【正文】 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(yǔ)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(wàn)用表 電源 電位器 圖 語(yǔ)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(yǔ)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(xiě) 產(chǎn)品的安裝調(diào)試 6．使用說(shuō)明書(shū) 原理簡(jiǎn)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(jiàn)故障處理 7．研制總結(jié)、存在問(wèn)題分析 后記 感謝協(xié)作者 3. 主要參考文獻(xiàn)： [1]童詩(shī)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(guò)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(kāi)題報(bào)告撰寫(xiě) （ 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(xiě)程 （ 6） 20xx/04 中 20xx/04 末 購(gòu)買(mǎi)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)目總結(jié)，完成 論文 答辯 5. 指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 開(kāi)題簡(jiǎn)單明了，這是很實(shí)用的 小裝置研制，鍛煉動(dòng)手能力，希望能做出實(shí)物，并申報(bào)大學(xué)生科技創(chuàng)新計(jì)劃中去。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。 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(lái)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(guò)濾網(wǎng)。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。 3 設(shè)計(jì)單片機(jī)與外圍接口以及語(yǔ)音芯片驅(qū)動(dòng)的原理線路。 2．在量大面廣的過(guò)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)。 4 設(shè)計(jì)選型、購(gòu)買(mǎi)器件，動(dòng)手制作小裝置。其昂貴的制水過(guò)程不僅能把尿液過(guò)濾成水，而且能從濕毛巾中吸滲出可飲用的水分，美國(guó)宇航局官員表示，這種轉(zhuǎn)換水比美國(guó)的自來(lái)水更潔 凈。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)。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。 指導(dǎo)教師簽字： 日期： 年 月 日 6. 系意見(jiàn)： 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）指導(dǎo)教師評(píng)閱 意見(jiàn) 姓名 學(xué)號(hào) 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 職稱 教授級(jí)高工 單位 指導(dǎo)教師 職稱 單位 畢業(yè) 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) 指導(dǎo)教師評(píng) 語(yǔ)： 是否同意答辯： 同意 論文成績(jī)： 85 指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日 北京交通大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì)（論文） 評(píng)閱教師 評(píng)閱 意見(jiàn) 姓名 學(xué)號(hào) 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 職稱 教授級(jí)高工 單位 指導(dǎo)教師 職稱 單位 畢業(yè)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) 對(duì)論文的評(píng)語(yǔ)： xx 同學(xué)畢業(yè)論文的選題基于電化 學(xué)的飲水機(jī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)警器設(shè)計(jì)，論文探討了系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)方法，具有一定實(shí)用價(jià)值。 