《基于PH值、溫度以及電導(dǎo)率傳感器的單片機(jī)海水養(yǎng)殖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)》8200字（論文）

I基于PH值、溫度以及電導(dǎo)率傳感器的單片機(jī)海水養(yǎng)殖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄1緒論 11.1研究背景及意義 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3本文研究?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu)安排 22總體設(shè)計(jì)方案 43硬件電路設(shè)計(jì) 53.1單片機(jī)設(shè)計(jì) 53.1.1單片機(jī)的選擇 53.1.2STC8G1K08單片機(jī)簡(jiǎn)介 53.2PH模塊設(shè)計(jì) 63.2.1PH傳感器的選擇 63.2.2PH模塊 73.3電導(dǎo)率模塊設(shè)計(jì) 73.3.1電導(dǎo)率傳感器的選擇 73.3.2電導(dǎo)率模塊 73.4溫度模塊設(shè)計(jì) 83.4.1溫度傳感器的選擇 83.4.2溫度傳感器 83.5顯示模塊 93.6報(bào)警模塊 93.7藍(lán)牙模塊 103.8供電模塊 103.9硬件總圖 114軟件設(shè)計(jì) 124.1主程序結(jié)構(gòu) 124.2按鍵子程序的設(shè)計(jì) 134.3顯示子程序的設(shè)計(jì) 135實(shí)驗(yàn)結(jié)果 155.1調(diào)試部分 155.2實(shí)物測(cè)試 166結(jié)論 18參考文獻(xiàn) 20PAGE11緒論1.1研究背景及意義近年來，我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，占世界水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量的70%以上。農(nóng)場(chǎng)水質(zhì)對(duì)水生動(dòng)物的生存至關(guān)重要。水溫、pH值和溶解氧是影響水產(chǎn)養(yǎng)殖的重要因素。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)對(duì)提高生產(chǎn)力、生產(chǎn)力、健康和安全具有重要意義。[1]。然而魚藻類動(dòng)物的生活特性使得整個(gè)的養(yǎng)殖過程變得復(fù)雜。只有對(duì)海水養(yǎng)殖場(chǎng)地進(jìn)行環(huán)境模擬控制才能讓魚藻們健康的成長(zhǎng)。如何對(duì)海水養(yǎng)殖場(chǎng)地進(jìn)行控制則是重中之重，市面上針?biāo)|(zhì)控制和監(jiān)測(cè)產(chǎn)品多種多樣。大多數(shù)人控制著一個(gè)項(xiàng)目。例如：?jiǎn)为?dú)對(duì)溫度控制、單獨(dú)對(duì)鹽堿度控制等等。也是以非智能設(shè)備為主，各個(gè)設(shè)備相互獨(dú)立，無法相聯(lián)系，一旦其中一個(gè)設(shè)備出故障，則會(huì)造成海水養(yǎng)殖場(chǎng)地中的動(dòng)植物死亡。再加上由于各自獨(dú)立所以無法進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控，極易造成設(shè)備功能重疊，浪費(fèi)資源還會(huì)影響美觀。另外，基于互聯(lián)網(wǎng)的海水養(yǎng)殖企業(yè)檢查設(shè)備的概念和相關(guān)應(yīng)用相對(duì)落后，獨(dú)立的研究能力不足，可行性僅在表面，實(shí)際使用效果與海水養(yǎng)殖行業(yè)無關(guān)。產(chǎn)品質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國(guó)、挪威等國(guó)。第二，硬件設(shè)施不足，水產(chǎn)養(yǎng)殖專家應(yīng)用高科技技術(shù)的能力有限，很難導(dǎo)入水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)。浙江省大部分池塘分散，部分地區(qū)網(wǎng)絡(luò)通信和電力供應(yīng)相對(duì)薄弱。許多應(yīng)用，例如水質(zhì)傳感器，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，價(jià)格高，產(chǎn)品可靠性差，不能滿足目前水產(chǎn)養(yǎng)殖的需要。因此我們將開發(fā)一個(gè)基于單片機(jī)的海水養(yǎng)殖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖戶希望以高性價(jià)比對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)的環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求：我們布控傳感器使其采集養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)的溫度和鹽度等并預(yù)先設(shè)定溫度和鹽度等這些參數(shù)的閾值，如果溫度和鹽度濃度超出閾值，進(jìn)行調(diào)節(jié)。