基于AT89C51的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的設計

現(xiàn)代檢測技術與系統(tǒng)研究報告題目：基于AT89C51的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的設計日期：2013.12.1411.1課題的研究背景和意義針對客觀環(huán)境運用物理、生物或化學等的現(xiàn)代科技手段，間斷地或連續(xù)地我國不僅存在水資源短缺和空間、時間分布不平衡的嚴重問題，而且更普遍存在著水質(zhì)性缺水的危機。而當今世界的水環(huán)境也面臨著兩大問題，水資源的短缺和水污染的加重。工業(yè)生產(chǎn)廢水和城鄉(xiāng)生活污水向江河湖泊及土壤中的破壞了水環(huán)境，危害著人類及大自然生態(tài)系統(tǒng)的健康。隨著人們環(huán)保意識的提高，以及國家對水污染問題也越來越重視，水質(zhì)監(jiān)測的要求也越來越高了，因此，需要有先進的水質(zhì)監(jiān)測成套系統(tǒng)才能滿水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)能做到實時，連續(xù)監(jiān)測和遠程監(jiān)控，達到及時掌握主要流域重點斷面水體水質(zhì)狀況，預警預報重大流域性水質(zhì)污染事故，以便使水廠在發(fā)生重大水污染時掌控水源水質(zhì)狀況，做到防范、解決突發(fā)水污染事故的目的水質(zhì)監(jiān)測工作是水體污染防治工作和水環(huán)境保護工作的重要部分。但是，目前在我國水環(huán)境監(jiān)測的實際工作中，大量采用的監(jiān)測1.2國內(nèi)外水質(zhì)監(jiān)測技術的現(xiàn)狀許多年以來我國的環(huán)境監(jiān)理工作·直采用傳統(tǒng)的環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測工作，主要以人工現(xiàn)場采樣、實驗室儀器分析為主。雖然在實驗室中分析手段完備，但實驗室監(jiān)測存在監(jiān)測頻次低、采樣誤差大、監(jiān)測數(shù)據(jù)分散、不能及時反映污染變化狀況等缺陷。難以對水質(zhì)監(jiān)測現(xiàn)場信息正確及時的了解。我國環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測儀器以往主要依賴進口，從2000年開始，成熟的國產(chǎn)化設備才開始在全國范圍很可能要更為嚴重。水質(zhì)監(jiān)測現(xiàn)狀揭示了我國水污染的嚴重程度和水質(zhì)監(jiān)測的建設的落后。因此，治理水污染，做好水質(zhì)監(jiān)測，改進水質(zhì)設備及水質(zhì)監(jiān)測方2我國的水質(zhì)自動監(jiān)測站的建設也取得了較大的進展。但是至今，還沒有可普遍應用于基層水環(huán)境在線監(jiān)測與數(shù)據(jù)遠程傳輸、處理的水質(zhì)監(jiān)測完備平臺在國內(nèi)產(chǎn)出。并且，近年發(fā)展起來的各式數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡，大多數(shù)是上下環(huán)境監(jiān)測部門之間的數(shù)據(jù)傳輸，基于基層水質(zhì)的實時采集監(jiān)測與水質(zhì)在國外，早期的河流水質(zhì)監(jiān)測辦法是選取河流斷面定點定時采集水樣，帶研究水的稀釋及水環(huán)境的自我凈化規(guī)律，國外在完善實驗室監(jiān)測同時，發(fā)展了水質(zhì)移動監(jiān)測系統(tǒng)是一個以移動監(jiān)測車為基本監(jiān)測單元，采用便攜水質(zhì)實驗室及現(xiàn)場水質(zhì)參數(shù)分析儀采集水質(zhì)變化，運用GPS(GlobalPositioningSys水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)，常用在監(jiān)測水質(zhì)污染及一些特定指標。