【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 基于電化學(xué)的飲水機(jī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)警器設(shè)計(jì) 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 系 別： 指導(dǎo)教師： 教授級(jí)高工 二○一三年六 月 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 基于電化學(xué)的飲水機(jī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)警器設(shè)計(jì) 學(xué) 號(hào)： 09142069 姓 名： 李強(qiáng) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 系 別： 機(jī)械與電氣工程系 指導(dǎo)教師： 李鑒 教授級(jí)高工 二○一三年六月 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績?cè)u(píng)議 題目： 基于電化學(xué)的 飲水機(jī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)警器設(shè)計(jì) 系別： 專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 姓名： 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師建議成績： 85 評(píng)閱教師建議成績： 80 答辯小組建議成績： 84 總成績： 84 答辯委員會(huì)主席簽字： 年 月 日 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 姓名 學(xué)號(hào) 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 設(shè)計(jì)（論文）題目 基于電化學(xué)的飲水機(jī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)警器設(shè)計(jì) 題目 性質(zhì) ● 設(shè)計(jì)； □ 論文 題目 來源 □ 教學(xué) ； ● 科研 ；□ 生產(chǎn) ； □ 其他 指導(dǎo)教師 職 稱 工作單位 備注 教授高級(jí)工程師 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )的內(nèi)容和要求： 一．目的意義 1．飲用水安全和質(zhì)量問題在現(xiàn)代社會(huì)生活很受重視 ，自從上世紀(jì) 60 年代美國宇航局處理人排泄循環(huán)再用的膜過濾 純凈水專利失效流入社會(huì)以來，以膜技術(shù)為特征的過濾處理飲用水技術(shù)風(fēng)靡世界。但是過期的膜、及積累毒素的過濾層反會(huì)對(duì)人產(chǎn)生危害，必須及時(shí)更換、處理。遺憾的是人們可能忽視和錯(cuò)過更換和處理，喝二次污染水，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)非常必要。 2．在量大面廣的過濾式飲水機(jī)上裝個(gè)小裝置計(jì)時(shí)并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化意義很大，可以形成專利推廣應(yīng)用。 3．基于電化學(xué)原理、采用模擬電子、數(shù)字電子技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)的小裝置研制充分體現(xiàn)現(xiàn)代大學(xué)生學(xué)以致用服務(wù)社會(huì)用科技施惠人類的典型范例特質(zhì)。 二．內(nèi)容和要求 1．以電化學(xué)原理研制水質(zhì)電導(dǎo)率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳感器 ，便于安裝在飲水機(jī)的管路上。 2．以單片機(jī) 2051 為核心，連接電壓比較器（檢測(cè)電導(dǎo)信號(hào)）、語音芯片、放大器、揚(yáng)聲器等外圍器件制成小盒裝置實(shí)物。編程實(shí)現(xiàn)上電時(shí)累計(jì)計(jì)時(shí)，水質(zhì)變壞和濾膜到時(shí)之時(shí)發(fā)出語音提示和聲光報(bào)警信號(hào)的功能。 3．系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合調(diào)試，編制使用說明，撰寫技術(shù)論文，爭取申報(bào)專利或創(chuàng)新參賽。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )主要參考資料： [1] 童詩白、華成英 《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第四版） 高等教育出版社 20xx（ 05） [2] 閻 石 《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第五版） 高 等教育出版社 20xx (11) [3] 張曉鄉(xiāng) 《 89C51 單片機(jī)實(shí)用教程》 電子工業(yè)出版社 20xx (08) [4] maigoozxn 《 [直飲機(jī) ]直飲水機(jī)工作原理及過濾程序》 百度知道 20xx（ 12） [5] 何希才、薛永毅 《傳感器及其應(yīng)用實(shí)例》 機(jī)械工業(yè)出版社 20xx (04) [6] 施金鴻、陳光明 《電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與綜合實(shí)踐教程》 .北京航空航天大學(xué)出版社 . 