基于電化學(xué)的飲水機(jī)水質(zhì)監(jiān)測報(bào)警器設(shè)計(jì)(畢業(yè)論文畢業(yè)設(shè)計(jì))

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)測報(bào)警器設(shè)計(jì)學(xué)號：姓名：專業(yè)：電氣工程及其自動化系別：指導(dǎo)教師：教授級高工二○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)測報(bào)警器設(shè)計(jì)學(xué)號：09142069姓名：李強(qiáng)專業(yè)：電氣工程及其自動化系別：機(jī)械與電氣工程系指導(dǎo)教師：李鑒教授級高工二○一三年六月PAGE北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績評議題目：基于電化學(xué)的飲水機(jī)水質(zhì)監(jiān)測報(bào)警器設(shè)計(jì)系別： 專業(yè)：電氣工程及其自動化姓名： 學(xué)號：指導(dǎo)教師建議成績：85評閱教師建議成績：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)號專業(yè)電氣工程及其自動化設(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對人產(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過更換和處理，喝二次污染水，實(shí)時(shí)監(jiān)測水質(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（檢測電導(dǎo)信號）、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)警信號的功能。3．系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用場合調(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2010（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2010(11)[3]張曉鄉(xiāng)《89C51單片機(jī)實(shí)用教程》電子工業(yè)出版社2010(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2012（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2004(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.2006(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)動的原理線路。4設(shè)計(jì)選型、購買器件，動手制作小裝置。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：2012年12月底—2013年1月初，完成資料調(diào)研，寫出開題報(bào)告；2013年3月初—4月初完成所有圖紙、選型設(shè)計(jì)；2013年4月初—4月底研制做成小裝置。2013年5月初—5月中系統(tǒng)編程、調(diào)試；2013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)號專業(yè)電氣工程及其自動化設(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2.5億美元建造太空廁所，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)就會失去作用，無法完成有效的過濾過程，這樣水質(zhì)就會變壞，如果人們無法察覺這種變壞就會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)的知識來研究一個(gè)，基于電化學(xué)的飲水機(jī)水質(zhì)監(jiān)測報(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、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)測報(bào)警裝置。（原理圖詳見圖2）1）電化學(xué)原理（Electrochemistry），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（MicrocontrollerUnit），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）MPUMPUMPU語言存儲放大電路發(fā)光二極管比較器反相器飲水機(jī)水管柱狀監(jiān)測電導(dǎo)率電極揚(yáng)聲器圖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)檢測進(jìn)入飲水機(jī)水管的電極測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)送信號給反相器。反相器向MPU（2051）發(fā)送低電平輸入信號，MPU收到信號后激活語言存儲模塊通過放大電路驅(qū)動揚(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，發(fā)出聲光報(bào)警。4）傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(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)測水質(zhì)機(jī)理分析3.1電導(dǎo)率與水質(zhì)3.2電導(dǎo)率傳感器4．單片機(jī)應(yīng)用原理4.151系列MPU的接口4.251系列MPU指令系統(tǒng)4.3外圍電路驅(qū)動—語音芯片5．水質(zhì)監(jiān)測報(bào)警器研制5.1各部件原理接線設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算5.2各部件結(jié)構(gòu)和裝配圖設(shè)計(jì)5.32051程序編寫5.4產(chǎn)品的安裝調(diào)試6．使用說明書6.1原理簡介和技術(shù)指標(biāo)6.2安裝、操作步驟方法6.3傳感器的標(biāo)定和報(bào)警設(shè)定6.4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2010(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2010(11)[3]張曉鄉(xiāng)《89C51單片機(jī)實(shí)用教程》電子工業(yè)出版社2010(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2012(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2004(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2006(07)4.進(jìn)度安排：（1）2012/12/23—2013（2）2013/01/2013/02/20假期進(jìn)行有關(guān)部件調(diào)研考察，方案設(shè)計(jì)（3）2013/03初第一周匯總調(diào)研有關(guān)技術(shù)資料，準(zhǔn)備方案（4）2013/03中2013/03末原理設(shè)計(jì)接線圖設(shè)計(jì)（5）2013/03末2013/04初工程安裝設(shè)計(jì)，包括數(shù)值計(jì)算、編寫程（6）2013/04中2013/04末購買器件，制作組裝（7）2013/05初一周時(shí)間仿真模擬調(diào)試（8）2013/05中2013/05末項(xiàng)目總結(jié)，完成論文答辯5.指導(dǎo)教師意見：開題簡單明了，這是很實(shí)用的小裝置研制，鍛煉動手能力，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。指導(dǎo)教師簽字：日期：年月日6.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）指導(dǎo)教師評閱意見姓名學(xué)號專業(yè)電氣工程及其自動化指導(dǎo)教師職稱教授級高工單位指導(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)測報(bào)警器設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評語：是否同意答辯：同意論文成績：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）評閱教師評閱意見姓名學(xué)號專業(yè)電氣工程及其自動化指導(dǎo)教師職稱教授級高工單位指導(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)測報(bào)警器設(shè)計(jì)對論文的評語：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。該同學(xué)收集的數(shù)據(jù)資料較翔實(shí)，分析和論證有一定深度，結(jié)論正確合理。論文的寫作基本規(guī)范。存在問題是對存在問題的探討還可進(jìn)一步深入，對存在問題原因的分析還可進(jìn)一步展開。綜上所述，xx同學(xué)已經(jīng)掌握了本專業(yè)的基礎(chǔ)理論和相關(guān)專業(yè)知識，該同學(xué)寫作的畢業(yè)論文已經(jīng)達(dá)到本科畢業(yè)論文水平，可以提交答辯。是否同意安排論文答辯：同意論文成績：80評閱教師（簽名）：年月日北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯小組評議意見姓名學(xué)號專業(yè)電氣工程及其自動化畢業(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)測報(bào)警器設(shè)計(jì)答辯小組成員:姓名職稱工作單位備注組長答辯小組評語：本論文在設(shè)計(jì)上有意義，設(shè)計(jì)完整，遺憾未調(diào)出結(jié)果。