【基于單片機(jī)水質(zhì)水溫檢測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)9000字（論文）】

基于單片機(jī)水質(zhì)水溫檢測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)摘要水中含有泥土、微細(xì)有機(jī)物、無機(jī)物等懸浮物和膠體物都可以使水質(zhì)變的渾濁而呈現(xiàn)一定濁度，而這些物質(zhì)在消毒過程中不易被消除，因此有必要對水質(zhì)進(jìn)行檢測與測量，以保證人類飲用水或工業(yè)用水的質(zhì)量。水質(zhì)水溫系統(tǒng)的研究及完善，有很大的發(fā)展意義。本畢業(yè)設(shè)計的基本思想是根據(jù)光對水中懸浮物的折射和散射發(fā)生不同的強(qiáng)弱變化的光學(xué)原理而設(shè)計，再通過光接收器來接收透過水中懸浮物的散射光，再將接收到的電信號進(jìn)行放大，從而通過單片機(jī)的處理和計算，得出結(jié)果。本畢業(yè)設(shè)計的水溫檢測我們采用了DS18B20防水的溫度傳感器來測量工業(yè)水或飲用水的溫度，采用STM32F103單片機(jī)位控制中心，由前置放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)電路，電源電路和液晶顯示電路組成。關(guān)鍵詞：硅光電池單片機(jī)傳感器目錄TOC\o"1-3"\h\u183551緒論 緒論1.1選題的背景我國工業(yè)水質(zhì)溫度檢測系統(tǒng)的研究與開發(fā)始于上世紀(jì)80年代，與美國、瑞典、德國等先進(jìn)發(fā)達(dá)國家的水質(zhì)溫度檢測相比，要晚近十年。不僅如此，我國各地區(qū)的發(fā)展程度還存在很大差異，有的地區(qū)發(fā)展迅速，有的落后地區(qū)卻是一片是空白。而且，由于區(qū)域發(fā)展的不平衡，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)存在一個非常嚴(yán)重的問題，就是在生產(chǎn)過程中，缺乏很多的防范機(jī)制和防范策略，水質(zhì)和水溫的檢測報警相對落后，限制了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。其中美國、德國等科技先進(jìn)的國家較早地認(rèn)識到水質(zhì)和水溫檢測的重要性，德國stekomadico公司采用的封閉式水質(zhì)和水溫檢測方法也相繼出現(xiàn)。再加上其他高科技手段，已經(jīng)被許多國家效仿。為了改變這一現(xiàn)狀，水質(zhì)水溫系統(tǒng)的研究及完善，有很大的發(fā)展意義。1.2選題的意義單片機(jī)是一種集成電路芯片，不是單一實現(xiàn)某個功能的芯片，而是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上，類似于一個小型的計算機(jī)。目前單片機(jī)的應(yīng)用及其廣泛，如智能儀表，手機(jī)，汽車導(dǎo)航，家用電器，航空系統(tǒng)等等。應(yīng)用了單片機(jī)系統(tǒng)，各種產(chǎn)品便有了智能的升級換代的作用，因此對于各類產(chǎn)品的升級換代，大部分是對于單片機(jī)系統(tǒng)的升級和完善。我們的生活已經(jīng)離不開單片機(jī)的存在，從大型工業(yè)到家居生活，都已經(jīng)有了單片機(jī)系統(tǒng)的存在。其中溫度是表示物體冷熱程度的物理量，溫度的高低的準(zhǔn)確判斷，需要借助于某種物質(zhì)的某種特性隨溫度變化的一定規(guī)律來進(jìn)行測量。一般溫度的測量通過溫度傳感器來實現(xiàn)。溫度對工業(yè)，農(nóng)業(yè)，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)等都有很大影響，是正常生產(chǎn)發(fā)展的重要指標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，不同種類的溫度傳感器也不斷面世。其中，溫度傳感器是一種通過合適的轉(zhuǎn)換元件，將感受到的溫度模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。