本文主要是通過PH值、溫度以及電導(dǎo)率傳感器檢測(cè)技術(shù)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行實(shí)踐，設(shè)計(jì)完成一款能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)海水環(huán)境的系統(tǒng)，此系統(tǒng)的使用可以有效的促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展，具有很好的實(shí)踐意義[2]。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1959年，美國(guó)開始自動(dòng)監(jiān)測(cè)俄亥俄河的水質(zhì)。20世紀(jì)60年代，紐約州環(huán)境保護(hù)局開始建立一個(gè)自動(dòng)系統(tǒng)來監(jiān)控該州的供水系統(tǒng)。最初用于水質(zhì)監(jiān)測(cè)的自動(dòng)電化學(xué)監(jiān)測(cè)儀于1966年建立，1975年建立了13000個(gè)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。在這些流域和聯(lián)邦州（區(qū)）的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中，150個(gè)監(jiān)測(cè)站構(gòu)成了聯(lián)邦水質(zhì)辦公室的網(wǎng)絡(luò)。盡管便攜式水質(zhì)檢測(cè)儀在20世紀(jì)70年代在歐洲、美國(guó)、日本和其他地方銷售，但它是即時(shí)的。目前，日本研究院和國(guó)際夏季制造技術(shù)公司開發(fā)的水質(zhì)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大多是水溫、濁度、pH值和電導(dǎo)率的綜合指標(biāo)。水、化學(xué)品、化學(xué)需氧量產(chǎn)生的溶解氧和其他污染物產(chǎn)生的總氧和總有機(jī)碳消耗量[4]。在國(guó)家層面，中國(guó)正在建立水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和快速分析等預(yù)警和預(yù)測(cè)系統(tǒng)。作為天津市的一個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目，第一個(gè)連續(xù)自動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于1988年建立。該系統(tǒng)由一個(gè)中心站和四個(gè)變電站組成。自1995年以來，上海和北京都建立了水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。自1998年以來，水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的建設(shè)取得了很大進(jìn)展。黑龍江、廣東、江蘇和山東的7個(gè)大型水系和10個(gè)大流域建立了地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。大多數(shù)自動(dòng)監(jiān)護(hù)儀都是進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格高，運(yùn)行成本高[5]。1.3本文研究?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu)安排本文是基于綜合海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)開發(fā)的。系統(tǒng)包括檢測(cè)模塊、接收模塊、ph檢測(cè)電路、溫度控制電路、tds檢測(cè)電路和顯示模塊。以STC8G1K08為中心，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)端配有OLED顯示以及藍(lán)牙傳輸，能夠智能模擬實(shí)現(xiàn)海水養(yǎng)殖場(chǎng)的水質(zhì)溫度、PH值、電導(dǎo)率的檢測(cè)等功能[6]。主要工作如下；第1章：緒論。主要介紹課題基于單片機(jī)的海水養(yǎng)殖系統(tǒng)設(shè)計(jì)的課題研究的背景和意義以及國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀，再者介紹本次論文最主要的內(nèi)容和章節(jié)的安排工作。第2章：給出海水養(yǎng)殖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理。第3章：詳細(xì)介紹了基本電路、檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)采集電路、顯示電路、系統(tǒng)控制電路和單片機(jī)系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)電路。第4章：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)與選擇。第5章：分析海水養(yǎng)殖系統(tǒng)的結(jié)果分析。第6章：對(duì)本文工作進(jìn)行總結(jié)。