在論文答辯過程中，該生能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)比較流利、清晰地闡述論文的主要內(nèi)容能恰當(dāng)回答與論文有關(guān)的問題。答辯小組經(jīng)過充分討論，根據(jù)該生論文質(zhì)量和答辯中的表現(xiàn)，同意評定論文成績?yōu)榱即疝q組長（簽名）：年月日答辯成績84畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠信聲明本人聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京交通大學(xué)海濱學(xué)院或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。申請學(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。本人簽名：日期：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）使用授權(quán)書本人完全了解北京交通大學(xué)有關(guān)保管、使用論文的規(guī)定，其中包括：①學(xué)校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件；②學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存論文；③學(xué)?？稍试S論文被查閱或借閱；④學(xué)?？梢詫W(xué)術(shù)交流為目的，復(fù)制贈送和交換學(xué)位論文；⑤學(xué)校可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。本人簽名：日期：PAGEiv摘要在當(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。在這種背景下民用水過濾技術(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)就會失去作用，無法完成有效的過濾過程，這樣水質(zhì)就會變壞，如果人們無法察覺這種變壞就會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。此項(xiàng)設(shè)計(jì)包括使用電導(dǎo)率傳感器檢測水質(zhì)情況，由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析實(shí)施報(bào)警控制語音輸出，從而達(dá)到提醒人們水質(zhì)變壞的目的，及時(shí)更換過濾設(shè)備，以保證人們的健康生活。本設(shè)計(jì)主要闡述了信號采集裝置，數(shù)據(jù)分析芯片，語音輸出芯片的設(shè)計(jì)內(nèi)容，從而達(dá)到水質(zhì)報(bào)警的效果。關(guān)鍵詞:電化學(xué)；電導(dǎo)率傳感器；單片機(jī)；語音芯片ABSTRACTIntoday'slife,membranefiltrationtechnologyisgenerallyusedforhouseholddrinkingmachineorplant,waterpurificationtechnologyhasbeenpaidmoreandmoreattention,andtheproductiontechnologyoflarge-scaletransformationoftheexistingwatereconomicallynotfeasible.Onthebackgroundofthiswaterfiltrationtechnologyapplicationand,inourdrinkingwatermachinemainlydependsonthefilterimplementation,theprocessincludingtheultrafiltrationmembrane,consumptionlevelofcationexchangeresin,thehairofactivatedcarbon,energywater,postpositionalparticlecoconutshellactivatedcarbon,ultrafiltrationmembrane,liquidactivationdeviceprocesses.Butoncethetimeistoolong.Thefilterwillloseitsrole,unabletocompletethefiltrationprocesseffectively,sothewaterqualitywillbeworse,ifpeoplecannotdetectsuchdeteriorationwillgivepeopleahealthylifeproblems.Thiswaterqualityalarmsysteminforeigncountriesatrelativelyearlydevelopment,nowhasbecomeamature.ButinChinastartedrelativelylate,andthealarmsystemappliedtothedrinkingmachineisnotwidelyused.Thisdesignincludingtheuseofconductivitysensorforthedetectionofwaterquality,dataanalysisofalarmcontrolofthespeechoutputconsistsofasinglechip,soastoachievethepurposeofremindingpeopletodeteriorationofwaterquality,timelyreplacementoffilterequipment,toensurethatpeople'shealthlife.Thisdesignmainlyexpoundsthesignalacquisitiondevice,dataanalysischip,thedesigncontentofspeechoutputchip,soastoachievetheeffectofwaterqualityalarmKEYWORDS:ochemicalsensor;conductivity;singlechip;voicechip目錄摘要 iABSTRACT ii目錄 iii1緒論 12水質(zhì)監(jiān)測報(bào)警器總體設(shè)計(jì)方案 52.1裝置原理及功能說明 52.2系統(tǒng)構(gòu)成電路圖 83系統(tǒng)各部件功能說明 93.1信號采集 93.2信號分析及輸出系統(tǒng) 113.3中心控制裝置 143.3.1主要性能 153.3.2引腳功能說明 173.3.3振蕩器特征 183.3.4特殊功能寄存器 193.4聲音控制模塊 233.4.1應(yīng)用方框圖 253.4.2管腳描述 253.4.3電氣參數(shù) 273.4.4音頻輸出線路設(shè)計(jì) 284主要部件選型及參數(shù) 294.1芯片 294.2電阻 294.3晶振的選擇 294.4三極管的選擇 295實(shí)物部件的組裝 30結(jié)論 33致謝 36參考文獻(xiàn) 37附錄 38PAGE471緒論生活飲用水水質(zhì)與人們的身體健康和日常生活緊密相關(guān)。由于水廠水源受到污染，許多出廠水水質(zhì)不能達(dá)到國家生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。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性率經(jīng)常高于未經(jīng)處理的原水。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，膜分離技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，特別是對水中日益增多的致病微生物與有毒有害的有機(jī)物等限值的嚴(yán)格要求，使得膜技術(shù)在飲用水處理中的應(yīng)用越來越廣泛。膜工藝制備飲用水技術(shù)概述飲用水制備技術(shù)的發(fā)展歷程早在3000年前的印度和中國，就有利用過濾來改善飲用水水質(zhì)的記錄?？偟膩碚f，水質(zhì)問題的發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)階段：第一階段，致病菌如傷寒桿菌、霍亂弧菌、痢疾桿菌等病菌的介水傳染問題，從1908年采用加氯消毒后基本得以解決；第二階段，重金屬如汞、鎘等的污染問題，通過多種方法治理工業(yè)污水而得以解決；第三階段，即當(dāng)前階段，有機(jī)物對水的污染問題，在有機(jī)物污染中可能存在致害物、致突變物、致畸物目前，去除飲用水中“三致”廢水最有效的技術(shù)即為膜法，膜技術(shù)按照過濾精度分主要包括微濾、超濾、納濾和反滲透技術(shù)。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，美國宇航局計(jì)劃投資2.5億美元建造太空廁所，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，知識有一個(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)。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)就會失去作用，無法完成有效的過濾過程，這樣水質(zhì)就會變壞，如果人們無法察覺這種變壞就會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。國外水質(zhì)安全性評價(jià)體系及方法世界范圍內(nèi)具有代表性的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)有三部：世界衛(wèi)生組織（WHO）的《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》、歐盟(EC)的《飲用水指令》以及美國環(huán)保局（USEPA）的《國家飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。