【正文】 勢提高了人們對(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)測是本設(shè)計(jì)這次課程設(shè)計(jì)的目標(biāo)。 其檢測 內(nèi)容可以是 pH 值 、 CODCr、高錳酸鹽指數(shù)、 BOD氨氮、砷、氟化物、揮發(fā)酚、陰離子表面活性劑、總氮、總磷、糞大腸菌群、鉛、鎘、汞、鋅、銅、石油類、硫化物、六價(jià)鉻、氰化物等；地下水可以是 PH、總硬度、溶解性總固體、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氟化物、氯化物、硫酸鹽、陰離子表面活性劑、氰化物、揮發(fā)酚、六價(jià)鉻、銅、鉛、鋅、鐵、錳、鎘、總汞、總砷、硒、總大腸菌群、細(xì)菌總數(shù)及礦化度等 電子設(shè)備檢測的因素 使用電子設(shè)備進(jìn)行水質(zhì)檢測，主要是利用各類傳感器， 對(duì)水中的參數(shù)進(jìn)行檢測。 水質(zhì)與水的導(dǎo)電率的相互關(guān)系 下面介紹一下水質(zhì)及水的導(dǎo)電率的相互關(guān)系： 純水本身可微弱地介離，使水具有微弱的導(dǎo)電能力。當(dāng)水中插入一對(duì)電極時(shí)，通電之后，在電場的作用下，帶電的離子就產(chǎn)生一定方向的移動(dòng)，水中陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，使水溶液起導(dǎo)電作用，水的導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱程度，就成為電導(dǎo)。 水質(zhì) 越純 ，溫度越 低 ，電離度 越 低 。超純水幾乎不能導(dǎo)電。純水導(dǎo)電性微弱。電阻率的單位為 歐姆 cm）。厘米 1）。 本系統(tǒng)要能實(shí)現(xiàn)基本功能： 實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)的檢測（電阻等） 實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫的檢測 遠(yuǎn)距離傳送 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)將 溫度模塊、 485 發(fā)送模塊、 485 接收模塊、測電阻模塊、顯示模塊 通過多路開關(guān)，傳送到單片 機(jī)中進(jìn)行檢測，在接通電源的條件下，通過顯示系統(tǒng)顯示檢驗(yàn)水質(zhì)的各種參數(shù)。 電路的工作原理： 通過 Ne555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器和電容反饋式三點(diǎn)式攀比成的振蕩電路產(chǎn)生的一定頻率的波，再通過單片機(jī)的 I/O接口對(duì)捕獲高低電平的讀出頻率，然后通過程序算法處理抽換算成電 進(jìn)行主從機(jī)之間的通信 ，將從機(jī)信號(hào)發(fā)送到主機(jī)，經(jīng)過主機(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理，將溫度值以及電阻值通過字符液晶 1602 顯示器顯示。通過測量 RX 和 R0上的電壓。由 Z1*Z4=Z3*Z４ .在通過測量電位器電阻值，可得到 R４的值。由 f=1/[(R1+2R2)*C*In2] 得到公式： R2=1/2*[1/(f*c*Ln2)R1] 上述三種方案從對(duì)測量精度要求而言，方案一的測量精度極差，方案二需要測量的電阻值多，而且測量調(diào)節(jié)麻煩，不易操作與數(shù)字化，相比而言，方案三還是比較符合要求的，由于是通過單 片機(jī)讀取轉(zhuǎn)化，精確度會(huì)明顯的提高。 6 溫度傳感器方案的選擇 隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，傳感器技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。按照溫度傳感器的輸出信號(hào)的模式，可大致分為三類：邏輯輸出溫度傳感器、模擬式溫度傳感器、數(shù)字式溫度傳感器。 LM5 MAX6501MAX650是其典型代表。 方案二：由于傳統(tǒng)的模擬溫度傳感器，如熱電偶、熱電阻及 RTDS 對(duì)溫度的監(jiān)控，在一些溫度范圍內(nèi)的線性不是太好，需要進(jìn)行冷端補(bǔ)償或引線補(bǔ)償，而且熱慣性大，響應(yīng)時(shí)間較慢，所以在市場上已很少遇到。常用的模擬溫度傳感器有LM391 LM33 LM4 AD22103 電壓輸出型、 該方案的缺點(diǎn)是模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的借口電路需要占用微機(jī)的數(shù)條數(shù)據(jù) /控制線。所以不采用此方案。數(shù)字式溫度傳感器直接輸出數(shù)字測溫信號(hào)，不但節(jié)約了微機(jī)的數(shù)條數(shù)據(jù) /控制線，而且省去了A/D 轉(zhuǎn)換、放大、濾波等電路，在長距離傳輸過程中信號(hào)不易失真，抗干擾能力強(qiáng)，所以本設(shè)計(jì)采用數(shù)字式溫度傳感器。每片 DS18B20 含有唯一的 64位序列號(hào)。 DS18B20 的測溫是 +55℃到 +125℃。 液 通信模塊方案選擇 方案一： 在工業(yè)測量和控制中，因?yàn)槭艿浆F(xiàn)場環(huán)境和其他條件的限制，使用傳統(tǒng)的優(yōu)先電纜傳輸信號(hào)由于存在著現(xiàn)場連接、接線麻煩等缺點(diǎn)，特別是在一些特定的環(huán)境下，極不方便，因此提出了無線數(shù)據(jù)傳輸。因此無線傳輸數(shù)據(jù)模塊即發(fā)揮了它的無線優(yōu)勢。 方案二：隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)日益廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在一個(gè)系統(tǒng)往往由多臺(tái)計(jì)算機(jī)組成，需要解決多站、遠(yuǎn)距離通信的問題。 RS232 線路簡單，應(yīng)用廣泛 ， 但距離受限，數(shù)據(jù)傳輸效率也不很高 。在工業(yè)環(huán)境中更好的抗噪性和更遠(yuǎn)的傳輸距離是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)。在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用 RS485 收發(fā)器。