通過在片區(qū)域再傳送到統(tǒng)一的控制中心，實現(xiàn)隨時對該片區(qū)域或一個水系的水質(zhì)進行連續(xù)自二、基于單片機的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設計設計思路：以單片機為主要控制器件設計一種水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，主要包括硬件電路的設計和系統(tǒng)程序的設計。硬件電路主要包括傳感器的選取，單片機的2.1水質(zhì)pH值監(jiān)測系統(tǒng)這次設計選擇的監(jiān)測項目為反映水質(zhì)綜合性狀況的水質(zhì)監(jiān)測項目，水質(zhì)pH值。氫離子濃度指數(shù)的數(shù)值，即俗稱為“pH值”,是表示溶液堿性或酸性程度的數(shù)值，為溶液所含氫離子濃度的常用對數(shù)的負值。總的來說，水中的pH值主3要是由水中的氫離子數(shù)量的多寡決定。因為水中的PH值可以體現(xiàn)出水中的酸堿度，湖水中水的PH值從一定的程度上反映了水質(zhì)的好壞。所以，水中的PH對于生活在水中的動植物有著重要的影響健康。生活飲用水pH值的國家標準是6.5～8.5之間。但現(xiàn)在大部分人覺得飲用弱堿性水比較健康。水處理工程會影響水的PH值，軟化水質(zhì)提高pH,氯化作用降低pH。pH升高水會產(chǎn)生苦味，色度會增加。pH<7時，被污染的水會生成硫化氫二散發(fā)出臭還影響水的混凝、沉淀、過濾過程而影響水中雜質(zhì)含量。下圖2-1是水質(zhì)pH值監(jiān)測系統(tǒng)的設計框圖，本系統(tǒng)是單片機技術的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，傳感器采集日標對象的信息，將信息送到A/D的模擬通道中，由單片機通過程序將經(jīng)過A/D模數(shù)轉換后的信息讀到自己內(nèi)部的寄存器中，單片機通過自己內(nèi)部程序存儲器中的的程序，將輸入的信息處理，然后將得到的信息通過顯示裝置顯示出來。圖2-1水質(zhì)pH值監(jiān)測系統(tǒng)原理設計框圖2.2硬件設計與選擇(1)單片機的選擇單片機也稱為微控制器或嵌入式微控制器。其內(nèi)部結構與普通計算機結構類似，也是由中央處理器(CPU)、存儲器和輸入/輸出(I/O)3大基本部分構成。4體振蕩器頻率選12MHz,則振蕩周期=1/(12MHz),機械周期=12×振蕩周期=1μs。(振蕩周期：也稱時鐘周期，是指為單片機提供時鐘信號的器周期包含6個狀態(tài)周期S1~S6,也就是12個時鐘周期。在一個機器周期內(nèi)，CPU可以完成一個獨立的操作；指令周期：它是指CPU完成一條操作的所需的AT89C51與80C51單片機的基本機構是一樣的，編程所使用的指令及單片機的管腳都與80C51相同，即完全兼容。由于采用了Flash工藝制作內(nèi)部存儲器(也稱閃速存儲器),用戶可以用電方式進行反復快速擦出、改寫。這為初學者75/T1口白白白戶p戶白白白0戶006789(2)傳感器的選用傳感器是直接進行測量的環(huán)節(jié)。本次選用的傳感器是化學傳感器，化學傳感器是指利用化學反應產(chǎn)生的電信號或其他信息(如光效應、熱效應、場效應及質(zhì)量變化等)來進行測定的傳感器。本文選用的是玻璃電極，其測量的線性5PH玻璃電極是20世紀初出現(xiàn)的電化學式傳感器，它有多種形式，其中目前璃膜，內(nèi)參比液，Ag-AgcL電極。首先把PH敏感體。然后用鉛玻璃管(對H離子無響應)蘸取融化的玻璃體趁熱吹成珠泡形，冷卻后裝入內(nèi)參比液和Ag-AgcL參比電極，接好電極引線，封上電極帽后就是(3)模擬/數(shù)字轉換器的選用的裝置。信號輸入端可以是轉換器或傳感器的輸出。