其他國家或地區(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，來制定本國國家標(biāo)準(zhǔn)。對于水質(zhì)安全性的評價(jià)，首先是確定影響水質(zhì)安全性的污染物的目標(biāo)濃度限值。目前，在水中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了2000多種類別的化學(xué)污染物，在飲用水中已鑒別出數(shù)百種污染物，但是不可能對飲用水中鑒別出的每種化合物都制定標(biāo)準(zhǔn)限值。這不僅是因?yàn)闆]有足夠的科學(xué)資料制定如此多的標(biāo)準(zhǔn)，更是由于沒有必要。應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，選擇一定數(shù)量的指標(biāo)確定標(biāo)準(zhǔn)限值。制定標(biāo)準(zhǔn)限值是以現(xiàn)場調(diào)查和科學(xué)研究資料為依據(jù)。如果科學(xué)依據(jù)不充分，就無法制定限值，即使是客觀上需要的限值，也只能暫不納入標(biāo)準(zhǔn)。對于飲用水中已檢出的低濃度污染物，甚至低于檢出限，并且不能經(jīng)常檢出，就沒有必要制定限值。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)行檢測的必要性。對于在飲用水中經(jīng)常檢出，并含有一定濃度的化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)其具有明顯衛(wèi)生學(xué)意義時(shí)，應(yīng)列入需要優(yōu)先確定限值的物質(zhì)名單。為使制定的限值具有可行性，在飲用水中已存在的化學(xué)物質(zhì)濃度范圍也是確定限值數(shù)值時(shí)必須考慮的關(guān)鍵因素。對化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行危險(xiǎn)度評價(jià)所需資料主要有兩方面來源，一是人群流行病學(xué)調(diào)查，二是動物的毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)研究?？茖W(xué)的人群流行病學(xué)調(diào)查可提供最有價(jià)值的資料，為制定化學(xué)物質(zhì)限值提供最直接的依據(jù)。動物實(shí)驗(yàn)研究是在嚴(yán)格控制的條件下進(jìn)行的，可獲得明確的劑量——反應(yīng)關(guān)系，是安全性定量評價(jià)的重要基礎(chǔ)資料，也是制定限值的主要科學(xué)依據(jù)。為了確保飲用水水質(zhì)安全，必須進(jìn)行經(jīng)常性的水質(zhì)監(jiān)測以及在特定情況下的水質(zhì)檢驗(yàn)，從而基于標(biāo)準(zhǔn)限值評價(jià)飲用水的安全性。如果沒有可行的檢驗(yàn)方法，就無法了解飲用水中污染物特別是化學(xué)物質(zhì)的污染水平，因而無法進(jìn)行安全性評價(jià)。所以只有對已經(jīng)具有可行檢驗(yàn)方法的物質(zhì)才能納入標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，隨著水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，相應(yīng)地，對于水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)的要求越來越高。這種要求引起了兩個(gè)不同方向的發(fā)展：（1）對于儀器方法的精度、準(zhǔn)確度，尤其檢出限要求越來越高，因?yàn)殡S著水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提高，水質(zhì)指標(biāo)濃度越來越低，對于原來儀器方法的檢出限值提出了挑戰(zhàn)，促進(jìn)儀器進(jìn)一步改進(jìn)發(fā)展，提高靈敏度和檢出限。（2）對于儀器方法的監(jiān)測速度提出了更高的要求，原因是新的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對于水質(zhì)合格的保證率要求日益提高，需要提高監(jiān)測技術(shù)的速率和頻率，保證水質(zhì)合格率達(dá)到規(guī)定的要求。這種要求促進(jìn)監(jiān)測技術(shù)在兩個(gè)方面提高監(jiān)測速度，一方面是提高原有儀器方法的分析檢測速度，大大縮短監(jiān)測時(shí)間；另一方面是促進(jìn)了儀器小型化和在線化，大量的在線監(jiān)測分析技術(shù)和儀器產(chǎn)品得到了開發(fā)應(yīng)用。國內(nèi)凈化水情況國新的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》結(jié)合我國的國情與實(shí)際而制定，體現(xiàn)國際先進(jìn)水平的要求，也具有可操作性。此次標(biāo)準(zhǔn)的修訂，在我國城市供水水質(zhì)現(xiàn)狀和多年積累資料的基礎(chǔ)上，吸取了國外水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性和科學(xué)性，比較符合我國目前的發(fā)展需要。在整體指標(biāo)結(jié)構(gòu)和數(shù)量方面，已經(jīng)基本接近世界先進(jìn)水平（見表1）。水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢研究比較各國水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展過程，對微生物、消毒劑及其副產(chǎn)物對人體的影響越來越重視，對指標(biāo)的規(guī)定在越來越全面嚴(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)該是未來水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展趨勢。對現(xiàn)行飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的思考一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系的好壞不以其指標(biāo)多少及嚴(yán)格程度來確定，應(yīng)結(jié)合實(shí)施地區(qū)、實(shí)施時(shí)間段等多方面因素考慮。水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)包括各指標(biāo)參數(shù)值的選擇確定方法、整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)的建立等相關(guān)的豐富內(nèi)容。同時(shí)還應(yīng)具備完善的標(biāo)準(zhǔn)修訂系統(tǒng)，每隔一定時(shí)間對現(xiàn)行指標(biāo)和指標(biāo)值進(jìn)行修訂，以使其能夠及時(shí)適應(yīng)各種變化。最后要增強(qiáng)指標(biāo)體系的可操作性，避免以實(shí)驗(yàn)室所能達(dá)到的最低限度作為標(biāo)準(zhǔn)而使常規(guī)供水機(jī)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)。過濾積淀需要及時(shí)更換，有多級過濾的飲水機(jī)，其纖維過濾級最多一季度就要更換，反滲透膜也需2年左右更換，當(dāng)然用水量大，更需縮短更換間隔時(shí)間，否則，“處理”的水，不是標(biāo)準(zhǔn)的，且對人的健康損害更大，及時(shí)更換是有成本的，何時(shí)更換即使水達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，又恰到好處節(jié)省成本，就需要實(shí)時(shí)檢測水質(zhì)變化情況，本課題項(xiàng)目就是基于此目的，采取電導(dǎo)率監(jiān)測水質(zhì)，應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)和語音芯片技術(shù)，研制一種小裝置附帶給量大面廣的飲用水處理領(lǐng)域和家庭飲水機(jī)，達(dá)到自己學(xué)以致用，造福人民大眾之微薄奉獻(xiàn)。本論文是研制總結(jié)對信號輸入原理，單片機(jī)AY89C2051原理，語音芯片原理進(jìn)行闡述，對裝置原理、電路簡捷的設(shè)計(jì)以達(dá)到推廣普及應(yīng)用的愿望。2水質(zhì)監(jiān)測報(bào)警器總體設(shè)計(jì)方案2.1裝置原理及功能說明該水質(zhì)監(jiān)測報(bào)警器電路是由電極作為信號的采集，由LM339電壓比較器進(jìn)行電信號的比較，由AT89C2051單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)語音芯片進(jìn)行語音的控制，再由揚(yáng)聲器進(jìn)行報(bào)警，?？捎蒛SB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。當(dāng)水質(zhì)變壞單片機(jī)驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)出報(bào)警，再由語音芯片驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)出音頻報(bào)警。圖2.1為設(shè)計(jì)的電氣原理圖。電化學(xué)（Electrochemistry），電池由兩個(gè)電極和電極之間的電解質(zhì)構(gòu)成，因而電化學(xué)的研究內(nèi)容應(yīng)包括兩個(gè)方面：一是電解質(zhì)的研究，即電解質(zhì)學(xué)，其中包括電解質(zhì)的導(dǎo)電性質(zhì)、離子的傳輸性質(zhì)、參與反應(yīng)離子的平衡性質(zhì)等，其中電解質(zhì)溶液的物理化學(xué)研究常稱作電解質(zhì)溶液理論；另一方面是電極的研究，即電極學(xué)，其中包括電極的平衡性質(zhì)和通電后的極化性質(zhì)，也就是電極和電解質(zhì)界面上的電化學(xué)行為。