下的響應速度快達50%。因為這樣的儀器具有很高的樣品通量(throughput of sample)，所以使用此一儀器對縮短分析數據所需的時間，具有很大的效益。

 

 

為了獲得適當的信號調節電路，重要的是要了解傳感器探測器的等效電路圖(equivalent electrical diagram)。

 

如先前所述

，pH值探測器是由玻璃組成，這些玻璃可產生範圍為1MΩ~1GΩ的極高電阻，並且作為與pH值電壓源串聯的電阻

，如圖1所示。

 

圖1：pH探測器等效電路配置。

 

即使是流經電路中每一元件(特別是測量電極的玻璃膜)的(de)高(gao)電(dian)阻(zu)的(de)電(dian)路(lu)電(dian)流(liu)非(fei)常(chang)小(xiao)，也(ye)會(hui)在(zai)這(zhe)些(xie)電(dian)阻(zu)的(de)兩(liang)端(duan)產(chan)生(sheng)相(xiang)對(dui)顯(xian)著(zhu)的(de)電(dian)壓(ya)降(jiang)，嚴(yan)重(zhong)地(di)減(jian)少(shao)在(zai)儀(yi)表(biao)上(shang)所(suo)看(kan)到(dao)的(de)電(dian)壓(ya)值(zhi)。讓(rang)情(qing)況(kuang)變(bian)得(de)更(geng)糟(zao)的(de)是(shi)，由(you)測(ce)量(liang)電(dian)極(ji)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)壓(ya)差(cha)非(fei)常(chang)小(xiao)，在(zai)毫(hao)伏(fu)特(te)範(fan)圍(wei)(理想情況下

，在室溫時的每一pH單位(per pH unit)為59.16mV。所以
，執行此一任務的儀表必須非常靈敏，並也要具有極高的輸入電阻。

 

˙模擬數字轉換 對於這種類型的應用
，考慮到傳感器的響應時間，數據采集的取樣率現在將會是一個問題。有了所規定的0.001Vrms傳感器分辨率和1V的模擬數字轉換器(ADC)滿量程電壓範圍，就不需要高分辨率ADC來實現9.96位的有效分辨率。無噪聲分辨率(noise free resolution)是以位為單位來定義的，其方程式為：

 

無噪聲分辨率=log2[滿量程輸入電壓範圍/傳感器峰至峰電壓輸出噪聲](Noise free resolution=log2[full-scale input voltage range/sensor peak-to-peak voltage output noise])。

 

對於低功率應用
，ADC的采樣速率是一個很大的因素，因為ADC的采樣速率與其功耗直接相關。所以考慮到傳感器的響應時間，典型的ADC采樣率可以設置在其最低吞吐量。為減少元件的數量

，可以采用集成有ADC的微控製器。

 

˙收發器 傳輸pH值和溫度數據需要一個收發器，而控製收發器則需要一個微控製器(MCU)。選擇收發器和微控製器牽涉到一些關鍵的考慮因素。

 

選擇收發器時應將以下幾點注意事項列入考慮：1.工作頻率(OF)

；2.最大距離範圍
；3.數據速率

；4.授權。

 

1.工作頻率 在設計RF傳輸時，工作頻率必須確定sub-GHz或2.4GHz頻率是否滿足應用的需求。在需要高數據速率和使用寬帶段(如藍牙)的應用中，2.4GHz頻率是最好的選擇。但是當應用是屬於工業型的
，則會采用sub-GHz的頻率，因為可用的專用協議容易提供網絡的鏈路層。專有係統在sub-GHz範圍內主要使用的ISM頻率為433MHz、868MHz和915MHz。

 

2.最長的距離範圍 sub-1GHz提供了遠距離的能力，可適應高功率
，到達超過25km的距離。當用於簡單的點對點或星形拓撲時，這些頻率可以有效地穿過牆壁和其他障礙物。

 