常用的溫度傳感器有熱電偶溫度傳感器和熱電阻溫度傳感器。而濁度是指溶液中的懸浮物質(zhì)對光線透過時所產(chǎn)生的阻礙程度。由于水中含有泥土，有機(jī)物，無機(jī)物，浮游生物等懸浮物，使得原來透明的水質(zhì)變得渾濁。隨著人民生活水平的不斷提高，人們對于飲用水，生活用水，工業(yè)用水等的要求也日益提高，因此，控制水質(zhì)的濁度，成為工業(yè)用水，生活用水的一項重要指標(biāo)。使用光學(xué)散射式濁度測量方法，將濁度轉(zhuǎn)化為光電信號，再通過單片機(jī)智能處理，對各種工藝過程的水質(zhì)濁度進(jìn)行連續(xù)分析測定?？偠灾?，通過傳感器和單片機(jī)芯片的融合，研究水質(zhì)水溫檢測系統(tǒng)可以大大便利人們的工業(yè)生產(chǎn)的是指水溫監(jiān)控和預(yù)防，也可以使人們飲用水和生活用水的水質(zhì)得到保證。1.3研究的主要內(nèi)容該系統(tǒng)以美國ATMEL公司生產(chǎn)的STM32F103單片機(jī)為主控芯片，采用頻率特性好、響應(yīng)頻率高的硅光電池采集光信號，并將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過放大電路放大后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號通過A/D轉(zhuǎn)換器，送入單片機(jī)中進(jìn)行集中處理后輸出，最后顯示出相應(yīng)的溫度濕度。本設(shè)計要求可以實現(xiàn)以下幾個功能：1、了解并設(shè)計芯片外圍電路，主控板硬件電路。2、電路的選型及設(shè)計個附加設(shè)備，其中包括電源電路，復(fù)位電路以及液晶顯示電路。3、該電路的運行程序的編寫與設(shè)計。4、對設(shè)計好的軟件、硬件進(jìn)行調(diào)控。2系統(tǒng)整體方案的設(shè)計2.1系統(tǒng)的整體框架該系統(tǒng)以美國ATMEL公司生產(chǎn)的STM32F103單片機(jī)為主控芯片，采用頻率特性好、響應(yīng)頻率高的硅光電池采集光信號，并將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過放大電路放大后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號通過A/D轉(zhuǎn)換器，送入單片機(jī)中進(jìn)行集中處理后輸出，最后顯示出相應(yīng)的溫度濕度。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：單片機(jī)單片機(jī)STM32F103濁度傳感器濁度傳感器液晶顯示液晶顯示信號處理信號處理按鍵設(shè)置按鍵設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換溫度傳感器溫度傳感器蜂鳴器報警蜂鳴器報警圖2-1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖各個框圖中各部分電路的作用：液晶顯示器的工作原理：在電場力的作用下，液晶分子的排列方向會發(fā)生一定程度的變化，使透光率發(fā)生變化，完成光電轉(zhuǎn)換，然后根據(jù)三原色顯示相應(yīng)的數(shù)字圖像。LCD不僅具有功耗低、成本低、操作方便、穩(wěn)定性高、無輻射等優(yōu)點，是數(shù)字顯示電路的首選。復(fù)位電路：復(fù)位操作是完成單片機(jī)片內(nèi)電路的初始化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始運行。當(dāng)單片機(jī)中的復(fù)位引腳RST顯示高電平時，單片機(jī)就完成了復(fù)位操作，但如果復(fù)位引腳為儲蓄高電平，則單片機(jī)為循環(huán)復(fù)位狀態(tài)，無法執(zhí)行其他程序，因此單片機(jī)復(fù)位后要脫離其復(fù)位狀態(tài)。一般復(fù)位操作有兩種基本形式：上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位。A/D轉(zhuǎn)換電路：模擬信號數(shù)字化的過程包括：采樣，量化和編碼。