基于單片機(jī)的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計(編輯修改稿)
2024-07-24 19:46 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 系統(tǒng)，是指一個真正可用的單片機(jī)的最小配置系統(tǒng)。對于單片機(jī)內(nèi)部資源已能夠滿足系統(tǒng)余姚的，可直接采用最小系統(tǒng)。由于MCS51系列單片機(jī)片內(nèi)不能集成時鐘電路所需要的晶體振蕩器，也沒有復(fù)位電路，因此在構(gòu)成最小系統(tǒng)時必須外接這些部件。8051\8751的最小系統(tǒng)特點(diǎn)如下：（1） 由于片外沒有擴(kuò)展存儲器和外設(shè)，P0、PPP3都可以作為用戶I/O接口使用。（2） 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器有128B，地址空間為00H~7FH，沒有片外數(shù)據(jù)存儲器。（3） 內(nèi)部有4KB的程序存儲器，地址空間為0000H~0FFFH，沒有片外程序存儲器。EA應(yīng)接高電平。（4） 可以使用兩個定時/計數(shù)器T0和T1，一個全雙工的串行通信接口，5個中斷源。如下圖為AT89C51的最小原理圖[3] 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖 復(fù)位電路和晶振電路單片機(jī)若要正常工作，還需要有一些必要的外圍電路，才能正常的工作。比如復(fù)位電路和晶振電路就是單片機(jī)必要的外圍的電路。（1）復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位如同計算機(jī)的重啟一樣，任何單片機(jī)工作之前都要有一個復(fù)位的過程，對于單片機(jī)來說，復(fù)位是單片機(jī)還沒有執(zhí)行程序之前而做的準(zhǔn)備工作。一般單片機(jī)的復(fù)位只需要5ms的時間。復(fù)位電路是典型的單片機(jī)系統(tǒng)的外部電路，基本的復(fù)位電路一般采用上電復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種復(fù)位方式。本系統(tǒng)設(shè)計采用按鍵復(fù)位電路，方便并且可以對單片機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行直接重啟。a）上電復(fù)位電路b）按鍵復(fù)位電路（2）晶振電路與復(fù)位電路一樣，晶振電路同樣是單片機(jī)系統(tǒng)的典型外圍電路。單片機(jī)的工作，是從ROM中讀取指令，然后執(zhí)行的過程。單片機(jī)訪問一次存儲器的時間，稱為一個機(jī)器周期，作為單片機(jī)工作的時間基準(zhǔn)。沒有晶振，就沒有時鐘周期，沒有時鐘周期，就無法執(zhí)行程序，單片機(jī)就無法工作。因此，晶振可以說是單片機(jī)系統(tǒng)的心臟。本系統(tǒng)采用的晶振頻率為12MHz。晶振電路一般可以分為內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。本系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式的晶振電路[3]。 晶振電路 顯示電路設(shè)計本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能要求對待測場所的環(huán)境溫度實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控和顯示，因此，需要有顯示電路的設(shè)計，來完成這一功能。（1）數(shù)碼管介紹單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，LED數(shù)碼管一般用做簡單顯示輸出設(shè)備，一般用于顯示數(shù)字和簡單信息。LED數(shù)碼管顯示器具有顯示清晰、亮度高、操作簡單、接口方便等優(yōu)點(diǎn)，基本可以滿足普通單片機(jī)系統(tǒng)的需要而被廣泛使用。LED數(shù)碼管是由發(fā)光二極管按一定的結(jié)構(gòu)排列而成的顯示器件。通常使用的是帶有小數(shù)點(diǎn)的８段數(shù)碼管，分為共陽極和共陰極數(shù)碼管兩種[4]。a) 共陽極數(shù)碼管 b) 共陰極數(shù)碼管 c) 數(shù)碼管引腳圖 8段LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 數(shù)字字符對應(yīng)共陰極和共陽極字段碼顯示字符共陰極字段碼共陽極字段碼顯示字符共陰極字段碼共陽極字段碼03FHC0HC39HC6H106HF9HD5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH466H99HP73H8CH56DH92HU3EHC1H67DH82HT31HCEH707HF8HY6EH91H87FH80HL38HC7H96FH90H8FFH0A77H88H滅0FFHB7CH83H.....….......（2） 數(shù)顯電路設(shè)計 數(shù)碼管顯示電路圖 傳感器的選擇變光型濁度傳感器原理：當(dāng)被測物質(zhì)濁度變化時，使光源的強(qiáng)度隨之變化，光源的強(qiáng)度可對應(yīng)到被測物質(zhì)的濁度。當(dāng)液體濁度增加時，由于液體阻礙增強(qiáng)，光的通過率低，光敏電阻器接受光線弱。當(dāng)液體濁度下降時，光敏電阻器接受光線強(qiáng)。