3.數據速率 數(shu)據(ju)速(su)率(lv)也(ye)需(xu)要(yao)確(que)定(ding)
，因(yin)為(wei)它(ta)會(hui)影(ying)響(xiang)收(shou)發(fa)器(qi)的(de)傳(chuan)輸(shu)距(ju)離(li)和(he)功(gong)率(lv)消(xiao)耗(hao)。較(jiao)高(gao)的(de)數(shu)據(ju)速(su)率(lv)會(hui)消(xiao)耗(hao)較(jiao)少(shao)的(de)功(gong)率(lv)
，可(ke)以(yi)應(ying)用(yong)在(zai)短(duan)距(ju)離(li)的(de)傳(chuan)輸(shu)，而(er)較(jiao)低(di)的(de)數(shu)據(ju)速(su)率(lv)會(hui)消(xiao)耗(hao)功(gong)率(lv)，可(ke)以(yi)應(ying)用(yong)在(zai)長(chang)距(ju)離(li)的(de)傳(chuan)輸(shu)。提(ti)高(gao)數(shu)據(ju)速(su)率(lv)是(shi)一(yi)種(zhong)提(ti)高(gao)功(gong)率(lv)消(xiao)耗(hao)的(de)好(hao)方(fang)法(fa)，因(yin)為(wei)它(ta)在(zai)短(duan)時(shi)間(jian)內(nei)隻(zhi)汲(ji)取(qu)電(dian)池(chi)的(de)短(duan)促(cu)電(dian)流(liu)
，但(dan)這(zhe)也(ye)縮(suo)短(duan)了(le)無(wu)線(xian)電(dian)覆(fu)蓋(gai)的(de)距(ju)離(li)。

 

4.收發器功耗 對(dui)於(yu)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)的(de)應(ying)用(yong)而(er)言(yan)，收(shou)發(fa)器(qi)的(de)功(gong)耗(hao)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)。這(zhe)也(ye)是(shi)許(xu)多(duo)無(wu)線(xian)應(ying)用(yong)中(zhong)的(de)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)，因(yin)為(wei)它(ta)決(jue)定(ding)了(le)數(shu)據(ju)速(su)率(lv)和(he)距(ju)離(li)範(fan)圍(wei)。該(gai)收(shou)發(fa)器(qi)有(you)兩(liang)個(ge)功(gong)率(lv)放(fang)大(da)器(qi)(PA)選項，使得在使用上有更大的靈活性。單端的PA可以輸出高達13dBm的RF功率
，而差分PA的輸出則可高達10dBm。表4可用來說明這兩者各種不同的輸出功率
，其中也列出了PA輸出功率與收發器IDD電流消耗的對照摘要。而出於對完整性的考慮
，表中同時也列出了接收模式下電流消耗的數據。

 

表4：PA輸出功率與收發器IDD電流消耗的對照摘要表。

 

5.授權 Sub-GHz包括433MHz、868MHz和915MHz的免授權ISM頻段。此一頻段不僅被廣泛地應用於工業領域，且也非常適合各種無線應用。它可在世界的不同區域使用
，因為這符合歐洲ETSI EN300-220法規的規定
、北美FCC Part 15法規的規定，和其他類似的管製標準。

 

˙微控製器如圖2所示，射頻係統的核心是一處理器單元或微控製器，此一核心可用來處理數據及運行軟件堆棧，此一軟件堆棧會與用於RF傳輸的收發器介接
，也會與用於傳感器測量的pH值參考設計(RD)板介接。

 

圖2：無線傳感器數據采集和傳輸的方塊圖。

 

選擇微控製器時應將以下幾點注意事項列入考慮：1.外設(Peripheral)；2.內存；3.處理能力；4.功耗。

 

1.外設 微控製器應與接口設備(如SPI總線)集成。收發器和pH值參考設計板通過SPI相互連接，因此需要兩個SPI外設。

 

2.內存 微控製器因有足夠數量的內存，而成為協議處理和傳感器介接的地方。閃存和RAM是微控製器中兩個非常關鍵的元件。為了確保係統不會耗盡空間，於是采用128kB。這(zhe)些(xie)配(pei)置(zhi)無(wu)疑(yi)可(ke)使(shi)應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)和(he)軟(ruan)件(jian)算(suan)法(fa)能(neng)夠(gou)順(shun)利(li)地(di)運(yun)行(xing)，同(tong)時(shi)也(ye)為(wei)可(ke)能(neng)的(de)升(sheng)級(ji)和(he)新(xin)增(zeng)功(gong)能(neng)預(yu)留(liu)了(le)一(yi)個(ge)空(kong)間(jian)，而(er)使(shi)得(de)係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)不(bu)用(yong)為(wei)這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)頭(tou)痛(tong)。