采樣是對模擬信號中連續(xù)的值用一個個離散的點來表示；將不同的抽樣值劃分為M個量化電平，這些量化電平表示連續(xù)抽樣值的方法即為量化，其中分為均勻量化和非均勻量化；編碼將每個輸入的每個高低電平信號編成一個對應(yīng)的二進(jìn)制代碼。其中常用的A/D轉(zhuǎn)換電路有并聯(lián)比較型，流水線型，逐次逼近型，雙積分型A/D轉(zhuǎn)換電路等等。單片機(jī)電路：包括一個CPU，一個片內(nèi)振器及時鐘電路，4KBROM程序存儲器，128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲器，可尋址64KB外部數(shù)據(jù)存儲器和64KB外部程序存儲器的控制電路，32條可編程的I/O線，兩個16位的定時/計數(shù)器，一個可編程全雙工串行口，5個中斷源，兩個優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)?？梢詫⒂嬎銠C(jī)的各種功能集成在一塊芯片上。電源電路：是一種給各用電元件提供電源供應(yīng)的電路。其中既有交流電源也有直流電源。STM32F103單片機(jī)及其他元件需要+5V的電源,A/D轉(zhuǎn)換器需要+5V和-5V的電源。2.2濁度測量的原理2.2.1濁度傳感器的原理濁度傳感器的工作原理：將設(shè)計好的濁度傳感器放入待測的水質(zhì)中，根據(jù)傳感器檢測探頭檢測水質(zhì)的透光程度，當(dāng)透光程度越高即水質(zhì)的渾濁度就越低，濁度傳感器輸出的值就越低，反之亦然。我們通過單片機(jī)芯片將輸出的濁度模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再將輸出的電壓值傳輸?shù)斤@示屏上。這就是濁度傳感器的工作過程。因此，濁度傳感器就是一種通過水中對光的透視程度來顯示不同電壓值的一種電子器件。2.2.2濁度原理圖的解析圖中電位計用來調(diào)節(jié)當(dāng)前顯示出的濁度值，一般通過檢測清水的濁度來對濁度傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。清水的濁度值在300-1000之間，若圖中的電位器是用來調(diào)節(jié)當(dāng)前的濁度值，清水的濁度一般在300到1000之間，如果測試后發(fā)現(xiàn)濁度小于300或者大于1000，可以通過電位計的方法進(jìn)行校準(zhǔn)。2.2.3濁度傳感器的標(biāo)準(zhǔn)及方法的選擇標(biāo)準(zhǔn)：GB-T13200-91

水質(zhì)濁度的測定

ISO70271999

水質(zhì)濁度的測定2.2.4濁度傳感器設(shè)計的測量原理(1)濁度表示水質(zhì)中懸浮物，浮游植物，泥土等物質(zhì)的渾濁程度，當(dāng)光束射進(jìn)水中的透光程度。其中測量的方法有透射法，散射-透射法比值法以及散射法。本次濁度傳感器采用的是90°散射法測量的原理。圖2-290°散射法測量原理其中發(fā)光二極管LED是電流型的器件，性能穩(wěn)定，因此可以采用恒流加脈沖供電的方式。當(dāng)發(fā)光二極管在水中接受到光束透過水中的散射光時，產(chǎn)生電流，經(jīng)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換，放大電路濾波，最后由AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，輸入單片機(jī)，從而計算出準(zhǔn)確的濁度值。2.3溫度測量原理溫度是一種表示物體冷熱程度，但是不可以通過觸碰等直接測量，只能大致感知溫度，而不能知道具體數(shù)值，因此只能通過物體間的熱傳遞，或者是物體某些特性會隨著溫度的變化而變化，從而根據(jù)變化程度來測量出溫度變化。2.3.1溫度測量的主要方法和分類：溫度傳感器的組成在現(xiàn)實的應(yīng)用中，不管是哪種測量溫度的傳感器，基本上都是由感溫元件和控制室的顯示裝置兩個部分組成的。（2）溫度測量方法根據(jù)感溫元件是否與被測介質(zhì)接觸可以分為接觸式溫度測量和非接觸式溫度測量。將感溫元件與被測介質(zhì)接觸，當(dāng)兩者達(dá)到熱平衡時，則感溫元件的溫度就是被測介質(zhì)的溫度。