使用 RS485總線，一對(duì)雙絞線就能實(shí)現(xiàn)多站聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)成分布式系統(tǒng)，設(shè)備簡單、價(jià)格低廉、能進(jìn)行長距離通信的優(yōu)點(diǎn)使其得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)本設(shè)計(jì)要求，選擇 RS485 作為實(shí)現(xiàn)長距離傳送方案。 MCS51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)： 圖 51 單片機(jī)引腳圖 MCS51 單片機(jī)是美國 INTE 公司于 1980 年推出的產(chǎn)品， 89S51 是 MCS51 系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，本設(shè)計(jì)以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。 引腳功能說明 GND:地 P0 口： P0 口是一個(gè) 8位漏極開路的雙向 I/O 口。對(duì) P0 端口寫“ 1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。對(duì) P1 端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。此外， 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和時(shí)器 /計(jì)數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（ ），具體如下表所示。如下表為 P1 口的第二功能： 表 51 P1 口的第二功能 引腳號(hào) 第二功能 T2（定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器 T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí)器 /計(jì)時(shí)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） P2 口 ： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4 個(gè) TTL 邏輯電平。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在 flash 編程和校驗(yàn) 時(shí)， P2 口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。對(duì) P3 端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。如下表為 P3 口第二功能： /ALE PROG ：地址鎖存控制信 號(hào)（ ALE）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低 8位地址的輸出脈沖。在一般情況下 ， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。如果需要，通過 9 將地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位置“ 1”， ALE 操作將無效。否則 ALE 將被微弱拉高。 表 52 P3 口第二功能 引腳號(hào) 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0（非） （外部中斷 0） INT1（非） （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)器寫選通） RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） PSEN : 外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（ PSEN ）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。 /EAVPP : 訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該接 VCC。 XTAL1: 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 、本系統(tǒng)采用的單片最小系統(tǒng)原理圖 圖 52為單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖： 10 圖 52 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖 此單片機(jī)最小系統(tǒng)由 AT89S52 單片機(jī)、時(shí)鐘電路及復(fù)位電路組成，時(shí)鐘電路采用內(nèi)部時(shí)鐘利用單片機(jī)內(nèi)部一個(gè)高增益的反向放大器，把一個(gè)晶振和兩個(gè)電容器組成的自激震蕩電路接到 XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）之間。本最小系統(tǒng)中晶振采用 12M，起振電容采用 30pF 。在單片機(jī)最小系統(tǒng)上電時(shí)，利用 R11 和 C3 充放電原理，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)的單片機(jī)最小系統(tǒng)的復(fù)位。因此用它來組成一個(gè)測溫系統(tǒng)，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。 （ 2）、在 DS18B20 中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無二的序列號(hào)。 （ 4）、測量溫度范圍在－ 55。 C之間。 （ 6）、內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。 圖 53（ DS18B20 底視圖） 表 53 DS18B20 詳細(xì)引腳功能描述 序號(hào) 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號(hào) 2 DQ 數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。當(dāng)工作于寄生電源時(shí) ，此引腳必須接地。 