 

3.架構和處理能力 為了要管理複雜的計算和處理工作
，微處理器的速度要夠快。該係統采用32位的微控製器。盡管較低位數的處理器可能也具有足夠的處理能力，但為了滿足潛在更高端應用和算法的需求，該係統選擇使用32位的產品。

 

4.微控製器功耗 微控製器的功耗應該要非常低。對於由電池供電的應用
，電源必須要能運行多年且不需要維護，所以很重要。

 

 

以下討論除上述的設計關鍵之外的其他注意事項。

 

˙錯誤檢查 通信處理器在發送模式中將CRC添加到有效負載，然後在接收模式下檢測CRC。然後在接收模式下檢測CRC。有效負載數據加上16位CRC可以使用曼徹斯特(Manchester)來編碼/譯碼。

 

˙成本 xitongyingshiyongzuishaoshuliangdeyuanjianhezuixiaodedianlubanchicun
，yinweidangchengbenshiguanjiandeyaoqiuzhiyishi，yuanjianshulianghedianlubanchicunwangwangshiqizhongdejuedingyinsu。zaishejishiyingkaolvcaiyongyouweikongzhiqihewuxianshebeizuchengdejichengshijiejuefangan，erbushifenliyuanjian。cijukexiaochuzaishejiwuxiandianheweikongzhiqizhijiandehulianshisuomianlindaodetiaozhan，rangdianlubandeshejigengjiandan
，shejiguochenggengjiazhijieledang，jiehexiangengduan，congerdailaibuyishoudaoganraodejieguo。tongguoshiyongjiehejiyuARM Cortex-M的微控製器和無線電收發器的單一芯片，可以減少電路板的元件數量及電路板的布局
，同時也可降低總成本。

 

˙校準 實現高精準度的關鍵之一是執行校準例程。根據能斯特方程式的描述，pH值zhi溶rong液ye的de一yi項xiang特te性xing是shi其qi對dui溫wen度du的de高gao依yi賴lai性xing。傳chuan感gan器qi探tan測ce器qi隻zhi給gei一yi個ge恒heng定ding的de偏pian移yi量liang
，假jia設she在zai所suo有you溫wen度du級ji都dou是shi恒heng定ding的de。由you於yu對dui溫wen度du的de高gao依yi賴lai性xing
，該gai係xi統tong需xu要yao一yi個ge可ke確que定ding溶rong液ye溫wen度du的de傳chuan感gan器qi。

 

有you一yi種zhong方fang法fa可ke以yi采cai用yong，像xiang能neng斯si特te方fang程cheng式shi的de直zhi接jie取qu代dai法fa，但dan卻que會hui出chu現xian一yi定ding程cheng度du的de誤wu差cha，因yin為wei它ta缺que少shao溶rong液ye的de非fei理li想xiang屬shu性xing。這zhe種zhong方fang法fa僅jin需xu要yao係xi統tong的de偏pian移yi測ce量liang和he未wei知zhi溶rong液ye的de溫wen度du讀du數shu。為wei了le確que定ding由you傳chuan感gan器qi所suo引yin入ru的de偏pian移yi，所suo以yi需xu要yao一yi種zhongpH值為7的緩衝溶液。理想狀況下，該傳感器產生的輸出為0V。ADC的讀數將是係統的偏移電壓。典型的pH值探測器傳感器之偏移可高達±30mV。

 

lingyizhongzaixianchangguangfanshiyongdefangfashi
，tongguoshiyongduogehuanchongqirongyeshezhiyigedian，yijiangouyibandexianxinghuofeixianxingfangchengshi。zaizhegelichengzhong，xuyaoliangzhongewaidepH值緩衝溶液，這些緩衝溶液是經NIST認證的和可被NIST追蹤的。這兩種額外緩衝溶液的pH值應該至少相差2。