這種溫度傳感器時一種操作簡單，方便實現(xiàn)，穩(wěn)定性較高，價格較低的測溫元件。其中常用的溫度傳感器有數(shù)字溫度傳感器和熱電阻溫度傳感器。而熱電阻溫度傳感器其測溫原理是電阻值隨溫度的變化而變化，因此有必要設(shè)計一個很好的溫度采集電路，該電路應(yīng)包括測溫部分、線性化部分、，放大部分和A/D轉(zhuǎn)換部分，大大增加了外圍電路的復(fù)雜度。熱電阻溫度傳感器是采用數(shù)字溫度傳感器，通過數(shù)據(jù)總線與單片機(jī)通信，大大簡化了外圍電路，提高了測量精度。因此，本設(shè)計選擇熱電阻溫度傳感器作為溫度采集傳感器。數(shù)字溫度傳感器如DS18B20，該傳感器主要特性如下：電壓適應(yīng)的范圍相對較寬，電壓范圍為：3.0～5.5V；DS18B20的接口方式不同于傳統(tǒng)的接口方式。它只需要一條總線就可以實現(xiàn)與單片機(jī)的雙向通信。不僅如此，還可以在一條線上實現(xiàn)多個并聯(lián)，可以測量多個測試點的溫度，方便快捷；全部傳感器元件和轉(zhuǎn)換電路就像一只三極管集成在集成電路內(nèi)，DS18B20在使用的時候不需要任何的外圍元件；測溫范圍－55℃～+125℃，在-10～+85℃時精度在±0.5℃范圍內(nèi)；在使用的過程中，這個型號的數(shù)字溫度傳感器并不需要接其他的外圍元件便可以使用，并且有9-12位可編程的分辨率，可以實現(xiàn)高精度的溫度測量；其中分辨率為9位時，可以實現(xiàn)在93.75ms將測量的溫度模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，當(dāng)分辨率為12位時，可以實現(xiàn)在75ms將測量的溫度模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，具有很快的測量及轉(zhuǎn)換速度；測量完成后，將被測溫度進(jìn)行數(shù)字輸出。該型溫度傳感器采用單總線串行方式，在傳輸?shù)耐瑫r可根據(jù)校驗碼進(jìn)行校準(zhǔn)。當(dāng)正負(fù)極接反時并不會損壞電路，而是不能工作或著一直顯示85℃。2.4光源的選擇由于該濁度傳感器根據(jù)光束在水中的透光程度來測量結(jié)果，因此光源的選擇會直接影響到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。目前大多數(shù)的資料顯示，人們一般選擇白熾燈為濁度傳感器的光源。但白熾燈發(fā)光原理是將燈泡里燈絲通電進(jìn)行加熱，然后由熱輻射從而發(fā)出光源。因此當(dāng)使用時間較長時，發(fā)熱現(xiàn)象明顯，溫度逐漸上升，從而使得其他元件產(chǎn)生溫度漂移，這就極大得影響了結(jié)果的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。不僅如此，當(dāng)燈泡使用時間的不斷增加，在長時間的高溫條件下，鎢絲中的鎢原子升華擴(kuò)散開來，會逐漸累積在燈泡的玻璃殼內(nèi)表面，使得白熾燈變黑。國際環(huán)保規(guī)定，利用散射光測量方法測量水質(zhì)濁度時，一般選擇波長為860納米的散射光。因為當(dāng)波長大于800納米時，能最大限度地降低水中溶解物質(zhì)對測量的所產(chǎn)生的干擾。當(dāng)波長小于500納米時將有更大的測量誤差的出現(xiàn)。因此，本次課程設(shè)計我們對于光源的選擇是紅外發(fā)光二極管。綜上所述，這次對于光源的選擇我們將采用恒流源提供電力，主要有以下原因：恒流源可以產(chǎn)生恒定的電流源，不會在上電時產(chǎn)生瞬時的沖擊力而對設(shè)備造成損傷，可以提高其使用壽命，保護(hù)設(shè)備。發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度與電流成線性關(guān)系，而與電壓成對數(shù)關(guān)系，即其發(fā)光特性對電壓的變化比電流的變化更敏感，故采用恒流源，可以極大限度得減少發(fā)光強(qiáng)度的瞬時波動。3硬件系統(tǒng)的設(shè)計本課題的硬件系統(tǒng)主要由主控模塊、水質(zhì)濁度電路、信號放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、液晶顯示電路、串口通信電路、電源電路和復(fù)位電路組成。