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20 分钟

使用 CD4060B 和 PIC32MZ2048EFM100 实现水中溶解性总固体(TDS)的精确测量

基于 TDS 测量的水质监测解决方案

TDS Click with Curiosity PIC32 MZ EF

已发布 4月 28, 2025

点击板

TDS Click

开发板

Curiosity PIC32 MZ EF

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC32MZ2048EFM100

提供适用于水培系统和过滤系统的理想水质数据

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

TDS Click 旨在测量水中的总溶解固体(TDS)含量,从而为水质提供可靠的评估依据。测量过程从通过板载顶部连接器连接外部 TDS 水质检测探头开始。该探头用于检测水中溶解固体的浓度,这是一项评估水纯度的重要参数。核心电路采用了来自德州仪器的 CD4060B,它负责生成驱动 TDS 探头所需的时钟信号。该振荡器电路在 +3.0V 和 -3.0V 的双电源电压下运行,为后续的信号处理阶段提供必要的条件。电压调节由另外两个器件完成:U4(LP2985AIM5-3.0)从选定的 mikroBUS™ 电源轨(通过 VCC SEL 跳线选择)输出稳定的 +3.0V 电压,U5(ADM8829)则对该 3.0V 电压进行反向变换,生成 -3.0V 电源。这

两个电压用于为信号调理链中的运算放大器供电。信号的主要调理与放大由德州仪器的 LMV324 完成,这是一款轨到轨运算放大器。首先,运放的一个通道用于放大振荡器信号,以提供足够的驱动能力供连接的 TDS 探头使用。随后,从探头获取的信号会依次经过 LMV324 的多个阶段,每一阶段都完成特定功能,以便最终输出可用于测量的电压信号。各级放大电路用于缓冲或进一步放大探头输入的弱信号,然后进行整流,将交流信号转换为正向直流波形。经过滤波后,得到的稳定直流电压能够准确反映被测水样的 TDS 浓度。最终处理后的信号被引至 ADC SEL 跳线,用户可以根据需求选择模拟输出或数字输出模式。若选择

模拟输出,可通过 mikroBUS™ 的 AN 引脚直接读取信号。若需数字转换,板载集成了来自 Microchip 的 MCP3221,这是一个具备 12 位分辨率的模数转换器,可通过标准的 2 线 I2C 接口与主控 MCU 通信。用户只需通过板载 ADC SEL 表面贴装跳线即可轻松在模拟(AN)与数字(ADC)输出模式间切换。此外,该 Click board™ 支持 3.3V 与 5V 逻辑电平,可通过 VCC SEL 跳线选择逻辑电压,确保与不同主控平台的兼容性。此板还配备了驱动库和使用示例代码,可作为二次开发的参考。

TDS Click hardware overview image

功能概述

开发板

Curiosity PIC32 MZ EF 开发板是一个完全集成的 32 位开发平台,特点是高性能的 PIC32MZ EF 系列(PIC32MZ2048EFM),该系列具有 2MB Flash、512KB RAM、集成的浮点单元(FPU)、加密加速器和出色的连接选项。它包括一个集成的程序员和调试器,无需额外硬件。用户可以通过 MIKROE 

mikroBUS™ Click™ 适配器板扩展功能,通过 Microchip PHY 女儿板添加以太网连接功能,使用 Microchip 扩展板添加 WiFi 连接能力,并通过 Microchip 音频女儿板添加音频输入和输出功能。这些板完全集成到 PIC32 强大的软件框架 MPLAB Harmony 中,该框架提供了一个灵活且模块化的接口

来应用开发、一套丰富的互操作软件堆栈(TCP-IP、USB)和易于使用的功能。Curiosity PIC32 MZ EF 开发板提供了扩展能力,使其成为连接性、物联网和通用应用中快速原型设计的绝佳选择。

Curiosity PIC32MZ EF double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

PIC32

MCU 内存 (KB)

2048

硅供应商

Microchip

引脚数

100

RAM (字节)

524288

你完善了我!

配件

水质传感器 – TDS 水质检测探头专为测量水中总溶解固体(TDS)含量而设计,可可靠反映水的纯净度。该探头适用于 TDS 测量电路,通过检测水中电导率的变化,间接反映溶解物质的浓度。它支持宽范围输入电压(3.3V 至 5V),并输出 0V 至 2.3V 的模拟电压,兼容大多数微控制器平台。该传感器非常适合用于纯净水质量监测、滤水系统故障诊断和水培系统等应用。其封闭式设计有效防止泄漏,具备快速可靠的安装方式和较长的使用寿命,是进行实时水质监测的实用解决方案。

TDS Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Analog Output
RPB4
AN
NC
NC
RST
ID COMM
RPD4
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
NC
NC
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
RPA14
SCL
I2C Data
RPA15
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

TDS Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Curiosity PIC32MZ EF front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Curiosity PIC32 MZ EF作为您的开发板开始。

Curiosity PIC32MZ EF front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product7 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Curiosity PIC32 MZ EF MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

TDS Click 演示应用程序使用 NECTO Studio开发,确保与 mikroSDK 的开源库和工具兼容。该演示设计为即插即用,可与所有具有 mikroBUS™ 插座的 开发板、入门板和 mikromedia 板完全兼容,用于快速实现和测试。

示例描述
本示例演示了 TDS Click 板的使用方法,该板用于测量水中的总溶解固体(TDS)含量。应用程序初始化 TDS Click 板,建立通信,并持续读取以百万分之一(ppm)为单位的 TDS 值。

关键功能:

  • tds_cfg_setup - 初始化 Click 配置结构体为初始值。

  • tds_init - 初始化使用该 Click 板所需的所有引脚和外设。

  • tds_set_vref - 为 TDS Click 驱动器设置电压参考值。

  • tds_read_voltage_avg - 读取所需数量的 ADC 采样并计算平均电压值。

  • tds_read_ppm - 读取 TDS 测量值,单位为 ppm。

应用初始化
初始化日志记录器并配置 TDS Click 板。通过 ADC 或 I2C 建立通信,验证是否正确初始化,并使设备准备好进行测量。

应用任务
持续从传感器读取 TDS 值,并以 ppm(百万分之一)为单位记录日志。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief TDS Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the usage of the TDS Click board, which measures the Total 
 * Dissolved Solids (TDS) in water. The application initializes the TDS Click board, 
 * establishes communication, and continuously reads the TDS value in parts per million (ppm).
 *
 * The demo application is composed of two sections:
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the logger and configures the TDS Click board. It sets up communication 
 * using either ADC or I2C, verifies proper initialization, and prepares the device 
 * for measurement.
 *
 * ## Application Task
 * Continuously reads the TDS value from the sensor and logs it in ppm (parts per million).
 *
 * @note
 * Ensure a proper TDS probe is attached to the Click board for accurate measurements.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "tds.h"

static tds_t tds;       /**< TDS Click driver object. */
static log_t logger;    /**< Logger object. */

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    tds_cfg_t tds_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    tds_cfg_setup( &tds_cfg );
    TDS_MAP_MIKROBUS( tds_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = tds_init( &tds, &tds_cfg );
    if ( ( ADC_ERROR == init_flag ) || ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    float tds_ppm = 0;
    if ( TDS_OK == tds_read_ppm ( &tds, &tds_ppm ) ) 
    {
        log_printf( &logger, " TDS Value : %.1f ppm\r\n\n", tds_ppm );
        Delay_ms ( 1000 );
    }
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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