 

通過緩衝溶液執行校準的方式如下：

 

步驟1：從第一緩衝液中取出電極元件並在用去離子水或蒸餾水衝洗後
，將具有溫度傳感器的pH值探測器浸入第二選擇的緩衝溶液中
；

 

步驟2：重複步驟1
，但使用第三緩衝溶液
；

 

步驟3：使用所選擇的緩衝溶液
，依據測量到的值建立方程式。

 

可ke以yi使shi用yong幾ji個ge數shu學xue方fang程cheng式shi來lai導dao出chu用yong於yu校xiao準zhun的de方fang程cheng式shi。常chang用yong到dao的de公gong式shi之zhi一yi是shi采cai用yong點dian斜xie式shi的de直zhi線xian方fang程cheng式shi。該gai方fang程cheng式shi使shi用yong在zai校xiao準zhun期qi間jian取qu得de的de兩liang個ge點dian：P1(Vm1,pH1)和P2(Vm2,pH2)，其中P1和P2是使用所選擇的緩衝溶液所獲得的點。為了確定未知溶液的pH值等級

，藉由一給定點Px(Vmx,pHx)，可將簡單的線性插值與下列方程式一起使用：

 

(pHx-pH1)/(Vmx-Vm1)=(pH1pH2)/(Vm1-Vm2)

 

或是

 

pHx=(Vmx-Vm1)×(pH1-pH2)/(Vm1-Vm2)+pH1

 

對於給定多組點的更高精度，可以使用一階線性回歸。假定給定一組n個數據點P0(Vm0, pH0)、P1(Vm1, pH1)
、P2(Vm2, pH2)、P3(Vm3, pH3)…Pn(Vmn,pHn)，可以以最小二乘法來建立一般方程式(pHx=a+b×Vmx)，其中b是線的斜率，a是截距式，其值可分別表示如下：

 

 

最小二乘近似法可以擴展到更高的階度，例如第二階度的非線性方程式。第二階的一般方程式可以如pHx=a+b×Vmx+c×Vmx2。a、b和c的計算值
，如下所示：

 

 

通過代換、消去或通過矩陣法，這些方程式係統可用來求出給定的未知變量a、b和c。

 

硬件設計方案的組成要素如下：

 

˙緩衝放大器 在此一給定的條件下，需要一個具有高輸入阻抗和輸入偏置電流非常低的緩衝放大器來將電路與該高電源電阻(source resistance)隔離開來。AD8603低噪聲運算放大器可作為此一應用的緩衝放大器。流過電極電阻的偏置電流會產生電壓誤差

，而AD8603的低輸入電流則可將電壓誤差減到最小。在200fA典型輸入偏置電流的情況下
，對於一個在25℃時具有1GΩ串聯電阻的pH值探測器而言
，偏位誤差(offset error)為0.2mV(0.0037pH值)。即使在最大輸入偏置電流為1pA時，誤差僅為1mV。雖然沒有必要，但是可以使用防護(guarding)
、屏蔽(shielding)、高絕緣電阻間隙(insulation resistance standoff)，及其他像是標準的皮安法(picoamp method)
，以便將所選緩衝器的高阻抗輸入處之泄漏減到最少。

 

˙ADC 低功率的模擬數字轉換器是較為適合此一應用的轉換器。針對精密測量應用所設計的AD7792即可滿足此一要求
，它是一款16位的Σ-ΔADC。它具有一低噪聲的3信道輸入：當更新速率等於4.17Hz時

，噪聲僅為40nVrms。該元件以2.7~5.25V的電源供電工作，且其典型的電流消耗為400 μA。該元件采用16接腳的TSSOP封裝。其他的特性還包括帶有4ppm/ ℃漂移(典型值)的內部帶隙基準、1μA的最大電源切斷電流消耗，及一個可減少元件數量和縮小印刷電路板(PCB)尺寸的內部頻率振蕩器。

 