3.1水質(zhì)濁度采集模塊（硅光電池）當(dāng)PN結(jié)接入正向電壓時，電流與電壓按指數(shù)規(guī)律變化，呈現(xiàn)正向?qū)顟B(tài)；當(dāng)PN結(jié)接入反向電壓時，電流電壓皆為零，呈現(xiàn)反向截止?fàn)顟B(tài)，但當(dāng)反向電壓超過一定的數(shù)值以后，反向電流會急劇增大，稱之為反向擊穿。光電池是一種將所接收到的光能轉(zhuǎn)換為電能的光電器件，它不需要額外的電源設(shè)備就可以直接轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)相對簡單。其中光電池的工作原理就是”光生伏特效應(yīng)“，實際上一個硅光電池就是一個大型的PN結(jié)，當(dāng)光束照射到PN結(jié)一個面時，P型區(qū)每吸收一個光子就會產(chǎn)生一對空穴和自由電子，這個空穴對和電子擴(kuò)散開來，在PN結(jié)形成的結(jié)電場的作用下，建立起一個與光照強(qiáng)度有關(guān)的電動勢。其中光電池的種類繁多，例如氧化亞銅光電池，硒光電池，硫化鎘光電池等等，但最受人們喜愛的還是硅光電池，因為硅光電池的性能較為穩(wěn)定，頻率特性好，受溫度影響不大，光譜的波長范圍較寬，因此應(yīng)用較為廣泛。本次課程設(shè)計選用硅光電池的型號為2CR52，并且因為光電流極小，為了方便檢測，采用了4塊硅光電池。硅光電池的結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖3-1硅光電池的構(gòu)造硅光電池的主要特性為：光譜特性：不同材料對于相同波長的靈敏度是不同的，并且不同材料的光電池對于相同波長所響應(yīng)的光譜特性也是不同的，其中硒光電池光譜的峰值約為0.5微米，光譜響應(yīng)波長為0.38-0.75微米，而硅光電池光譜的峰值約為0.8微米，光譜響應(yīng)波長為0.4-1.2微米。由此可見，硅光電池具有更寬的光譜范圍。光照特性：在不同的光照強(qiáng)度下，光電池所產(chǎn)生的光電動勢也存在一定的差異。在一定的范圍內(nèi)，短路電流與光照強(qiáng)度成正比，而開路電壓與光照強(qiáng)度呈非線性的關(guān)系。但當(dāng)光照超過2000lx時便趨近于飽和狀態(tài)，故測量元件時只能用作電流源。（3）溫度特性：開路電壓隨著溫度的升高而下降，短路電流隨著溫度的升高而上升，但測量元件時可采用溫度補(bǔ)償措施。3.2溫度傳感器模塊DS18B20的接口方式不同于傳統(tǒng)的接口方式。它只需要一條總線就可以實現(xiàn)與單片機(jī)的雙向通信，再通過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，通過數(shù)字信號的輸出提高了抗干擾能力，同時也提高了測量的準(zhǔn)確度。不僅如此，它的電壓適應(yīng)的范圍也相對較寬，在3.0-5.5V之間，可以采用外部直接供電或者寄生電源供電，而且具有負(fù)壓特性，就是在電源的正負(fù)極接反的情況下，并不會燒壞電路，而是暫時不能正常工作，直至電源正負(fù)極連接正確。設(shè)置的可編程分辨率越高時，所需要的時間就會越長，因此在滿足測量精度同時，也要考慮所需要的時間。3.2.1DS18B20的結(jié)構(gòu)及電路（1）DS18B20可以直接輸出數(shù)字信號，傳送給單片機(jī)，經(jīng)過運算和處理最后顯示再液晶顯示屏上，其檢測原理是將低溫度系數(shù)晶體振蕩器傳送脈沖信號給計數(shù)器1，再將高溫度系數(shù)晶體振蕩器傳送脈沖信號給計數(shù)器2，溫度寄存器和計數(shù)器1將設(shè)置一個數(shù)值，并根據(jù)脈沖信號進(jìn)行減法計算，再送入計數(shù)器2進(jìn)行計數(shù)，最后運算出溫度寄存器里的具體溫度數(shù)值。下圖為DS18B20的硬件電路：（加10k電阻是為了上拉，限制高低電平）圖3-2DS18B20的硬件電路（2）DS18B20采用3腳T0-92封裝的方式，同時也有六腳和八腳的封裝方式。這個溫度傳感器的測溫范圍在-55～+125℃內(nèi)，而在范圍為-10～85℃時，精度為±0.5℃。