2總體設(shè)計(jì)方案本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一款基于單片機(jī)的海水養(yǎng)殖系統(tǒng)，該電路基于現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)增加了ph，溫度，導(dǎo)電率控制模塊。用戶可以手動(dòng)設(shè)置顯示接口，根據(jù)檢測(cè)水質(zhì)的溫度、PH值以及電導(dǎo)率，完成一個(gè)實(shí)時(shí)的海水養(yǎng)殖場(chǎng)地水質(zhì)環(huán)境檢測(cè)功能。主要配合51單片機(jī)，以溫度傳感器、PH值傳感器和電導(dǎo)率傳感器作為本次系統(tǒng)的測(cè)量模塊以及藍(lán)牙模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸PC端。該海水養(yǎng)殖系統(tǒng)設(shè)計(jì)大體可以去分為采集、處理、傳輸?shù)热齻€(gè)部分，對(duì)應(yīng)的器件模塊分別是STC8G1K08單片機(jī)、DS18B20傳感器、PH值傳感器、電導(dǎo)率、PC端等，另外，以STC8G1K08單片機(jī)為主控制單元，數(shù)據(jù)的采集是通過溫度傳感器進(jìn)行采集水中的溫度數(shù)據(jù)和pH模塊記錄水的pH值，TDS模塊檢查水的導(dǎo)電性，并將收集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的電壓信號(hào)。將模擬電壓信號(hào)經(jīng)A-D相轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)系統(tǒng)stc8g1k08，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)控制的主控制電路進(jìn)行分析和處理。，進(jìn)行顯示出溫度值、PH值以及電導(dǎo)率，同時(shí)通過藍(lán)牙模塊將數(shù)據(jù)上傳PC端進(jìn)行顯示當(dāng)前環(huán)境的數(shù)據(jù)值。同時(shí)也可在PC端查看檢測(cè)到它們的數(shù)據(jù)流。系統(tǒng)的總體框圖如圖2.1所示。圖2.1系統(tǒng)總體框圖3硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)設(shè)計(jì)3.1.1單片機(jī)的選擇方案一：選擇控制數(shù)字信號(hào)處理和分析的數(shù)據(jù)處理模塊的執(zhí)行選項(xiàng)。單片機(jī)的型號(hào)種類是非常的多，非常容易的就能夠滿足其市場(chǎng)上那些集成電路模塊的需求，性能方面也非常的適應(yīng)其最重要的特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)集成應(yīng)用模塊非常高，很容易將模塊擴(kuò)展到集成性能非常差的混合模式端口。此外，它還可以為電池供電，從而提高可拆卸性和可回收性。缺點(diǎn)是，這些產(chǎn)品的實(shí)際市場(chǎng)價(jià)格相對(duì)較高，公司對(duì)提高成本和生產(chǎn)率沒有貢獻(xiàn)[5]。方案二：與其他單片機(jī)相比，該單片機(jī)電機(jī)是最大、最寬的串行電機(jī)。與其他類型的單片機(jī)相比，51單片機(jī)具有集成度高、抗干擾、可靠性高、外圍電路易于擴(kuò)展、容量小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，它們具有高技術(shù)質(zhì)量、低產(chǎn)品價(jià)格和高成本。缺點(diǎn)是對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)處理的分析相對(duì)較少[6]。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使其成為一個(gè)可接受的整體系統(tǒng)。首先，多傳感器水質(zhì)數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)顯示具有遠(yuǎn)程控制功能。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是如何傳輸采集到的數(shù)據(jù)，以及哪個(gè)模塊直接與單片機(jī)系統(tǒng)連接。