20xx (07) 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )應(yīng)完成的工作 ： 1 查找飲用水標(biāo)準(zhǔn)及與之相關(guān)的飲水機(jī)技術(shù)資料。 2 探討、計(jì)算電導(dǎo)率與水質(zhì)變化的曲線關(guān)系。 3 設(shè)計(jì)單片機(jī)與外圍接口以及語音芯片驅(qū)動(dòng)的原理線路。 4 設(shè)計(jì)選型、購買器件，動(dòng)手制作小裝置。 5 錄音、編程并實(shí)物調(diào)試，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和計(jì)時(shí)、超限語音提示聲光報(bào)警功能。 6 技術(shù)總結(jié)完成論文。準(zhǔn)備申報(bào)實(shí)用新型發(fā)明專利和大學(xué)生科技創(chuàng)新參賽資料。 進(jìn)度安排： 20xx 年 12 月底 — 20xx 年 1 月初，完成資料調(diào)研，寫出開題報(bào)告； 20xx 年 3 月初 — 4 月 初 完成所有圖紙、選型設(shè)計(jì)； 20xx 年 4 月初 — 4 月 底 研制做成小裝置。 20xx 年 5 月 初 — 5 月 中 系統(tǒng)編程、調(diào)試； 20xx 年 5 月中 — 5 月底 完成論文 準(zhǔn)備答辯 指導(dǎo)教師簽字： 日期： 年 月 日 系意見： 簽字： 系（蓋章） 日期： 年 月 日 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 姓名 學(xué)號(hào) 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 設(shè)計(jì)（論文）題目 基于電化學(xué)的飲水機(jī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)警器設(shè)計(jì) 1. 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )的目的及意義（含國內(nèi)外的 研究現(xiàn)狀分析）： 隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，人們的生活水平和質(zhì)量也在不斷提高，飲用水 — 這個(gè)維持生命第一要素已經(jīng)由原來的自來水廠漂白粉消毒處理，甚至河水，雨水的簡單沉淀后，改造為高度凈化的純凈水和富含人體所需微量元素的礦泉水。眾所周知， 上一世紀(jì)中期 美國宇航局計(jì)劃投資 億美元建造太空廁所，這費(fèi)用實(shí)在高的離譜。盡管標(biāo)價(jià)昂貴但廁所并非純金制造， 只是 有一個(gè)很別致的功能 —— 可以把尿液轉(zhuǎn)化為飲用水。其昂貴的制水過程不僅能把尿液過濾成水，而且能從濕毛巾中吸滲出可飲用的水分，美國宇航局官員表示，這種轉(zhuǎn)換水比美國的自來水更潔 凈。這其中用到的最重要的一項(xiàng)技術(shù)就是現(xiàn)在流行的膜過濾技術(shù) ，后來這項(xiàng)水質(zhì)凈化專利技術(shù)年久失效，走入民間成為水處理實(shí)用技術(shù)普及。 在當(dāng)今生活中， 膜過濾技術(shù) 一般 用于家用飲水機(jī)或者工廠， 水凈化工藝越來越受到人們的重視，而大規(guī)模改造現(xiàn)有水廠的生產(chǎn)工藝從經(jīng)濟(jì)上尚不可行。在這種背景下 水過濾技術(shù)應(yīng)用而生，在我國直飲水機(jī)主要靠過濾實(shí)現(xiàn)，其工藝過程包括前置超濾膜、食用級(jí)陽離子交換樹脂、發(fā)絲活性炭、能量活水素、 顆粒椰殼活性炭 、 后置超濾膜 、 液體激活器 幾個(gè)過程。但是一旦時(shí)間太久過濾網(wǎng)就會(huì)失去作用，無法完成有效的過濾過程，這樣水質(zhì)就會(huì) 變壞，如果人們無法察覺這種變壞就會(huì)給人們健康生活帶來問題。在國外這種水質(zhì)時(shí)時(shí)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)展比較早，現(xiàn)在已趨于成熟。但是在國內(nèi)起步較晚，而這種應(yīng)用于飲水機(jī)的時(shí)時(shí)報(bào)警系統(tǒng)上未普遍應(yīng)用。 對(duì)此，本人作為一個(gè)即將畢業(yè)的大學(xué)生，想利用自己大學(xué)期間所學(xué)的知識(shí)來研究一個(gè)，基于電化學(xué)的飲水機(jī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)警器，以達(dá)到飲水機(jī)水質(zhì)變化時(shí)報(bào)警，提醒人們更換過濾網(wǎng)。這一裝置主要用到了大學(xué)所學(xué)的電化學(xué)知識(shí)、微機(jī)單片機(jī)控制技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)。 2. 基本內(nèi)容和技術(shù)方案： 一 ．本設(shè)計(jì)課題的基本內(nèi)容是電化學(xué)測(cè)量飲用水的導(dǎo) 電率與單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合制作飲用水水質(zhì)變化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置。（原理圖詳見圖 2） 1）電化學(xué)原理 （ Electroc hemistry）， 由于純水是不導(dǎo)電的，當(dāng)水質(zhì)不純水中含有電解質(zhì)（離子）時(shí)，水就可以導(dǎo)電，就可以測(cè)水中的電導(dǎo)率。從而電導(dǎo)率的變化可以間接反映了水質(zhì)的變化。 