由于電化學(xué)以上兩方面特性，常常被用于液體中微量元素的精確檢測，電導(dǎo)率檢測水質(zhì)就是目前在水處理領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用的成熟技術(shù)，以下為電導(dǎo)率監(jiān)測的方法和原理。溶解于水的酸、堿、鹽電解質(zhì)，在溶液中解離出正、負(fù)離子，使電解質(zhì)溶液具有導(dǎo)電能力，其導(dǎo)電能力大小可用電導(dǎo)率表示。電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率，通常是用兩個(gè)金屬片（即電極）插入溶液中，測量兩極間電阻率大小來確定。電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)。其定義是截面積1cm2，極間距離為1cm時(shí)，該溶液的電導(dǎo)。電導(dǎo)率的單位為西每厘米（）。在水分析中用它的百萬分之一即微西每厘米μs/cm表示水的電導(dǎo)率。電導(dǎo)電極（簡稱電極）：實(shí)驗(yàn)室常用的電導(dǎo)電極為白金電極或鉑黑電極。每一電極有各自的電導(dǎo)池常數(shù)，分別下列三類：即0.1以下，0.1～1.0及1.0～10。由于電導(dǎo)是電阻的倒數(shù)，因此，當(dāng)兩個(gè)電極(通常為鉑電極或鉑黑電極)插入溶液中，可以測出兩電極間的電阻R。根據(jù)歐姆定律，溫度一定時(shí)，這個(gè)電阻值與電極的間距L(cm)成正比，與電極截面積A(cm2)成反比，即：R＝ρ×L/A（公式2.1）由于電極面積A與間距L都是固定不變的，故L/A是一個(gè)常數(shù)，稱電導(dǎo)池常數(shù)(以Q表示)。比例常數(shù)ρ叫做電阻率。其倒數(shù)1/ρ稱為電導(dǎo)率，以K表示。S＝1/R＝1/(ρ×Q)（公式2.2）S表示電導(dǎo)，反映導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱。所以，K＝QS或K＝Q/R當(dāng)已知電導(dǎo)池常數(shù)，并測出電阻后，即可求出電導(dǎo)率。語音存儲發(fā)光報(bào)警AT語音存儲發(fā)光報(bào)警AT89C2051比較器 放大電路電極采集信息圖2.1系統(tǒng)構(gòu)成電氣原理揚(yáng)聲器啟動開關(guān)水流進(jìn)水流出水桶語音芯片驅(qū)動聲音報(bào)警語音芯片驅(qū)動聲音報(bào)警啟動聲光報(bào)警電路開始報(bào)警LED發(fā)光報(bào)警開始分析信號是否正常語音芯片是否繁忙發(fā)出聲音報(bào)警是否按下復(fù)位熄滅LED關(guān)閉SPKRETINYNYYN圖2.2構(gòu)成系統(tǒng)的流程圖2.2系統(tǒng)構(gòu)成電路圖本設(shè)計(jì)課題的基本內(nèi)容是電化學(xué)測量飲用水的導(dǎo)電率與可編程控制器PLC技術(shù)相結(jié)合制作飲用水水質(zhì)變化時(shí)時(shí)報(bào)警系統(tǒng)原理圖如下圖所示圖2.3系統(tǒng)構(gòu)成電路圖3系統(tǒng)各部件功能說明該水質(zhì)監(jiān)測報(bào)警器是有電極作為信號采集，經(jīng)過LM339電壓比較器與給定電壓比較器給單片機(jī)AT89C2051發(fā)送輸入信號，當(dāng)水質(zhì)不達(dá)標(biāo)將信號傳送給單片機(jī)單片機(jī)經(jīng)過分析發(fā)出聲光報(bào)警信號，驅(qū)動WT588D-U芯片有揚(yáng)聲器發(fā)出聲音報(bào)報(bào)警，LED發(fā)光報(bào)警。3.1信號采集利用電導(dǎo)率儀檢測水電導(dǎo)率的原理，電導(dǎo)率是以數(shù)字表示溶液傳導(dǎo)電流的能力。水的電導(dǎo)率與其所含無機(jī)酸、堿、鹽的量有一定的關(guān)系，當(dāng)它們的濃度較低時(shí)，電導(dǎo)率隨著濃度的增大而增加，因此，該指標(biāo)常用于推測水中離子的總濃度或含鹽量。電導(dǎo)（G）是電阻（R）的倒數(shù)。因此當(dāng)兩個(gè)電極（通常為鉑電極或鉑黑電極）插入溶液中，可以測出兩電極間的電阻R。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1cm，截面積為1cm2導(dǎo)體的電阻，其大小決定于物質(zhì)的本性。采用電化學(xué)原理采集信號，見圖3.3，當(dāng)雜質(zhì)增加時(shí)，電阻將減小電導(dǎo)將增加，當(dāng)用電壓表測量電極兩端的電壓時(shí)電壓會下降（純水不導(dǎo)電），但水質(zhì)持續(xù)變壞，未能達(dá)到飲用水的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，測量其電壓很小當(dāng)?shù)陀诮o定的比較電壓時(shí)會想單片機(jī)AT89C2051發(fā)送信號。實(shí)驗(yàn)方案：模擬純凈水的水質(zhì)變化，逐步的向燒杯中加入食鹽，以達(dá)到水中離子濃度增加。電極全部侵入到溶液中，以比便測量信號的不準(zhǔn)確。通過測量電路的測試得出在給定電壓為5V的情況下水中的電導(dǎo)率變化比較大，電源的電壓為5V額定電流為1A，為準(zhǔn)電壓為0.036V，當(dāng)加入食鹽以模擬污染環(huán)境，水中的電壓變?yōu)?.019V，繼續(xù)加入時(shí)電壓測得為0.010V。因此LM339電壓比較器的兩個(gè)比較電壓應(yīng)為0.019V和0.010V。電位器電源萬用表水杯電位器電源萬用表水杯圖3.1測量信號電路原理圖1581587916.97134分NPT5圖3.2電極尺寸參數(shù)LM339LM339圖3.3信號采集原理是示意圖3.2信號分析及輸出系統(tǒng)信號比較這里采用了LM339型電壓比較器，這是一款四電壓比較器的集成電路，該電路的特點(diǎn)有，工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電壓均可工作，單電源2~36V，雙電源±1~±18V，消耗電流小，Icc=1.3mA，輸入失調(diào)電壓小，V=±2mA共模輸入電壓范圍寬，Vic=0～Vcc-1.5V；輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS等兼容；輸出可以用開路集電極連接“或”門；采用雙列直插14腳塑料封裝（DIP14）和微形的雙列14腳塑料封裝（SOP14）圖3.4LM339管腳封裝圖LM393/339是高增益,寬頻帶器件,像大多數(shù)比較器一樣,如果輸出端到輸入端有寄生電容而產(chǎn)生耦合,則很容易產(chǎn)生振蕩.這種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當(dāng)比較器改變狀態(tài)時(shí),輸出電壓過渡的間隙.電源加旁路濾波并不能解決這個(gè)問題,標(biāo)準(zhǔn)PC板的設(shè)計(jì)對減小輸入—輸出寄生電容耦合是有助的.減小輸入電阻至小于10K將減小反饋信號,而且增加甚至很小的正反饋量(滯回1.0~10mV)能導(dǎo)致快速轉(zhuǎn)換,使得不可能產(chǎn)生由于寄生電容引起的振蕩.除非利用滯后,否則直接插入IC并在引腳上加上電阻將引起輸入—輸出在很短的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)振蕩,如果輸入信號是脈沖波形,并且上升和下降時(shí)間相當(dāng)快,則滯回將不需要.比較器的所有沒有用的引腳必須接地.LM393/339偏置網(wǎng)絡(luò)確立了其靜態(tài)電流與電源電壓范圍2.0~30V無關(guān).通常電源不需要加旁路電容。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-0.3V.LM393/339的輸出部分是集電極開路,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)簡單的對地SPS開路(當(dāng)不用負(fù)載電阻沒被運(yùn)用),輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動和器件的β值所限制.當(dāng)達(dá)到極限電流(16mA)時(shí),輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升.輸出飽和電壓被輸出晶體管大約60ohm的γSAT限制。當(dāng)負(fù)載電流很小時(shí),輸出晶體管的低失調(diào)電壓(約1.0mV)允許輸出箝位在零電平。LM339類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用“+”表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用“-”表示。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇LM339輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號電壓。當(dāng)“+”端電壓高于“-”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng)“-”端電壓高于“+”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。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用在弱信號檢測等場合是比較理想的。LM339的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選3-15K）。選不同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。下圖為基礎(chǔ)的比較電路圖3.5LM339基本比較電路3.3中心控制裝置分析部分選擇了AT89C2051，AT89C2051是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS

8位單片機(jī)，片內(nèi)含2kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。AT89C2051是一帶有2K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲器（EEPROM）的低電壓，高性能8位CMOS微處理器。它采用ATMEL的高密非易失存儲技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過在單塊芯片上組合通用的CPLI和閃速存儲器，ATMEL的AT89C2051是一強(qiáng)勁的微型處理器，它對許多嵌入式控制應(yīng)用提供一定高度靈活和成本低的解決辦法。AT89C2051提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：2K字節(jié)閃速存儲器，128字節(jié)RAM，15根I/O口，兩個(gè)16位定時(shí)器，一個(gè)五向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行口，一個(gè)精密模擬比較器以及兩種可選的軟件節(jié)電工作方式?？臻e方停止CPU工作但允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行工作口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM內(nèi)容但振蕩器停止工作并禁止有其它部件的工作到下一個(gè)硬件復(fù)位。電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)理了從電子管、晶體管、集成電路到大規(guī)模集成電路共四個(gè)階段，即通常所是說的第一代、第二代、第三代和第四代計(jì)算機(jī)。現(xiàn)在廣泛使用的微型計(jì)算機(jī)是大規(guī)模集成電路技術(shù)的產(chǎn)物，因此它屬于第四代計(jì)算機(jī)，而單片機(jī)則是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)分支。從1971年微型計(jì)算機(jī)問世以來，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。但兩者在原理和技術(shù)上是緊密聯(lián)系的。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。通用型單片機(jī)是一種基本芯片，它的內(nèi)部資源比較豐富，性能全面且適用性強(qiáng)，能覆蓋多種應(yīng)用需求。用戶可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成各種不同應(yīng)用的控制系統(tǒng)，即通用單片機(jī)有一個(gè)再設(shè)計(jì)過程，通過用戶的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，才能組建成一個(gè)以單片機(jī)為核心再配以其他外圍電路的應(yīng)用控制系統(tǒng)。專用型的單片機(jī)主要是應(yīng)用在專門針對某個(gè)特定產(chǎn)品的，例如電鍍表和IC卡讀寫器上的單片機(jī)等。這種應(yīng)用的最大特點(diǎn)是針對性強(qiáng)而且數(shù)量巨大。本電路所使用的是通用型的單片機(jī)AT89C205189系列單片機(jī)有AT89C系列的標(biāo)準(zhǔn)型及抵擋型，還有AT89S系列的高檔型。AT89C單片機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如下。它主要由下面幾部分組成：1個(gè)8位中央處理器、片內(nèi)RAM、4個(gè)8位的雙向可尋址I/O口、1個(gè)全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行接口、2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、多個(gè)優(yōu)先級的嵌套中斷結(jié)構(gòu)，以及一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。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)沒有太大的區(qū)別。AT89C2051是一帶有2KBFLASH可編程、可檫除只讀存儲器的低壓、高性能8位CMOS微型計(jì)算機(jī)，它采用ATMEL的高密非易失存儲器技術(shù)制造，不并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過在單塊芯片上組合通用的CPL1和FLASH存儲器，使AT89C2051成為一強(qiáng)勁的微型計(jì)算機(jī)。AT89C2051提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：2KBFLASH存儲器；128字節(jié)RAM；15條I/O口引線；2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；1個(gè)5向量2級中斷結(jié)構(gòu)；1個(gè)全雙工串行口；1個(gè)精密模擬比較器以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。此外，AT89C2051是用可降到0頻率的靜態(tài)邏輯操作設(shè)計(jì)的，并自持兩種可選的軟件節(jié)電工作方式。掉電方式保存RAM內(nèi)容，但振蕩器停止工作，并禁止所有其他部件的工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。3.3.1主要性能：和MCS-51產(chǎn)品兼容2KB可重編程FLASH存儲器耐久性：1000次寫/檫除。2.7-6.0v的操作范圍全靜態(tài)操作：0HZ-24MHZ圖3.6AT89C2051管腳封裝圖2級加密程序存儲器128*8位內(nèi)部RAM 15條可編程I/O引線2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源可編程串行UART通道直接LED驅(qū)動輸出片內(nèi)模擬比較低功耗空載和掉電方式。圖3.7單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.3.2引腳功能說明VCC:電源電壓GND：地P1口：P1口是一組8位雙向I/O口，P1.2-P1.7提供內(nèi)部上拉電阻，P1.0和p1.1內(nèi)部無上拉電阻，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。P1口輸出緩沖器可吸入20mA電流可直接驅(qū)動LED。當(dāng)p1口引腳寫入“1”時(shí)可作輸入端，當(dāng)引腳p1.2-p1.7P1口還在Flash閃速變成及程序校驗(yàn)時(shí)接收代碼數(shù)據(jù)。P3口：p3口的p3.0-p3.5、p3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻的7個(gè)雙向I/O口。P3.6沒有引出，他作為一個(gè)通用I/O口但不可訪問，但可作為固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號，P3口緩沖器可吸入20mA電流。當(dāng)P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。做輸入時(shí)，被外部拉低的P3P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號。RST：復(fù)位輸入。RST引腳一旦變成兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平，所有的I/O口都將復(fù)位到“1”XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相發(fā)黨旗的輸出端。表3.1部分串口說明3.3.3振蕩器特征：XTAL1、XTAL2為片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入和輸出端，如下圖所示?？