而每個芯片的ROM內(nèi)都存放著一個64位的ID號，最前面的8位是產(chǎn)品類型編號，隨后48位是該器件的自身序號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼。而且可以在一條線上實現(xiàn)多個并聯(lián)，可以測量多個測試點的溫度，方便快捷。如下圖所示：圖3-3DS18B20的外形及封裝3.3主控模塊3.3.1單片機(jī)STM32F103單片機(jī)簡介STM32F103這個型號的單片機(jī)是一種功耗較低，性能較高的微控制器，是較早應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的單片機(jī)，將所有的功能集成在一個小型的芯片上，就可以完成多種控制，例如：可以控制各種傳感器和外圍設(shè)備，可以自動進(jìn)行處理各種計算，更高效地進(jìn)行每個操作。但對于功能豐富完善的計算機(jī)來說，單片機(jī)只是一個小芯片，其操作相對簡單。目前單片機(jī)的應(yīng)用特別廣泛，小到家用電器，大到航空設(shè)備，都有單片機(jī)的身影。幾乎每個智能產(chǎn)品都有多個單片機(jī)應(yīng)用。隨著人們生活水平的提高，對傳感器的需求也在迅速增加，人們所需要的傳感器也越來越多樣化，這使得單片機(jī)的發(fā)展和升級成為可能。這次的課程設(shè)計，我們選用的單片機(jī)為STM32F103C8T6單片機(jī)，這個型號的單片機(jī)自帶兩個A/D轉(zhuǎn)換器，使我們在應(yīng)用過程中更方便快捷，不僅如此，這個單片機(jī)有更高的運行速度，能更高效地進(jìn)行相關(guān)運算及操作。STM32與51單片機(jī)相比，STM32具有高集成的優(yōu)點，增加了許多傳統(tǒng)51單片機(jī)所沒有的功能，比如51單片機(jī)是8位的單片機(jī)，也就是說51單片機(jī)一次能處理的數(shù)據(jù)只有八位，而STM32單片機(jī)能處理32位，這就使得運行速度得到很大的改善。就單單串口而言，51單片機(jī)只有一個串口，而STM32的串口就有五個，而且具有用途特別廣泛的ARM內(nèi)核，種類豐富可供選擇，因此可以簡化外圍電路，僅依靠STM32單片機(jī)就可以實現(xiàn)51單片機(jī)實現(xiàn)不了的功能。STM32的實物圖如下圖所示：圖3-4STM32F103C8T6實物圖電源指示燈：當(dāng)接入電源時，電源指示燈LED亮，表明單片機(jī)正常工作；當(dāng)電源指示燈LED燈色較暗或不亮?xí)r，表明單片機(jī)存在異常，沒有正常工作，此時應(yīng)該檢查單片機(jī)是否有故障或不良狀況。復(fù)位按鍵：當(dāng)運行過程中需要將程序復(fù)位清零時，按復(fù)位按鈕便可以回到初始狀態(tài)。用戶LED(PC13)：當(dāng)我們檢測單片機(jī)是否正常運行時，可以用此功能進(jìn)行判斷。這個型號的單片機(jī)具有四個定時器，48個引腳，工作頻率為72MHz，并且自帶兩個A/D轉(zhuǎn)換器，采用3.3V的穩(wěn)壓芯片，可以避免上電的瞬時沖擊電壓損壞芯片，且通過的最大電流為300mA。3.4液晶顯示模塊液晶顯示器的工作原理：在電場力的作用下，液晶分子的排列方向會發(fā)生一定程度的變化，使透過率發(fā)生變化，完成光電轉(zhuǎn)換，然后根據(jù)三原色顯示相應(yīng)的數(shù)字圖像。液晶顯示器具有功耗低、成本低、操作方便、穩(wěn)定性高、無輻射等優(yōu)點，是數(shù)字顯示電路的首選，被應(yīng)用于各中傳感器或單片機(jī)的顯示電路中。單片機(jī)可以通過數(shù)據(jù)總線以存儲器訪問或I/O設(shè)備訪問的形式去控制液晶顯示器。本次課程設(shè)計采用的是SMC1602A液晶屏。3.4.1SMC1602A液晶簡介SMC1602A液晶是一種工業(yè)字符型的液晶，能同時顯示32個字符。（一行16個字符，共兩行）3.4.2SMC1602A液晶顯示特性(1)單5V電源，功耗低、壽命長、可靠性高；(2)這個液晶內(nèi)部置有192個字符；(3)具有64B的自定義RAM，可自定義八個5×8的點陣字符；(4)顯示方式：半透、STN、正顯；(5)驅(qū)動方式：1/16DUTY，1/5BIAS；(6)視角方向：6點；(7)背光方式：LED；(8)通訊方式：4位，8位并口可選；3.4.3SMC1602A液晶與單片機(jī)的接口電路圖3-5接口電路電源電路是由一個三引腳的電源座子和六引腳的電源開關(guān)組成的，其中這個三引腳的電源座子是外部電源接入電路的接口，電源座子的引腳1與電源開關(guān)的引腳3連接，電源從電源座子接入電路，再由電源開關(guān)控制整個單片機(jī)電路的開關(guān)，引腳2用于接地，引腳3用于固定作用，防止電源座因碰撞等原因挪位。