【正文】 顯示模塊進(jìn)行顯示 。皖西學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) I 基于 AT89C51 單片機(jī)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 摘要 :現(xiàn)在水源污染已經(jīng)成了社會(huì)密切關(guān)注 的話題，所以對(duì)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)成了保護(hù)水資源的一項(xiàng)重要措施，基于此本文 設(shè)計(jì)了一款能夠有效監(jiān)測(cè)水質(zhì) 的系統(tǒng)。 對(duì)于水質(zhì)的監(jiān)測(cè)主要是監(jiān)測(cè)水中自由離子濃度和水的渾濁度。通過(guò)本設(shè)計(jì)可以有效地得出水中渾濁 度、自由離子濃度 ，從而判斷水的污染情況！ 在本設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)地介紹了水質(zhì)監(jiān)測(cè)的原理、硬件的結(jié)構(gòu)、工作原理及其使用和各部分功能電路的設(shè)計(jì)。嚴(yán)峻的水形勢(shì)提高 了人們對(duì)水污染控制的重視，對(duì)廢水的處理和檢測(cè)成為了維護(hù)良好人民生活環(huán)境所必不可少的要求，廢水中是否有對(duì)環(huán)境產(chǎn)生重大影響的元素和他們的含量是否在標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)直接關(guān)系到本設(shè)計(jì)的生存環(huán)境。污染負(fù)荷急劇增加，加重了水體 的 污染 ，所以 水資源也更加短缺了 。 水是生命之本，是人類(lèi)賴以生存必不可少的物質(zhì)資 源之一，水也是為人體獲得各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重要途徑之一。 對(duì)水資源的保護(hù)成為一項(xiàng)重要的工程。水質(zhì)檢測(cè)越來(lái)越受到人們的關(guān)注。其中 飲水安全則是影響人體健康和國(guó)計(jì)民生的重大問(wèn)題。近年來(lái) ,由于國(guó)際上一些地區(qū)和國(guó)家頻繁發(fā)生惡性事件 ,飲水安全和衛(wèi)生問(wèn)題引起了全球的關(guān)注 ,飲水安全已成為全球 性的重大戰(zhàn)略性問(wèn)題。嚴(yán)峻的水形勢(shì)提高了人們對(duì)水污染控制的重視，對(duì)廢水的處理和檢測(cè)成為了維護(hù)良好人民生活環(huán)境所必不可少的要求，廢水中是否有對(duì)環(huán)境產(chǎn)生重大影響的元素和他們的含量是否在標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)直接關(guān)系到本設(shè)計(jì)的生存環(huán)境，做好水質(zhì)監(jiān)測(cè)是本設(shè)計(jì)這次課程設(shè)計(jì)的目標(biāo)。我國(guó)環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器以往主要依賴進(jìn)口，從 2021 年開(kāi)始，成熟的國(guó)產(chǎn)化設(shè)備才開(kāi)始在全國(guó)范圍內(nèi)大規(guī)模推廣。因此，治理水污染，必須先做好水質(zhì)監(jiān)測(cè)。但是，還沒(méi)有可普遍應(yīng)用于基層水環(huán)境在線監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸、處理的水質(zhì)監(jiān)測(cè)完備平臺(tái)在國(guó)內(nèi)產(chǎn)出。 水質(zhì)監(jiān)測(cè)的意義 第 一，了解污水水質(zhì)，為污水處理技術(shù)方案提供依據(jù)。能被選為常規(guī)指標(biāo)，都有其重要性和意義（或者環(huán)境方面有要求，或者在處理工藝方面很重要，或者國(guó)家有相關(guān)排放規(guī)定等）。 第 二，為水處理工藝運(yùn)行提供參考。 總的來(lái)說(shuō)，常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)是用來(lái)反映水質(zhì)基本特征的。 另外通過(guò)對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究，可以對(duì)監(jiān)測(cè)和測(cè)控有一個(gè)更深入的了解，尤其是在電子測(cè)控方便，應(yīng)用到電子測(cè)試的一些基本知識(shí)，配合對(duì)單片機(jī)的研究，可以對(duì)自己在監(jiān)測(cè)和測(cè)控方面進(jìn)行很大的提升，而且在當(dāng)今時(shí)代，監(jiān)測(cè)和測(cè)控的技術(shù)逐漸的儀表化，通過(guò)這次的研究可以做出比較精確的儀表。 水質(zhì)監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)指標(biāo) 水質(zhì)檢測(cè)是指對(duì)水樣的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試， 可以根據(jù)這些指標(biāo)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)，對(duì)水體質(zhì)量進(jìn)行判斷和綜合評(píng)價(jià)。 使用電子設(shè)備進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)，主要是利用各類(lèi)傳感器，對(duì)水中的參 數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。 依據(jù)我國(guó)地下水水質(zhì)現(xiàn)狀、人體健康基準(zhǔn)值及地下水質(zhì)量保護(hù)目標(biāo)，并參照了 生活飲用水、工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水水質(zhì)最高要求，將地下水質(zhì)量劃分為五類(lèi)： Ⅰ類(lèi) 主要反映地下水化學(xué)組分的天然低背景含量。 Ⅱ類(lèi) 主要反映地下水化學(xué)組分的天然背景含量。 Ⅲ類(lèi) 以人體健康基準(zhǔn)值為依據(jù)。 皖西學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) Ⅳ類(lèi) 以農(nóng)業(yè)和工業(yè)用水要求為依據(jù)。 Ⅴ類(lèi) 不宜飲用，其他用水可根據(jù) 使用目的選用。水中含有各種自由離子 使水溶液具有更強(qiáng)的導(dǎo)電性。因此水的導(dǎo)電率越 低。 由于不同水中所含有的自由離子的含量不同所以水的導(dǎo)電能力不同，本設(shè)計(jì)通過(guò)檢測(cè)不同水質(zhì)下水中的電阻，從而得出其電導(dǎo)，判斷水質(zhì)是否純凈。純水導(dǎo)電性微弱。電阻率的單位為歐姆 cm）。厘米 1） [2]。當(dāng)液體濁度下降時(shí)，光敏電阻器接受光線強(qiáng)，利用這一原理，通過(guò)濁度傳感器采集數(shù)據(jù)，可以有效地監(jiān)測(cè)水中渾濁度。