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AT89C2051，時(shí)鐘信號從XTAL1輸入，XTAL2應(yīng)懸空。由于輸入靠內(nèi)部電路是經(jīng)過一個(gè)2分頻觸發(fā)器，所以輸入的外部時(shí)鐘信號無需特殊要求，但它必須符合電平的最大和最小值及時(shí)序規(guī)范。圖3.8晶振震蕩電路3.3.4特殊功能寄存器：片內(nèi)特殊功能寄存器（SFR）空間存儲區(qū)的影象圖如下表所示。并非存儲區(qū)中所有的地址單元都被占用，未占用的地址單元亦不能使用，如果對其進(jìn)行讀訪問一般返回為隨機(jī)數(shù)，寫訪問也不確定。這些單元是為了以后利用這些未使用的地址單元擴(kuò)展新功能而設(shè)置。所以用戶軟件不要對它們寫“1”，在這種情況下，新位的復(fù)位或不激活值總為“0”。某些指令的約束條件：AT89C2051是經(jīng)濟(jì)型低價(jià)位的微控制器，它含有2K字節(jié)的Flash閃速程序存儲器，指令系統(tǒng)與MCS-51完全兼容，可使用MCS-51指令系統(tǒng)對其進(jìn)行編程。但是在使用某些有關(guān)指令進(jìn)行編程時(shí)，需要注意一些事項(xiàng)。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)的物理程序存儲器空間內(nèi)，必須注意這一點(diǎn)。對于2K字節(jié)存儲器的AT89C2051來說，LJMP7E0H是一條有效指令，而LJMP900H則為無效指令。分支指令:對于LCALL、LJMP、ACALL、AJMP、SJMP、JMP@A+DPTR等指令，只要記住這些分支指令的目的地址在程序存儲器大小的物理范圍內(nèi)（AT89C2051程序空間為：000H-7FFH單元），這些無條件分支指令就會正確執(zhí)行，超出物理空間的限制會出現(xiàn)不可預(yù)知的程序錯誤。CJNE[….]、DJNZ[….]、JB、JNB、JC、JNC、JBC、JZ、JNZ等這些條件轉(zhuǎn)移指令的使用與上述原則一樣，同樣，超出物理空間的限制引起不可預(yù)知的程序錯誤。至于中斷的使用，80C51系列硬件結(jié)構(gòu)中已保留標(biāo)準(zhǔn)中斷服務(wù)子程序的地址。與MOVX相關(guān)的指令，數(shù)據(jù)存儲器AT89C2051包含128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，這樣，AT89C2051的堆棧深度局限與內(nèi)部RAM128字節(jié)范圍內(nèi)，它既不支持外部數(shù)據(jù)存儲器的訪問，也不支持外部程序存儲器的執(zhí)行，因此程序中不應(yīng)有MOVX[….]指令。程序存儲器的加密：AT89C2051使用對芯片上的兩個(gè)加密進(jìn)行編程或不編程來得到如下表所示的功能：表3.2編程或編程對照表空閑模式：在空閑模式下，CPU保持睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。此時(shí)，片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變?？臻e模式可由任何允許的中斷請求或硬件復(fù)位終止。P1.0和P1.1在不使用外部上拉電阻的情況下應(yīng)設(shè)置為“0”，或者在使用上拉電阻的情況下設(shè)置為“1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。在這種情況下片內(nèi)硬件禁止對內(nèi)部RAM的讀寫，但允許對端口的訪問，要消除硬件復(fù)位終止空閑模式對端口意外寫入的可能，原則上進(jìn)入空閑模式指令的下一條指令不應(yīng)對端口引腳或外部存儲器進(jìn)行訪問。Flash閃速存儲器的編程：AT89C2051是在擦除狀態(tài)下（也即所有單元內(nèi)容均為FFH時(shí)）用2K字節(jié)內(nèi)PEROM代碼存儲陣列進(jìn)行封裝微控制器，其程序存儲器是可反復(fù)編程的。代碼存儲陣列依次編程一個(gè)字節(jié)，一旦陣列被編程，如需要新變成一非空（空為：FFH）字節(jié)，必須對整個(gè)存儲器陣列進(jìn)行點(diǎn)擦除。AT89C2051內(nèi)FLASH閃存儲器的編程和校驗(yàn)如圖。內(nèi)部地址計(jì)數(shù)器：AT89C2051內(nèi)部包含一個(gè)PEROM編程地址計(jì)數(shù)器，它總在RST上升沿來時(shí)復(fù)位到00H，并在XTAL1引腳上出現(xiàn)正跳變脈沖時(shí)進(jìn)行加1計(jì)數(shù)。編程方法：要對AT89C2051進(jìn)行編程，使用以下方法。上電次序：在VCC和GND引腳之間加上電源。設(shè)置RST和XTAL1為GND電平。其它引腳置空，等待至少10Ms以上。置RST引腳為高電平，置P3.2引腳為高電平。對引腳P3.3、P3.4、P3.5、P3.7按下表正確組合上邏輯高“H”或低“L”電平可對PEROM進(jìn)行編程操作。表3.3AT89C2051FLASH閃存編程方式編程和校驗(yàn)方法如下：4．在000H地址單元對P1.0-P1.7輸入數(shù)據(jù)代碼字節(jié)。5．置RST端為+12V，激活編程。6．使P3.2跳變依次來編程PEROM陣列中的一字節(jié)或者加密位，寫字節(jié)周期是自身定時(shí)的，一般需時(shí)1.2ms。7．當(dāng)校驗(yàn)已編程的數(shù)據(jù)，使RST從+12V降到邏輯電平“H”，置P3.3-P3.7引腳到正確的電平即可從P1口讀取數(shù)據(jù)。8．對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口輸入新的書字節(jié)。9．重復(fù)5至8，可對整個(gè)2K字節(jié)陣列全部編程，直到目標(biāo)文件結(jié)束。10．下電次序：置XTAL1為低“L”電平置RST為“L”電平置空所有其它I/O引腳關(guān)閉VCC電源數(shù)據(jù)查詢：AT89C2051具有寫周期結(jié)束的數(shù)據(jù)查詢功能，在寫周期期間，對最后寫入的字節(jié)嘗試讀降令P1.7上寫入數(shù)據(jù)的操作結(jié)束。當(dāng)寫周期完成，全部輸出端的真實(shí)數(shù)據(jù)有效，同時(shí)下一個(gè)周期開始，數(shù)據(jù)查詢可在寫周期被初始化的任一時(shí)刻開始。Ready/busy:字節(jié)編程的進(jìn)度通過“RDY/BSY輸出信號監(jiān)測，編程期間，P3.1引腳在P3.2變高“H”后被拉低來指“BSY”，P3.1在編程結(jié)束后被再次拉高“H”來指示“RDY”。程序校驗(yàn)：如果加密位LB1、LB2沒有進(jìn)行編程，則代碼數(shù)據(jù)可通過校驗(yàn)數(shù)據(jù)線讀?。菏筊ST從“L”變?yōu)椤癏”，復(fù)位內(nèi)部的地址計(jì)數(shù)器為000H。對代碼數(shù)據(jù)加上正確的控制信號即可在P1口引腳上讀取數(shù)據(jù)。XTAL1引腳跳變一次使內(nèi)部地址計(jì)數(shù)器加1。從P1口讀取下一個(gè)代碼字節(jié)。重復(fù)3到4步驟，即可將全部單元的數(shù)據(jù)讀取。加密位不可直接校驗(yàn)，加密位的校驗(yàn)可通過對存儲器的校驗(yàn)和寫入狀態(tài)來驗(yàn)證。芯片擦除：利用控制信號的正確組合并保持P3.2引腳10ms的低電平即可將PEROM陣列（2K字節(jié)）和兩個(gè)加密位整片擦除，代碼陣列在片擦除操作中將任何非空單元寫入“1”可被再次編程之前進(jìn)行。讀片內(nèi)簽名字節(jié)：除P3.5、P3.7必須被拉成邏輯低電平外，讀簽名字節(jié)的過程和單元000H、001H及002H的正常校驗(yàn)相同，返回值意義如下：（000H）=1EH聲明產(chǎn)品有ATMEL公司制造。（001H）=21H聲明為89C2051單片機(jī)。3.4聲音控制模塊聲音輸出部分選擇了WT588D-U芯片，產(chǎn)品特征：28腳模塊封裝，可通過更換存儲器以獲得不同長度的語音存儲時(shí)間；支持2M

