基于AT89C51的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)研究報(bào)告題目：基于AT89C51的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)日期：2013.12.1411.1課題的研究背景和意義針對(duì)客觀環(huán)境運(yùn)用物理、生物或化學(xué)等的現(xiàn)代科技手段，間斷地或連續(xù)地我國(guó)不僅存在水資源短缺和空間、時(shí)間分布不平衡的嚴(yán)重問題，而且更普遍存在著水質(zhì)性缺水的危機(jī)。而當(dāng)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(shí)的提高，以及國(guó)家對(duì)水污染問題也越來越重視，水質(zhì)監(jiān)測(cè)的要求也越來越高了，因此，需要有先進(jìn)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)成套系統(tǒng)才能滿水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能做到實(shí)時(shí)，連續(xù)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到及時(shí)掌握主要流域重點(diǎn)斷面水體水質(zhì)狀況，預(yù)警預(yù)報(bào)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(shí)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(cè)工作是水體污染防治工作和水環(huán)境保護(hù)工作的重要部分。但是，目前在我國(guó)水環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)際工作中，大量采用的監(jiān)測(cè)1.2國(guó)內(nèi)外水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀許多年以來我國(guó)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(cè)工作，主要以人工現(xiàn)場(chǎng)采樣、實(shí)驗(yàn)室儀器分析為主。雖然在實(shí)驗(yàn)室中分析手段完備，但實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)存在監(jiān)測(cè)頻次低、采樣誤差大、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分散、不能及時(shí)反映污染變化狀況等缺陷。難以對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)信息正確及時(shí)的了解。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2000年開始，成熟的國(guó)產(chǎn)化設(shè)備才開始在全國(guó)范圍很可能要更為嚴(yán)重。水質(zhì)監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀揭示了我國(guó)水污染的嚴(yán)重程度和水質(zhì)監(jiān)測(cè)的建設(shè)的落后。因此，治理水污染，做好水質(zhì)監(jiān)測(cè)，改進(jìn)水質(zhì)設(shè)備及水質(zhì)監(jiān)測(cè)方2我國(guó)的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的建設(shè)也取得了較大的進(jìn)展。但是至今，還沒有可普遍應(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。并且，近年發(fā)展起來的各式數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，大多數(shù)是上下環(huán)境監(jiān)測(cè)部門之間的數(shù)據(jù)傳輸，基于基層水質(zhì)的實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)與水質(zhì)在國(guó)外，早期的河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)辦法是選取河流斷面定點(diǎn)定時(shí)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(guó)外在完善實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)同時(shí)，發(fā)展了水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)以移動(dòng)監(jiān)測(cè)車為基本監(jiān)測(cè)單元，采用便攜水質(zhì)實(shí)驗(yàn)室及現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)參數(shù)分析儀采集水質(zhì)變化，運(yùn)用GPS(GlobalPositioningSys水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，常用在監(jiān)測(cè)水質(zhì)污染及一些特定指標(biāo)。通過在片區(qū)域再傳送到統(tǒng)一的控制中心，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)對(duì)該片區(qū)域或一個(gè)水系的水質(zhì)進(jìn)行連續(xù)自二、基于單片機(jī)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思路：以單片機(jī)為主要控制器件設(shè)計(jì)一種水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要包括硬件電路的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)。硬件電路主要包括傳感器的選取，單片機(jī)的2.1水質(zhì)pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)這次設(shè)計(jì)選擇的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為反映水質(zhì)綜合性狀況的水質(zhì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)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(duì)數(shù)的負(fù)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?yàn)樗械腜H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(duì)于生活在水中的動(dòng)植物有著重要的影響健康。生活飲用水pH值的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(huì)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(huì)產(chǎn)生苦味，色度會(huì)增加。pH<7時(shí)，被污染的水會(huì)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(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖，本系統(tǒng)是單片機(jī)技術(shù)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，傳感器采集日標(biāo)對(duì)象的信息，將信息送到A/D的模擬通道中，由單片機(jī)通過程序?qū)⒔?jīng)過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信息讀到自己內(nèi)部的寄存器中，單片機(jī)通過自己內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(cè)系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)框圖2.2硬件設(shè)計(jì)與選擇(1)單片機(jī)的選擇單片機(jī)也稱為微控制器或嵌入式微控制器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)類似，也是由中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器和輸入/輸出(I/O)3大基本部分構(gòu)成。