申請(qǐng)學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 本設(shè)計(jì)主要闡述了信號(hào)采集裝置，數(shù)據(jù)分析芯片，語(yǔ)音輸出芯片的設(shè)計(jì)內(nèi)容，從而達(dá)到水質(zhì)報(bào)警的效果。研究表明，常規(guī)凈水工藝不能去除原水致突變物，而且加氯 處理后，其出廠水的致突變陽(yáng)性率經(jīng)常高于未經(jīng)處理的原水。其昂貴的制水過(guò)程不僅能把尿液過(guò)濾成水，而且能從濕毛巾中吸滲出可飲用的水分，美國(guó)宇航局官員表示，這種轉(zhuǎn)換水比美國(guó)的自來(lái)水更潔凈。其他國(guó)家或地區(qū)的飲用水標(biāo)準(zhǔn)大都以這三種標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)或重要參考，來(lái)制定本國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。只有當(dāng)污染物含量達(dá)到一定水平，有造成危害的可能性，而且檢出頻率高時(shí)，才有制定限值、進(jìn)行檢測(cè)的必要性。所以只有對(duì)已經(jīng)具有可行檢驗(yàn)方法的物質(zhì)才能納入標(biāo)準(zhǔn)。 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢(shì) 研 究比較各國(guó)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展過(guò)程，對(duì)微生物、消毒劑及其副產(chǎn)物對(duì)人體的影響越來(lái)越重視，對(duì)指標(biāo)的規(guī)定在越來(lái)越全面嚴(yán)格的同時(shí)也充分結(jié)合實(shí)際情況考慮其合 理 性和科學(xué)性這兩點(diǎn)應(yīng)該是未來(lái)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢(shì)。可由 USB 接口供電，也可外接 5V 直流電源或三個(gè)干電池作為裝置的能源輸入。其定義是截面積 1cm2，極間距離為 1cm 時(shí)，該溶液的電導(dǎo)。其倒數(shù) 1/ρ 稱為電導(dǎo)率，以 K 表示。根據(jù)歐姆定律，溫 度一定時(shí)，這個(gè)電阻值與電極間距 L（ cm）正比，與電極的截面積 A（ cm2）反比，即R =ρ（ L/A）；其中 ρ 為電阻率 ,是長(zhǎng) 1cm，截面積為 1cm2 導(dǎo)體的電阻，其大小決定于物質(zhì)的本性。18V，消耗電流小， Icc=，輸入失調(diào)電壓小， V=177。當(dāng) “+”端電壓高于 “”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開(kāi)路。 AT89C2051 是一帶有 2K 字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 （ EEPROM）的低電壓，高性能 8 位 CMOS 微處理器 。從 1971 年微型計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，由于實(shí)際應(yīng)用的需要，微型計(jì)算機(jī)向著兩個(gè)不同的方向發(fā)展：一個(gè)是向高速度、大容量、高性能的 高檔微機(jī)方向發(fā)展；而另一個(gè)則是想穩(wěn)定可靠、體積小和價(jià)格廉的單片機(jī)方向發(fā)展。 AT89C 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如下。 主要性能 ： 和 MCS51 產(chǎn)品兼容 2KB 可重編程 FLASH 存儲(chǔ)器 耐久性： 1000 次寫(xiě) /檫除。當(dāng) P3 口寫(xiě)入“ 1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口?？刹捎檬⒕杌蛱沾烧袷幤鹘M成時(shí)鐘振蕩器，如需從外部輸入時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)AT89C2051，時(shí)鐘信號(hào)從 XTAL1 輸入， XTAL2 應(yīng)懸空。 和跳轉(zhuǎn)或分支有關(guān)的指令有一定的空間約束，使目的地址能安全在AT89C2051 的 2K 字節(jié)的物理程序存儲(chǔ)器空間內(nèi)，必須注意這一點(diǎn)?？臻e模式可由任何允許的中斷請(qǐng)求或硬 件復(fù)位終止。 編程方法：要對(duì) AT89C2051 進(jìn)行編程，使用以下方法。 6．使 跳變依次來(lái) 編程 PEROM 陣列中的一字節(jié)或者加密位，寫(xiě)字節(jié)周期是自身定時(shí)的，一般需時(shí) 。 對(duì)代碼數(shù)據(jù)加上正確的控制信號(hào)即可在 P1 口引腳上讀取數(shù)據(jù)。 