但都是配對使用的，即當(dāng)引腳1，3用于電源的正極輸出時，即需引腳5接地；引腳4，6作為電源的正極輸出時，即需引腳2接地。由于本課程設(shè)計的單片機(jī)的電壓在5V內(nèi)，因此我們采用的電源為5V，如若有5V以上的傳感器或其他設(shè)備，可以選擇升壓到所需要的電壓為止。本課程設(shè)計的電源電路如下圖所示：圖3-6電源電路4系統(tǒng)軟件設(shè)計本次畢業(yè)設(shè)計的單片機(jī)代碼是用C語言進(jìn)行編寫的，該系統(tǒng)主要由主程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、液晶顯示子程序、串口發(fā)送和接收子程序等部分組成。其中主程序是該單片機(jī)程序的核心，不僅要完成系統(tǒng)的初始化和中斷優(yōu)先級的設(shè)置，而且各個系統(tǒng)模塊的連接也需要在軟件的編寫中完成。主程序的設(shè)計要先實現(xiàn)內(nèi)部寄存器的初始化設(shè)置，當(dāng)程序在一次運行結(jié)束后，可以通過復(fù)位電路將寄存器初始化。系統(tǒng)程序流程圖如下圖所示:開始開始初始化是否有按鍵結(jié)束調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序調(diào)用延時調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序調(diào)用數(shù)據(jù)采集子程序按鍵處理 Y N圖4-1系統(tǒng)程序流程圖4.1溫度采集程序通過物體間的熱傳遞，或者是物體某些特性會隨著溫度的變化而變化，再根據(jù)變化的程度來測量出溫度的變化。這是就需要編寫出溫度采集的程序來驅(qū)動溫度傳感器正常工作。溫度傳感器感知到溫度，將接收到的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再經(jīng)過I/O口向單片機(jī)，將這個數(shù)字量寫進(jìn)單片機(jī)中，再通過液晶顯示屏來顯示出溫度的具體數(shù)值。因此，應(yīng)該先對I/O口進(jìn)行初始化，再將溫度傳感器進(jìn)行復(fù)位到初始狀態(tài)，等待I/O口輸入數(shù)據(jù)，再將溫度傳感器收取到的模擬量進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再寫進(jìn)單片機(jī)中，這就完成一次溫度的采集即讀取。圖4-2溫度采集的程序流程圖其中，溫度傳感器DS18B20的初始化過程主要包括：將狀態(tài)為高電平傳送給數(shù)據(jù)線；進(jìn)行延時操作；再將狀態(tài)為低電平傳送給數(shù)據(jù)線；延時750ms；將狀態(tài)為高電平傳送給數(shù)據(jù)線；進(jìn)行延時操作；當(dāng)讀取到數(shù)據(jù)線的狀態(tài)為低電平時，則繼續(xù)進(jìn)行延時操作，延時的總時長為數(shù)據(jù)線高電平到低電平為一次延時時長；最后再將狀態(tài)為高電平傳送給數(shù)據(jù)線。5結(jié)語該畢業(yè)設(shè)計的題目是：基于單片機(jī)的水質(zhì)水溫檢測系統(tǒng)設(shè)計，主要是通過溫度傳感器采集到溫度的變化，再將感知到的溫度模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，最后傳送給液晶顯示屏上將溫度的具體數(shù)值顯示出來。而濁度傳感器是將探頭放進(jìn)水中，以光電接收器件來接收散射光，通過檢測在水中的透光程度來顯示水質(zhì)的混濁程度，水質(zhì)越清澈，則濁度傳感器輸出越小。再將采集到的點喜好進(jìn)行放大，輸入單片機(jī)中進(jìn)行運算，最后傳送帶液晶顯示屏上輸出具體數(shù)值。本畢業(yè)設(shè)計從課