4體振蕩器頻率選12MHz,則振蕩周期=1/(12MHz),機(jī)械周期=12×振蕩周期=1μs。(振蕩周期：也稱時(shí)鐘周期，是指為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)的器周期包含6個(gè)狀態(tài)周期S1~S6,也就是12個(gè)時(shí)鐘周期。在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，CPU可以完成一個(gè)獨(dú)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(jī)的基本機(jī)構(gòu)是一樣的，編程所使用的指令及單片機(jī)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(chǔ)器(也稱閃速存儲(chǔ)器),用戶可以用電方式進(jìn)行反復(fù)快速擦出、改寫。這為初學(xué)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(jìn)行測(cè)量的環(huán)節(jié)。本次選用的傳感器是化學(xué)傳感器，化學(xué)傳感器是指利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電信號(hào)或其他信息(如光效應(yīng)、熱效應(yīng)、場(chǎng)效應(yīng)及質(zhì)量變化等)來進(jìn)行測(cè)定的傳感器。本文選用的是玻璃電極，其測(cè)量的線性5PH玻璃電極是20世紀(jì)初出現(xiàn)的電化學(xué)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(duì)H離子無響應(yīng))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(zhuǎn)換器的選用的裝置。信號(hào)輸入端可以是轉(zhuǎn)換器或傳感器的輸出。輸出信號(hào)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(jī)的兩個(gè)Port,一個(gè)口作數(shù)據(jù)總線，另一個(gè)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(zhuǎn)換完成。本次設(shè)計(jì)采用的是非中斷方作(4)顯示模塊設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的顯示部分采用兩個(gè)數(shù)碼管的共陽(yáng)極連接，采用動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)。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(zhuǎn)換后的數(shù)字值。Q1和Q2是兩只共陽(yáng)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(jī)P2端口的P2.6和P2.7引腳上。也就是，P2.6輸出為0時(shí)三極管Q1導(dǎo)通，與其相連的共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示器開始工作；P2.6輸出為1時(shí)三級(jí)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(jí)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(cè)系統(tǒng)的元件連接總框圖7字轉(zhuǎn)換器(ADC);檢查模/數(shù)轉(zhuǎn)換是否完成，若轉(zhuǎn)換未完成(/INTR為1)則繼開始開始初始化(啟動(dòng)N轉(zhuǎn)換是否完Y設(shè)定讀取實(shí)現(xiàn)子程序結(jié)束圖2-5水質(zhì)pH值監(jiān)測(cè)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(cè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過玻璃電極可以將其轉(zhuǎn)化為電量，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)化送入單片機(jī)進(jìn)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(cè)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(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試，(3)單片機(jī)模塊的測(cè)試，本文所選單片機(jī)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(dá)到約2MHz,我們可以選用示波器在ALE上測(cè)信號(hào)，當(dāng)我們得到約2MHz頻率的方波時(shí)，說明單片機(jī)模塊正常工作。結(jié)論本論文初步探討了水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。最后以單片機(jī)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)技術(shù)與數(shù)據(jù)為核心，設(shè)計(jì)了一種適合在我國(guó)基層環(huán)境與水質(zhì)監(jiān)測(cè)單位應(yīng)用的水質(zhì)pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在水質(zhì)pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中運(yùn)用了AT89C51單片機(jī)，采用玻璃電極傳導(dǎo)水質(zhì)中pH的變化，提高了自動(dòng)化水平，降低了設(shè)備的成本。其實(shí)，將本論文設(shè)計(jì)的水質(zhì)pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，組裝在一起，既是一個(gè)輕便的水質(zhì)pH讀取器，也可是個(gè)在線水質(zhì)pH動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。另外，本文設(shè)計(jì)的水質(zhì)pH值監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能過于單 ,通信傳輸及接口技術(shù)欠缺，這些都是還需要改進(jìn)的地方，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的內(nèi)容由于我對(duì)知識(shí)的掌握尚且不足，文中錯(cuò)誤、不縝密之處請(qǐng)?jiān)u閱老師批評(píng)指參考文獻(xiàn)[1]王燕飛.水污染控制技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社，2002年，7月.[2]姜文來唐曲雷波.水資源管理學(xué)導(dǎo)論.化學(xué)工業(yè)出版社，2005年，1月.[3]胡輝.單片機(jī)原理及應(yīng)用設(shè)計(jì).中國(guó)水利水電出版社，2005年，7月.[4]劉迎春.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用教程.清華大學(xué)出版社，2005年，5月.[5]王守中.51單片機(jī)開發(fā)入門與典型實(shí)例.人民郵電出版社，2007年，10月.[6]秦曾煌.電工學(xué).高等教育出版社，2004年，7月.[7]何希才.新型集成電路及其應(yīng)用實(shí)例.科學(xué)出版社，2005年，11月.9