˙選擇射頻收發器 基於之前的需求，ADuCRF101是最適合預期應用的產品。ADuCRF101是一款針對低功耗無線應用而設計的完全集成式數據采集解決方案。其工作頻率為431M~464MHz和862M~928MHz。ADuCRF101集成多種通信外設
，芯片即可提供所需的兩個SPI總線、128kB的非揮發性快閃/EE內存和16kBSRAM。它是一款微控製器和收發器的單芯片解決方案，因此可將元件數量和主板的尺寸縮減到最少和最小。

 

˙軟件實現 軟(ruan)件(jian)是(shi)無(wu)線(xian)傳(chuan)輸(shu)係(xi)統(tong)的(de)一(yi)個(ge)關(guan)鍵(jian)部(bu)分(fen)。它(ta)決(jue)定(ding)了(le)係(xi)統(tong)的(de)行(xing)為(wei)方(fang)式(shi)，且(qie)也(ye)會(hui)影(ying)響(xiang)係(xi)統(tong)的(de)功(gong)耗(hao)。該(gai)係(xi)統(tong)有(you)兩(liang)個(ge)軟(ruan)件(jian)部(bu)分(fen)，也(ye)就(jiu)是(shi)協(xie)議(yi)堆(dui)棧(zhan)和(he)應(ying)用(yong)堆(dui)棧(zhan)。其(qi)中(zhong)所(suo)使(shi)用(yong)的(de)協(xie)議(yi)堆(dui)棧(zhan)是(shi)ADRadioNet
，它是一種ISM頻帶的無線連網協定。它使用IPv6地址並結合了這些解決方案中所被預期的大多數功能，諸如低電量
、多點跳躍(multihop)、端到端確認及自我修複等。而應用堆棧則是通過SPI存取pH值參考設計板的軟件。

 

為有效地運行這兩個軟件堆棧，采用一個簡單的調度程序(scheduler)。非搶占式(nonpreemptive)調度程序會處理協議堆棧任務；其(qi)功(gong)能(neng)會(hui)被(bei)賦(fu)予(yu)特(te)定(ding)的(de)時(shi)間(jian)和(he)特(te)定(ding)的(de)資(zi)源(yuan)。然(ran)而(er)
，在(zai)係(xi)統(tong)中(zhong)，確(que)定(ding)任(ren)務(wu)的(de)數(shu)量(liang)是(shi)有(you)限(xian)的(de)。為(wei)了(le)有(you)效(xiao)地(di)運(yun)作(zuo)，這(zhe)些(xie)確(que)定(ding)任(ren)務(wu)的(de)執(zhi)行(xing)必(bi)須(xu)在(zai)其(qi)時(shi)間(jian)流(liu)逝(shi)之(zhi)前(qian)由(you)非(fei)搶(qiang)占(zhan)式(shi)調(tiao)度(du)程(cheng)序(xu)完(wan)成(cheng)。由(you)於(yu)係(xi)統(tong)中(zhong)有(you)兩(liang)個(ge)堆(dui)棧(zhan)，非(fei)搶(qiang)占(zhan)式(shi)調(tiao)度(du)程(cheng)序(xu)就(jiu)非(fei)常(chang)適(shi)合(he)這(zhe)樣(yang)的(de)需(xu)求(qiu)，因(yin)為(wei)分(fen)配(pei)給(gei)它(ta)的(de)確(que)定(ding)任(ren)務(wu)的(de)數(shu)量(liang)有(you)限(xian)。

 

 

本文說明了pH值無線傳感器監測在設計方麵所麵臨到的不同挑戰及其解決方案。結果顯示，ADI的數據采集產品基本上是可用來解決pH值測量時所麵臨到的各種不同挑戰。運算放大器AD8603
，或任何具有高輸入阻抗的等效放大器，都可用來抗衡傳感器的高輸出阻抗，因此可提供足夠的屏蔽以防止係統負載(system loading)。ADuCRF101數據采集係統IC可為射頻數據傳輸提供完整的解決方案。數據采集的精準度可通過使用一顆精密放大器和ADC以硬件實現，或者也可以利用數學統計來建立一般的方程式(例如不同的曲線擬合方法)，以軟件的校準來完成。