讓傳感器接收到的光信號強(qiáng)度一定，當(dāng)被測物質(zhì)濁度發(fā)生變化時，使光源的強(qiáng)度隨之變化，光源強(qiáng)度可對應(yīng)到被測物的濁度。下圖為變光型濁度傳感器的結(jié)構(gòu)[5]變光型濁度傳感器的結(jié)構(gòu)：傳感器由光敏電阻器、平衡檢測器、固定電源、反饋控制、可調(diào)電源、光源和外殼等組成，本傳感器的最主要的特點(diǎn)就是要求2個光敏電阻器的阻值相等，也就是他們接受的光強(qiáng)一樣，如不同平衡檢測器能識別出來，然后，由反饋控制產(chǎn)生信號調(diào)整可調(diào)電源，從而調(diào)整光源的強(qiáng)度來實(shí)現(xiàn)這一要求。此傳感器具有量程寬、標(biāo)定過程簡單、功耗低、成本低、體積小等特點(diǎn)，該傳感器的另一個特點(diǎn)是在高渾濁度時分辨率比低渾濁度高，可滿足一些特殊的測量要求[5]。 傳感器的性能測試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表測試點(diǎn)（序號）12345678910濁度值（mg/L）74122202332544701898115614811904電壓值（mV）106107112125159195253350508770統(tǒng)計實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出：濁度值與電壓值之間近似一條二次曲線，因此，采用二次曲線擬和，得到濁度傳感器的測試公式為：式中Z為濁度mg/L；V為濁度傳感器的電壓讀數(shù)mV。相關(guān)系數(shù)r= A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換：由于單片機(jī)只能識別數(shù)字信號所以必把傳感器輸出的模擬信號進(jìn)行數(shù)字化處理，因此，在智能儀器的輸入通道中加入能把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的芯片即A/D轉(zhuǎn)換芯片。使用A/D轉(zhuǎn)換器時需要根據(jù)實(shí)際所需精度與分辨率的不同選擇不同的A/D轉(zhuǎn)換芯片，確定采樣頻率一保證單片機(jī)的實(shí)時行要求。由于環(huán)境對A/D轉(zhuǎn)換器存在一定影響，一次在選擇A/D轉(zhuǎn)換器的時候必須考慮環(huán)境因素。還應(yīng)根據(jù)單片機(jī)接口特征選擇A/D轉(zhuǎn)換器的輸出狀態(tài)。 A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口一般要完成的操作有單片機(jī)發(fā)出啟動轉(zhuǎn)換信號，單片機(jī)取回轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號，讀取需要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)14]。由于A/D轉(zhuǎn)換對于提高數(shù)據(jù)精度具有較大影響，因此需要選擇一款精度較高的器件，所以本次采用ADC0832作為A/D轉(zhuǎn)換芯片[6]。ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8 位分辨率、 雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。 ADC0832 具有以下特點(diǎn)：(1) 8 位分辨率；(2)雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換；(3)輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容；(4)5V 電供電時輸入電壓在 0~5V 之間；(5)工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為 32μS；(6)一般功耗僅為 15mW；(7)8P、14P—DIP（雙列直插） 、PICC 多種封裝；(8)商用級芯片溫寬為0176。C to +70176。C，工業(yè)級芯片溫寬為?40176。C to +85176。C單片機(jī)對ADC0832的控制原理：正常情況下單片機(jī)與ADC0832的接口應(yīng)該為4條數(shù)據(jù)線，分別是DI、CS、DO、CLK。但因?yàn)镈I端和DO端在通信時未同時有效地并與單片機(jī)的接口是雙向的，固電路設(shè)計時可以將DI和DO并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用，詳情見下圖[6]。 ADC0832與單片機(jī)的接口電路 4 水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設(shè)計 C語言的特點(diǎn)和程序結(jié)構(gòu)軟件設(shè)計就是用計算機(jī)所能接受的語言把所需解決問題的步驟逐一描述出來，也就是編制計算機(jī)的程序，在設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)時，軟件的編制是重要環(huán)節(jié)。C語言是近年來在國內(nèi)外普遍使用的一種程序設(shè)計語言，其功能豐富，表達(dá)力強(qiáng)，使用靈活方便，應(yīng)用面廣，目標(biāo)程序效率高，可移植性好，而且也能直接對計算機(jī)硬件進(jìn)行操作，既有高級語言的特點(diǎn)，
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