輸出信號可提供給微處理EDONDACMD 5562185ADC0804的VREF、CLK、CLKR各腳接法如圖2-3,圖中可得周期/WR為重置ADC作用，并非將數(shù)據(jù)寫入ADC中。6作單片機的兩個Port,一個口作數(shù)據(jù)總線，另一個口作為控制端口用。如下圖2-4中所示，端口0與ADC連接作數(shù)據(jù)總線；P2.0接至ADC的/RD、/WR引腳，方便控制；P2.1接至/INTR引腳，以判斷是否轉換完成。本次設計采用的是非中斷方作(4)顯示模塊設計本次設計的顯示部分采用兩個數(shù)碼管的共陽極連接，采用動態(tài)顯示驅動。R是限流電阻。C年圖ut工世*勝#“位C4.1十如下圖2-4中所示，端口1連接數(shù)碼管，以顯示輸入模擬電壓轉換后的數(shù)字值。Q1和Q2是兩只共陽極數(shù)碼顯示管的控制三極管，三極管的基極分別接在單片機P2端口的P2.6和P2.7引腳上。也就是，P2.6輸出為0時三極管Q1導通，與其相連的共陽極數(shù)碼管顯示器開始工作；P2.6輸出為1時三級管Q1截止，與其相連的數(shù)碼管顯示器停止工作。三極管Q2的工作與Q1三級管相同。(5)protues環(huán)境中的各元件連接圖2-4水質(zhì)pH值監(jiān)測系統(tǒng)的元件連接總框圖7字轉換器(ADC);檢查模/數(shù)轉換是否完成，若轉換未完成(/INTR為1)則繼開始開始初始化(啟動N轉換是否完Y設定讀取實現(xiàn)子程序結束圖2-5水質(zhì)pH值監(jiān)測系統(tǒng)的軟件程序流程圖通過程序我們可以觀察到數(shù)碼管上顯示的數(shù)字的變化，可以檢測監(jiān)測系統(tǒng)通過玻璃電極可以將其轉化為電量，經(jīng)過數(shù)模轉化送入單片機進行數(shù)字信息的通過顯示模塊反映出來，如果我們觀察到顯示模塊上的數(shù)字在不斷變化，則系8(1)測試的儀器：示波器，鹽酸等。(2)首先分別調(diào)試單元模塊，確保模塊正常工作，再進行整個系統(tǒng)調(diào)試，(3)單片機模塊的測試，本文所選單片機的晶振是12MHz,所以ALE腳輸出的頻率是晶振頻率的1/6,所以可以達到約2MHz,我們可以選用示波器在ALE上測信號，當我們得到約2MHz頻率的方波時，說明單片機模塊正常工作。結論本論文初步探討了水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的結構。最后以單片機數(shù)據(jù)監(jiān)測技術與數(shù)據(jù)為核心，設計了一種適合在我國基層環(huán)境與水質(zhì)監(jiān)測單位應用的水質(zhì)pH值監(jiān)測系統(tǒng)。在水質(zhì)pH值監(jiān)測系統(tǒng)中運用了AT89C51單片機，采用玻璃電極傳導水質(zhì)中pH的變化，提高了自動化水平，降低了設備的成本。其實，將本論文設計的水質(zhì)pH值監(jiān)測系統(tǒng)，組裝在一起，既是一個輕便的水質(zhì)pH讀取器，也可是個在線水質(zhì)pH動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。另外，本文設計的水質(zhì)pH值監(jiān)測系統(tǒng)功能過于單 ,通信傳輸及接口技術欠缺，這些都是還需要改進的地方，監(jiān)測系統(tǒng)的內(nèi)容由于我對知識的掌握尚且不足，文中錯誤、不縝密之處請評閱老師批評指參考文獻[1]王燕飛.水污染控制技術.化學工業(yè)出版社，2002年，7月.[2]姜文來唐曲雷波.水資源管理學導論.化學工業(yè)出版社，2005年，1月.[3]胡輝.單片機原理及應用設計.中國水利水電出版社，2005年，7月.[4]劉迎春.MCS-51單片機原理及應用教程.清華大學出版社，2005年，5月.[5]王守中.51單片機開發(fā)入門與典型實例.人民郵電出版社，2007年，10月.[6]秦曾煌.電工學.高等教育出版社，2004年，7月.[7]何希才.新型集成電路及其應用實例.科學出版社，2005年，11月.9