由于 DS18B20 是在一根 I/O 線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。該協(xié)議定義了幾種信號(hào)的時(shí)序：初始化時(shí)序、讀時(shí)序、寫時(shí)序。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動(dòng)啟動(dòng)寫時(shí)序開始， 11 如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動(dòng)讀時(shí)序完成數(shù)據(jù)接收。 圖 54 DS18B20 的復(fù)位時(shí)序 對(duì)于 DS18B20 的讀時(shí)序分為讀 0時(shí)序和讀 1 時(shí)序兩個(gè)過程。 DS18B20 在完成一個(gè)讀時(shí)序過程，至少需要 60us才能完成。 對(duì)于 DS18B20 寫 0時(shí)序和寫 1 時(shí)序的要求不同，當(dāng)要寫 0 時(shí)序時(shí)，單總線要被拉低至少 60us，保證 DS18B20 能夠在 15us 到 45us 之間能夠正確地采樣 IO總線上的“ 0”電平，當(dāng)要寫 1時(shí)序時(shí)，單總線被拉低之后，在 15us 之內(nèi)就得釋放單總線。它設(shè)計(jì)新穎，構(gòu)思奇巧，用途廣泛，備受電子專業(yè)設(shè)計(jì)人員和電子愛好者的青睞，人們將其戲稱為偉大的小 IC。 、 NE555 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳說明 圖 59 555時(shí)基電路管腳排列圖 圖 510 555電路結(jié)構(gòu)方框圖 555 芯片引腳圖及引腳描述 555 的 8 腳是集成電路工作電壓輸入端，電壓為 5～ 18V，以 UCC 表示；從分壓器上看出 ，上比較器 6 腳 A1 的５腳接在 R1 和 R2 之間，所以 5 腳的電壓固定在 2UCC/3 上；下比較器 A2 接在 R2 與 R3 之間， A2 的同相輸入端電位被固定在 UCC/3 上。由 、 本系統(tǒng)使用的 NE555 電路 如圖 511 為 NE555 電路圖： 圖 511 NE555電路圖 、本系統(tǒng)所使用的 NE555電路的工作原理 NE５５５電路工作原理根據(jù)５５５定時(shí)器和外部器件構(gòu)成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器 ，電源 14 經(jīng) R4對(duì)電容 C充電，使電容兩端電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng) uc上升到（ 2/3） Vcc時(shí)，輸出out為低電平，放電管 VT導(dǎo)通，把電容兩端電壓從（ 1/3） Vcc上升到（ 2/3） Vcc這段時(shí)間內(nèi)電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時(shí)間 TPH的長短與電容的充電時(shí)間有關(guān)。 Rx和放電管放電，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài) .其維持時(shí)間 TPL的長短與電容的放電時(shí)間有關(guān)，放電時(shí)間常數(shù) T放＝ RxC0隨著 C的放電，電容兩端電壓下降，當(dāng) uc下降到（ 1/3） Vcc時(shí)，輸出 out。不難理解，接通電源后，電路就在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉(zhuǎn)，則輸出可得矩形波。 、 RS485 總線的應(yīng)用及介紹 、 RS485 及其接口介紹 RS232 使用 12V,0,12V 電壓來表示邏輯，（ 12V表示邏輯 1， 12V表示邏輯 0），全雙工，最少 3條通信線（ RX,TX,GND），因?yàn)槭褂媒^對(duì)電壓 表示邏輯，由于干擾，導(dǎo)線電阻等原因，通訊距離不遠(yuǎn)，低速時(shí)幾十米也是可以的。 RS485，在 RS422 后推出，絕大部分繼承了 422，主要的差別是 RS485 可以是半雙 工的，而且一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力至少可以驅(qū)動(dòng) 32個(gè)接收器（即接收器為 1/32單位負(fù)載），當(dāng)使用阻抗更高的接收器時(shí)可以驅(qū)動(dòng)更多的接收器。 RS485 的電氣特性：邏輯 1以兩線間的電壓差為 +（ 26） V 表示；邏輯 0以兩線間的電壓差為 （ 26） V 表示。 RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓樸結(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接 32個(gè)結(jié)點(diǎn)。很多情況下，連接 RS485 通信鏈路時(shí)只是簡單地用一對(duì)雙絞線將各個(gè)接口的“ A”、“ B”端連接起來。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍， RS485 收發(fā)器共模電壓范圍為 7～ +12V，只有滿足上述條件，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。 (2)EMI 問題：發(fā)送驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)中的共模部分需要一個(gè)返回通路，如沒有一個(gè)低阻的返回通道（信號(hào)地），就會(huì)以輻射的形式返回源端，整個(gè)總線就會(huì)像一個(gè)巨大的天線向外輻射電磁波。（ 2）通過 PCI多串口卡，可以直接選用輸出信號(hào)為 RS485 類型的擴(kuò)展卡。在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)： （ 1）采用一條雙絞線電纜作總線，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)串接起來，從總線到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引出線長度應(yīng)盡量短，以便使引出線中的反射信號(hào)對(duì)總線信號(hào)的影響最低。 （ 2）應(yīng)注意總線特性阻抗的連續(xù)性，在阻抗不連續(xù)點(diǎn)就會(huì)發(fā)生信號(hào)的反射。 在 RS485 組網(wǎng)過程中另一個(gè)需要主意的問題是終端負(fù)載電阻問題，在設(shè)備少距