硬件電路主要包括傳感器的選取，單片機(jī)的選取與應(yīng)用， A/D 轉(zhuǎn)換的選用，電源設(shè)計(jì)，顯示部分設(shè)計(jì)等；軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序設(shè)計(jì)和子程序設(shè)計(jì)，監(jiān)測(cè)結(jié)果通過(guò)顯示模塊顯示。 圖 是單片機(jī)控制系統(tǒng)原理圖 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)介紹 單片機(jī)也被稱為微控制器，它在很多智能控制系統(tǒng)都有廣泛的應(yīng)用。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè)備和 CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成 進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 本設(shè)計(jì)以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。與工業(yè) 80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 AT89C51 單片機(jī)具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8KByte Flash， 256 Byte RAM， 32 位 I/O 口，看門(mén)皖西學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路 [3]。當(dāng)它用作輸出口時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè)TTL 邏輯電平。 當(dāng)訪問(wèn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部程序時(shí)， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用。 表 P1口第二功能表 引腳號(hào) 第二功能 T2（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） 皖西學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) P1 口： P1 口是具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。 此外 P1 口還有被用作第二功能。與 P1 口功能類(lèi)似。與 P1 口功能類(lèi)似。 表 P3 口第二功能表 引腳號(hào) 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0 （外部中斷 0） INT1 （外部中斷 1） T0（定時(shí)器 0 外部輸入） T1（定時(shí)器 1 外部輸入） WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)讀選通） 單片機(jī)的最小系統(tǒng) 所謂最小系統(tǒng)，是指一個(gè)真正 可用的單片機(jī)的最小配置系統(tǒng)。 由于 MCS51 系列單片機(jī) 片內(nèi)不能集成時(shí)鐘電路所需要的晶體振蕩器，也沒(méi)有復(fù)位電路，因此在構(gòu)成最小系統(tǒng)時(shí)必須外接這些部件。 皖西學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) （ 2） 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有 128B，地址空間為 00H~7FH，沒(méi)有片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。EA 應(yīng)接高電平 。 如下圖為 AT89C51 的最小原理圖 [3] 圖 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。 （ 1）復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位如同計(jì)算機(jī)的重啟一樣，任何單片機(jī)工作之前都要有一個(gè)復(fù)位的過(guò)程，對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)，復(fù)位是單片機(jī)還沒(méi)有執(zhí)行程序之前而做的準(zhǔn)備工作。 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。 皖西學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) a）上電復(fù)位電路 b）按鍵復(fù)位電路 圖 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)訪問(wèn)一次存儲(chǔ)器的時(shí)間，稱為一個(gè)機(jī)器周期，作為單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)。因此，晶振可以說(shuō)是單片機(jī)系統(tǒng)的心臟。 晶振電路一般可以分為內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。 圖 晶振電路 顯示電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能要求對(duì)待測(cè)場(chǎng)所的環(huán)境溫度實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和顯示，因此，需要有顯示電路的設(shè)計(jì)，來(lái)完成這一功能。 LED 數(shù)碼管顯示器具有顯示清晰、亮度高、操作簡(jiǎn)單、接口方便等優(yōu)點(diǎn)，基本可以滿皖西學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 足普通單片機(jī)系統(tǒng)的需要而被廣泛使用。通常使用的是帶有小數(shù)點(diǎn)的８段數(shù)碼管，分為共陽(yáng)極和共陰極數(shù)碼管兩種 [4]。 當(dāng)液體濁度增加時(shí)，由于液體阻礙增強(qiáng)，光的通過(guò)率低，光敏電阻器接受光線弱。讓傳感器接收到的光信號(hào)強(qiáng)度一定，當(dāng)被測(cè)物質(zhì)濁度發(fā)生變化時(shí)，使光源的強(qiáng)度隨之變化，光源強(qiáng)度可對(duì)應(yīng)到被測(cè)物的濁度。 此傳感器具有量程寬、標(biāo)定過(guò)程簡(jiǎn)單、功耗低、成本低、體積小等特點(diǎn)，該傳感器的另一個(gè)特點(diǎn)是在高渾濁度時(shí)分辨率比低渾濁度高，可滿足一些特殊的測(cè)量要求 [5]。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(shí)別數(shù)字信號(hào)所以必把傳感器輸出的模擬信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的芯片即 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。