聲音控制模塊 聲音輸出部分選擇了 WT588DU 芯片，產(chǎn)品特征： 28 腳模塊封裝，可通過(guò)更換存儲(chǔ)器以獲得不同長(zhǎng)度的語(yǔ)音存儲(chǔ)時(shí)間；支持 2M bit ～ 32M bit 容量的SPIFlash（注： 1byte=8bit）；采用 WT588D20SS 語(yǔ)音芯片當(dāng)作主控核心；內(nèi)嵌獨(dú)特的人聲語(yǔ)音處理器，使 語(yǔ)音表現(xiàn)極為自然悅耳；內(nèi)置 13Bit/DA 轉(zhuǎn)換器，以及 12Bit/PWM 音頻處理，確保高品質(zhì)語(yǔ)音輸出；支持加載 6K～ 22KHz 采樣率WAV 音頻； PWM 輸出可直接推動(dòng) ，推挽電流充沛；支持DAC/PWM 兩種輸出方式；支持按鍵控制模式、一線串口控制模式、三線串口控制模式；按鍵控制模式底下可以設(shè)置多種 IO 口觸發(fā)方式；任意設(shè)定顯示語(yǔ)音播放狀態(tài)信號(hào)的 BUSY 輸出方式；最多可加載 500 段用于編輯的語(yǔ)音； 220 段可控制地址位，單個(gè)地址位最多可加載 128 段語(yǔ)音，地址位內(nèi)的語(yǔ)音組合播放；語(yǔ)音播放停止馬上進(jìn)入 休眠模式；配套 WT588D VoiceChip 上位機(jī)軟件，接口簡(jiǎn)單，使用方便。其應(yīng)用范圍廣，幾乎可以涉及到所有的語(yǔ)音場(chǎng)所，如報(bào)站器、報(bào)警器、提醒器、鬧鐘、學(xué)習(xí)機(jī)、智能家電、治療儀、電子玩具、電訊、倒車?yán)走_(dá)以及各種自動(dòng)控制裝置等場(chǎng)所，工藝上達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的要求。 從 P1 口讀取下一個(gè)代碼字節(jié)。 8．對(duì)下一地址單元編程字節(jié)，使 XTAL1 引腳正脈沖跳變依次使地址計(jì)數(shù)器加 1，在 P1 口輸入新的書(shū)字節(jié)。 設(shè)置 RST 和 XTAL1 為 GND 電平。 應(yīng)注意的是：在用硬件復(fù)位終止空閑模式時(shí)， AT89C2051 通常從程序停止一直到內(nèi)部復(fù)位獲得控制之前的兩個(gè)機(jī)器周期處恢復(fù)程序執(zhí)行。 分支指令 : 對(duì)于 LCALL、 LJMP、 ACALL、 AJMP、 SJMP、 JMPA+DPTR 等指令 ，只要記住這些分支指令 的目的地址在程序存儲(chǔ)器大小的物理范圍內(nèi)（ AT89C2051程序空間為： 000H7FFH 單元），這些無(wú)條件分支指令就會(huì)正確執(zhí)行，超出物 20 理空間的限制會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)知的程序錯(cuò)誤。 19 圖 晶振震 蕩電路 特殊功能寄存器 ： 片內(nèi)特殊功能寄存器（ SFR）空間存儲(chǔ)區(qū)的影象圖如下表所示。 P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 17 圖 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 引腳功能說(shuō)明 VCC: 電源電壓 GND： 地 P1 口： P1 口是一組 8 位雙向 I/O 口， 提供內(nèi)部上拉電 阻， 和 內(nèi)部無(wú)上拉電阻，主要是考慮它們分別是內(nèi)部精密比較器的同相輸入端（ AIN0）和反相輸入端（ AIN1），如果需要應(yīng)在外部接上拉電阻。 在 AT89C 單片機(jī)結(jié)構(gòu)中，最顯著的特點(diǎn)是內(nèi)部含有 FLASH 存儲(chǔ)器，而在其他方面的結(jié)構(gòu)，則和 INTEL 公司的 8051 的結(jié)構(gòu)沒(méi)有太大的區(qū)別。 根據(jù)控制應(yīng)用的需要，可以將單片機(jī)分為通用型和專用行。通過(guò)在單塊芯片上組合通用的 CPLI 和 閃速存儲(chǔ)器 ， ATMEL 的 AT89C2051 是一強(qiáng)勁的微型處理器，它對(duì)許多嵌入式控制應(yīng)用提供一定高度靈活和成本低的解決辦法。兩個(gè)輸入端電壓差別大于 10mV 就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把 LM339 用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。差分輸入電壓可以大于 Vcc 并不損壞器件 .保護(hù)部分必須能阻止輸入電壓向負(fù)端超過(guò) ,發(fā)射極接地的 NPN 輸出晶體管 ,可以用多集電極輸出提供或 ORing 功能 .輸出負(fù)載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上 ,不受 Vcc 端電壓值的限制 .此輸出能作為一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)地 SPS 開(kāi)路 (當(dāng)不用負(fù)載電阻沒(méi)被運(yùn)用