圖 1 水中雜質(zhì)導(dǎo)電可以測(cè)水中的電導(dǎo)率 2）單片機(jī)原理： 單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，是典型的嵌入式 微控制器 （ Microcontroller Unit）， 常用英文字母的縮寫 MCU 表示單片機(jī)，單片機(jī)又稱 單片微控制器 ，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的 芯片 ，而 是把一個(gè) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成 到一個(gè)芯片上。單片機(jī)由運(yùn)算器，控制器，存儲(chǔ)器，輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比， 單片機(jī) 只缺少了 I/O 設(shè)備。概括的講：一塊 芯片 就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用 單片機(jī) 是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。 3）系統(tǒng)構(gòu)成圖（見下頁） 圖 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖（電源未標(biāo)示） 裝置功能、工作原理：實(shí)時(shí)檢測(cè)進(jìn)入飲水機(jī)水管的電極測(cè)量兩極之間的離子濃度，將數(shù)值發(fā)送到比較器，和比較器內(nèi)正常數(shù)值做比較，離子濃度小于正常數(shù)值，則說明水質(zhì)合格，否則發(fā)送信號(hào)給反相器。反相器向 MPU（ 2051）發(fā)送低電平輸入信號(hào)， MPU 收到信號(hào)后激活語言存儲(chǔ)模塊通過放大電路驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出語音報(bào)警，同時(shí) MPU 控制發(fā)光二極管發(fā)出閃光報(bào)警。運(yùn)行 開關(guān)啟動(dòng)時(shí)就開始累計(jì)記時(shí)，根據(jù)過濾膜的壽命定時(shí)，時(shí)間一到則向 MPU 發(fā)出信號(hào)，發(fā)出聲光報(bào)警。 4） 傳感器（英文名稱： transducer/sensor）是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié) 。 二 設(shè)計(jì)（論文）結(jié)構(gòu)提要 1. 課題題目： 基于電化學(xué)的飲水機(jī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)警器設(shè)計(jì) 緒言 2． 關(guān)鍵詞： 電化學(xué) 電導(dǎo)率 傳感器 單片機(jī) 語音芯片 3．電化學(xué)監(jiān)測(cè)水質(zhì)機(jī)理分析 MPU MPU 反相器 圖 電 測(cè)量電 測(cè)量電測(cè)量電測(cè)量電水流出 水流入 與電極接（紅黑白 指示燈 5cm 15cm 10cm 圖 方框圖 音頻輸出 USB 下載 輸入端 BUSY 輸 WT588圖 信理是示意LM339 圖 電數(shù) 5 4 分 NPT 13 79 158 圖 測(cè)路原理圖 水杯 萬用表 電源 電位器 圖 語言存儲(chǔ) 放大電路 發(fā)光二極管 比較器 反相器 飲水機(jī)水管 柱狀監(jiān)測(cè)電導(dǎo)率電極 揚(yáng)聲器 電導(dǎo)率與水質(zhì) 電導(dǎo)率傳感器 4．單片機(jī)應(yīng)用原 理 51 系列 MPU 的接口 51 系列 MPU 指令系統(tǒng) 外圍電路驅(qū)動(dòng) — 語音芯片 5．水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)警器研制 各部件原理接線設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算 各部件結(jié)構(gòu)和裝配圖設(shè)計(jì) 2051 程序編寫 產(chǎn)品的安裝調(diào)試 6．使用說明書 原理簡介和技術(shù)指標(biāo) 安裝、操作步驟方法 傳感器的標(biāo)定和報(bào)警設(shè)定 常見故障處理 7．研制總結(jié)、存在問題分析 后記 感謝協(xié)作者 3. 主要參考文獻(xiàn)： [1]童詩白、華成英《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第四版） 高等教育出版社 20xx (05) [2]閻 石 《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第五版） 高等教育出版社 20xx (11) [3]張曉鄉(xiāng) 《 89C51 單片機(jī)實(shí)用教程》 電子工業(yè)出版社 20xx (08) [4]maigoozxn 《 [直飲機(jī) ] 直飲水機(jī)工作原理及過濾程 序》百度知道 20xx (12) [5]何希才、薛永毅《傳感器及其應(yīng)用實(shí)例》 機(jī)械工業(yè)出版社 20xx (04) [6]施金鴻、陳光明 《電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與綜合實(shí)踐教程》北京航空航天大學(xué)出版社 20xx (07) 4. 進(jìn)度安排： （ 1） 20xx/12/23— 20xx/1/10 資料調(diào)研和開題報(bào)告撰寫 （ 2） 20xx/01/20xx/02/20 假期進(jìn)行有關(guān)部件調(diào)研考察，方案設(shè)計(jì) （ 3） 20xx/03 初 第一周 匯總調(diào)研有關(guān)技術(shù)資料，準(zhǔn)備方案 （ 4） 20xx/03 中 20xx/03 末 原理設(shè)計(jì)接線圖設(shè)計(jì) （ 5） 20xx/03 末 20xx/04 初 工程安裝設(shè)計(jì)，包括數(shù)值計(jì)算、編寫程 （ 6） 20xx/04 中 20xx/04 末 購買器件，制作組裝 （ 7） 20xx/05 初 一周時(shí)間 仿真模擬調(diào)試 （ 8） 20xx/05 中 20xx/05 末 項(xiàng)