bit

～32M

bit容量的SPI-Flash（注：1byte=8bit）；采用WT588D-20SS語音芯片當(dāng)作主控核心；內(nèi)嵌獨(dú)特的人聲語音處理器，使語音表現(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)語音輸出；支持加載6K～22KHz采樣率WAV音頻；PWM輸出可直接推動0.5W/8Ω揚(yáng)聲器，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)定顯示語音播放狀態(tài)信號的BUSY輸出方式；最多可加載500段用于編輯的語音；220段可控制地址位，單個(gè)地址位最多可加載128段語音，地址位內(nèi)的語音組合播放；語音播放停止馬上進(jìn)入休眠模式；配套WT588D

VoiceChip上位機(jī)軟件，接口簡單，使用方便。能極大限度的發(fā)揮WT588D-U語音模塊各項(xiàng)功能；在軟件中可完成控制模式設(shè)置、語音組合、調(diào)用語音、插入靜音等操作；可隨意插入靜音，靜音時(shí)間范圍為10ms～25min；USB下載方式，支持在線下載/脫機(jī)下載；即便是在WT588D-U語音模塊通電的情況下，也一樣可以正常下載數(shù)據(jù)到SPI-Flash；工作電壓DC2.8V～5.5V；休眠電流小于10uA；抗干擾性強(qiáng)，可應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域；按鍵控制模式觸發(fā)方式靈活，可隨意設(shè)置任意按鍵為脈沖可重復(fù)觸發(fā)、脈沖不可重復(fù)觸發(fā)、無效按鍵、電平保持不可循環(huán)、電平保持可循環(huán)、電平非保持可循環(huán)、上一曲不循環(huán)、下一曲不循環(huán)、上一曲可循環(huán)、下一曲可循環(huán)、音量+、音量-、播放/暫停、停止、播放/停止等15種觸發(fā)方式；一線串口控制模式及三線串口控制模式可通過MCU發(fā)碼端控制語音播放、停止、循環(huán)播放和音量大小，或者直接觸發(fā)0～219地址位的任意語音。其應(yīng)用范圍廣，幾乎可以涉及到所有的語音場所，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)以及各種自動控制裝置等場所，工藝上達(dá)到工業(yè)應(yīng)用的要求。圖3.9WT588D-U封裝圖3.4.1應(yīng)用方框圖WT588D-UWT588D-UBUSY輸出輸入端USB下載音頻輸出圖3.10WT588D-U方框圖3.4.2管腳描述表3.4WT588D-U管腳描述封裝引腳引腳標(biāo)號簡述功能描述1NCNC空2NCNC空3NCNC空4NCNC空5NCNC空6NCNC空7RESETTESET復(fù)位腳8DACDAC音頻輸出腳需外接功放才能驅(qū)動揚(yáng)聲器。續(xù)表3.49PWM+PWM+PWM+音頻輸出腳，跟PWM-組合可直接驅(qū)動揚(yáng)聲器10PWM-PWM-PWM-音頻輸出腳，跟PWM+組合直接驅(qū)動揚(yáng)聲器11P14SPI-FLASH_DI燒寫程序數(shù)據(jù)輸入腳（利用外部下載器下載時(shí)用到）12P12SPI-FLASH_DO燒寫程序數(shù)據(jù)輸出腳（利用外部下載器下載時(shí)用到）13P13SPI-FLASH_DK燒寫程序時(shí)鐘腳（利用外部下載器下載時(shí)用到）14GNDGND地線腳15P15SPI-FLASH_CS燒寫程序片選腳（利用外部下載器下載時(shí)用到）16P03K4/CLK/DATA按鍵/三線時(shí)鐘/一線數(shù)據(jù)輸入腳17P02K3/CS按鍵/三線片選輸入腳18P01K2/DATA按鍵/三線數(shù)據(jù)輸入腳19P00K1按鍵20VCCVCC模擬電源輸入腳21BUSYBUSY語音播放忙信號輸出腳22VDDVDD數(shù)字電源輸入腳23NCNC空24NCNC空25GNDGNDUSB地線26D-USB_DATA-USB數(shù)據(jù)-27D+USB_DATA+USB數(shù)據(jù)+28VDD_USBVDD_USBUSB電源正極3.4.3電氣參數(shù)表3.5WT588D-U電氣參數(shù)參數(shù)標(biāo)記環(huán)境條件最小值典型值最大值單位工作電壓VDDFsys=8MHz2.8-5.5V工作電流IOP1沒有負(fù)載-4.55.5-mA停止電流IDD2沒有負(fù)載-650-uA休眠模式電流IOP2沒有負(fù)載-510uA低電壓輸入VIL所有引腳輸入VSS-0.3VDDV高電壓輸入VIH所有引腳輸入0.7VDD-VDDV輸入電流IIN1VIN=0上拉阻抗=500KΩ-5-9-14uA輸入電流IIN2VIN=0上拉電阻=150KΩ-15-30-45uA輸出電流（BP0）IOLVDD=3V，VOUT=0.4V812-mAIOHVDD=3VVOUT=2.6V-4,4-6,6-mAIolVDD=4.5VVOUT=1.0V-25-mAIohVDD=4.5VOUT=2.6--12mA輸出電流(BP1)Iol1VDD=3V，VOUT=0.4-10-mAIoh1VDD=3VVOUT=2.6V-4-6-mA輸出電流PWM+/PWM-Iol1RL=8Ω【PWM+】--【RL】--【PW-+200--mAIoh1-200--mADAC最大電流IDACIDACRL=100ΩRL=100Ω--2.4-4.0-3.0-5.0--3.6-6.0mA表3.6WT588D-U的環(huán)境絕對極限參數(shù)參數(shù)標(biāo)記環(huán)境條件額定值單位電源VDD-VSS--0.3~7.0V輸入電壓VIN所有輸入VSS-0.3~VDD+0.3V存儲溫度TSTG--55~150℃使用溫度TOPR--40~85℃3.4.4音頻輸出線路設(shè)計(jì)本輸出設(shè)計(jì)用三極管放大音頻輸出電路，以達(dá)到聲音的放大效果，喇叭選用8Ω0.25W小功率揚(yáng)聲器。或者使用WT588D-U的DAC端口外接LM386功放實(shí)現(xiàn)語音的輸出形式。圖3.11音輸出放大電路4主要部件選型及參數(shù)4.1芯片：由于89C2051引腳功能足夠用，就不選用89C51了。信號輸入比較采集選用LM339電壓比較器，通過電極傳入電壓信號與給定電壓進(jìn)行比較，輸出信號。模塊選擇為WT588D-U模塊，輸入語音信號，接受信號并輸出。語音斷分別為“水質(zhì)變壞請更換過濾網(wǎng)”“水質(zhì)完全變壞請更換過濾設(shè)備”。4.2電阻計(jì)算：LED壓降2V額定電流為10mAR=（5V-2V)/10MA=300Ω上拉電阻：拉是對器件輸入電流，下拉是輸出電流；強(qiáng)弱只是上拉電阻的阻值不同，沒有什么嚴(yán)格區(qū)分；對于非集電極（或漏極）開路輸出型電路（如普通門電路）提升電流和電壓的能力是有限的，上拉電阻的功能主要是為集電極開路輸出型電路輸出電流通道。上拉電阻的作用是防止毛刺干擾的通常做法4.3晶振的選擇：石英晶體振蕩器的震蕩頻率為0到24MHZ，此處取12MHZ。期間電容用來穩(wěn)定頻率并有頻率微調(diào)作用，通常取值為30pf左右。4.4三極管的選擇：S9013是一種NPN型硅小功率的三極管，這種三極管非常的常見，應(yīng)用范圍很廣。參數(shù)-集電極-發(fā)射極電壓

25V

集電極-基極電壓

45V

，發(fā)射極-基極電壓

5V

，集電極電Ic

Max

0.5A

，耗散功率

0.625W

工作溫度

-55℃

~

+150℃

特征頻率

150MHz5實(shí)物部件的組裝實(shí)物部件組裝為控制盒與電極之間的連線安裝，一級電極在飲水機(jī)部位的安裝。控制盒與電極間的接線安裝電極引出四根導(dǎo)線分別為紅、黑、黃、白，四根導(dǎo)線，分別對應(yīng)控制盒引出四條導(dǎo)線。其中、紅為正極，黑為負(fù)極。黃白兩根導(dǎo)線測量水中的電壓，其中電極與控制盒測量圖以由第三章的圖一給出，這里就不另行附圖了。下圖為電極與電路板的實(shí)物連接示意圖。圖5.1電極與控制板接線圖下圖為制作裝置盒的參數(shù)10cm10cm15cm5cm指示燈與電極接線（紅黑白黃）圖5.2裝置盒的尺寸電極與飲水機(jī)部分的安裝飲水機(jī)與電極部分的安裝主要靠接一個(gè)四分的三通管電極的安裝要避免電導(dǎo)池間出現(xiàn)氣泡或死水造成數(shù)據(jù)的失準(zhǔn)，注意事項(xiàng)：（1）電極應(yīng)安裝在管路中流速穩(wěn)定且不易產(chǎn)生氣泡處。（2）電導(dǎo)池平裝、斜裝或豎裝都應(yīng)迎水安裝，并深入到活動水體。（3）測量信號屬于微弱電信號，其采集電纜應(yīng)獨(dú)立走線，禁止和動力線、控制線連接在同一電纜接頭或端子板中，以免干擾或擊穿測量單元。（4）對電極測量部分進(jìn)行清潔，不要用手直接接觸其表面，或使之接觸油污物體。下圖為電極的裝圖水流入水流入水流出測量電極緊固件測量電纜測量電極螺紋座測量電極圖5.3電極安裝圖結(jié)論本設(shè)計(jì)介紹了用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制監(jiān)測水質(zhì)的方案，畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們作為學(xué)生在學(xué)習(xí)階段的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，是對所學(xué)基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識的一種綜合應(yīng)用，是一種綜合的再學(xué)習(xí)、再提高的過程，這一過程對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和獨(dú)立思考及工作能力也是一個(gè)培養(yǎng)，同時(shí)畢業(yè)設(shè)計(jì)的水平也反映了大學(xué)教育的綜合水平，因此學(xué)校十分重視畢業(yè)