由于環(huán)境對(duì) 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(shí)候必須考慮環(huán)境因素。 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(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)，單片機(jī)取回轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)，讀取需要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù) ????。 ADC0832 是美國(guó)國(guó)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。 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； 皖西學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) (4)5V 電供電時(shí)輸入電壓在 0~5V 之間； (5)工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32μ S； (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(jí)芯片溫寬為 0176。C ，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為 ?40176。C 單片機(jī)對(duì) 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。 圖 ADC0832 與單片機(jī)的接口電路 皖西學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 4 水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) C 語(yǔ)言的特點(diǎn)和程序結(jié)構(gòu) 軟件設(shè)計(jì)就是用計(jì)算機(jī)所能接受的語(yǔ)言把所需解決問(wèn)題的步驟逐一描述出來(lái)，也就是編制計(jì)算機(jī)的程序，在設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，軟件的編制是重要環(huán)節(jié)。 （ 1）語(yǔ)言簡(jiǎn)潔、緊湊，使用方 便、靈活 C 語(yǔ)言一共只有 32 個(gè)關(guān)鍵字， 9 種控制語(yǔ)句，程序書(shū)寫(xiě)形式自由，與其他高級(jí)語(yǔ)言相比較，程序精煉、簡(jiǎn)短。表達(dá)式靈活、多樣，可以實(shí)現(xiàn)各種各樣的運(yùn)算。 C 語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類(lèi)型有整型、實(shí)型、字符型、數(shù)組類(lèi)型、指針類(lèi)型等。 （ 4）可進(jìn)行結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì) C 語(yǔ)言具有各種結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句，如 if… else 語(yǔ)句、 while 語(yǔ)句、 do… while 語(yǔ)句、 switch 語(yǔ)句、 for 語(yǔ)句等。 （ 5） 可以直接對(duì)計(jì)算機(jī) 硬件進(jìn)行操作 C 語(yǔ)言允許直接訪問(wèn)物理地址， 能 進(jìn)行 位 操作， 能實(shí)現(xiàn)匯編語(yǔ)言的大部分功能，可以對(duì)硬件進(jìn)行操作。而用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)的程序比用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序要方便、容易的多，而且可讀性強(qiáng)，開(kāi)發(fā)時(shí)間也短的多。而用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)的程序基本上都不用做修改就能用于各種機(jī)型和各種操作系統(tǒng) [7]。 通過(guò)這次設(shè)計(jì)使自己對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用得到了更深的認(rèn)識(shí)，另外傳感器的使用，程序的開(kāi)發(fā)，顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)，復(fù)位電路設(shè)計(jì)，單片機(jī)接口設(shè)計(jì)，如何濾波，怎么樣選擇 A/D 轉(zhuǎn)換等都有了更好的提升。 皖西學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 附錄 1 自由離子濃度 和濁度監(jiān)測(cè)原理圖 2 仿真圖 皖西學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 3 程序清單 include include define uint unsigned int define uchar unsigned char define ushort unsigned short define ulong unsigned long uchar DisDX[] = {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0, 0x99,0x92,0x82,0xf8, 0x80,0x90,0x7f,0xff}。 // 共陽(yáng)數(shù)碼管 帶點(diǎn) uchar DisWX[] = {0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80}。 sbit LED_RD = P1^1。 //ADC0832 控制端口 sbit DI = P1^3。 //DI 和 DO與單片機(jī)共接口 sbit Clk = P1^4。 uchar v[3]={0x00,0x00,0x00}。 //顯示緩沖區(qū) uchar TMP[3]={0x00,0x00,0x00}。 //AD 值 uchar CH。 uint ZD。 void delay(int x) { while(x) { for(i = 0。 i++) 。 ulong rem = 0。 ulong divisor = 0。 i16。 rem = ((rem 2) + (a 30))。 divisor = (root1) + 1。 root++。 } /***************************************** 皖西學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) AD0832 轉(zhuǎn)換程序 ******************************************/ uchar ADC0832(uchar CH) { uchar i,