單片機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、速度快、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量小等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，傳感器模塊具有連接簡(jiǎn)單、成本低、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，選擇stc8g1k08作為主晶體。3.1.2STC8G1K08單片機(jī)簡(jiǎn)介STC8G1K08單片機(jī)是8位微機(jī)，耗電低，CMOS性能高，密度高，容易攻擊。STC8G1K08單個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以提供更高效和靈活的解決方案和解決方案，包括可編程閃存設(shè)備、相對(duì)靈活的8位處理器和一個(gè)計(jì)算機(jī)可編程的在線閃存系統(tǒng)。STC8G1K08可以簡(jiǎn)化為0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并且支持兩種經(jīng)濟(jì)計(jì)量模型軟件。電腦系統(tǒng)空著一臺(tái)時(shí)，CPU馬上停止。在RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行接口和保留過程中繼續(xù)執(zhí)行。如果我們的SCM系統(tǒng)處于斷路器保護(hù)模式，我們的故障將被保存，發(fā)電機(jī)將立即被凍結(jié)，SCM系統(tǒng)的所有動(dòng)作將被系統(tǒng)中斷。在系統(tǒng)再次故障或設(shè)備更換之前，操作不會(huì)完成。8位微控制器和8字節(jié)的系統(tǒng)可編程存儲(chǔ)器[10]。如下圖3.1所示。圖3.1STC8G1K08單片機(jī)原理圖3.2PH模塊設(shè)計(jì)3.2.1PH傳感器的選擇為了從pH監(jiān)測(cè)系統(tǒng)收集和報(bào)告環(huán)境信息，應(yīng)選擇pH監(jiān)測(cè)模式[13]。方案一：用金屬電極測(cè)定pH值。該方法直接關(guān)系到金屬電極中金屬表面的氧化，具有廣闊的應(yīng)用前景，能夠準(zhǔn)確測(cè)定溶液的pH值。方案二：pH傳感模塊。pH模塊應(yīng)用于pH復(fù)合電極。接口使用BNC標(biāo)準(zhǔn)。該模塊具有較高的精度、可靠性和穩(wěn)定性。它還可以實(shí)時(shí)跟蹤水的pH值，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入主控芯片。缺點(diǎn)是電極容易腐蝕?？紤]到設(shè)計(jì)要求和水質(zhì)測(cè)試，測(cè)試范圍也受到限制。根據(jù)這兩個(gè)選項(xiàng)，選擇方案二相對(duì)容易理解，成本低，成本低。3.2.2PH模塊溶液的酸堿度(PH值)是溶液的一個(gè)重要特性該模塊通過BNC接口連接到組合PH電極，擴(kuò)展溫度傳感器DS18B20的接口，促進(jìn)了溫度補(bǔ)償軟件的設(shè)計(jì)?？梢栽O(shè)置縮放比例（順時(shí)針和順時(shí)針縮放）。這個(gè)模塊成本高，使用方便，測(cè)量精度高。模擬電壓信號(hào)可以直接以0到5V或0到3V操作。圖3.2PH值傳感器原理圖3.3電導(dǎo)率模塊設(shè)計(jì)3.3.1電導(dǎo)率傳感器的選擇方案一：進(jìn)行采用其光敏電阻元件。利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)進(jìn)行制成的可變電阻器，其電阻值會(huì)隨著入射光的變化而進(jìn)行變化。當(dāng)入射光的強(qiáng)度比較高的時(shí)候，它的電阻值將會(huì)進(jìn)行減小，而當(dāng)入射光的強(qiáng)度比較小的時(shí)候，它的電阻值將會(huì)進(jìn)行增大，從而進(jìn)行測(cè)量相應(yīng)的一個(gè)光強(qiáng)度變化。方案二：電導(dǎo)率傳感器TDS型主要是進(jìn)行測(cè)量洗滌水中的濁度，它是基于光學(xué)的原理，并以特定的波長(zhǎng)進(jìn)行接收其發(fā)光二極管和光電二極管的信號(hào)，它具有精度高、可靠性高、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。它可以實(shí)時(shí)跟蹤光照強(qiáng)度，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺匦酒?。大量的光線透過水面。表明水質(zhì)量達(dá)標(biāo)。為了進(jìn)行模擬水質(zhì)情況，本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)是需要去進(jìn)行采集其水質(zhì)情況的，通過光照模塊對(duì)水的穿透度進(jìn)行采集，如果光敏值越大說明越清晰。越小說明越渾濁，為了測(cè)量數(shù)據(jù)更精確，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用方案二中的TDS傳感器模塊進(jìn)行模擬檢測(cè)水質(zhì)電導(dǎo)率。3.3.2電導(dǎo)率模塊電導(dǎo)率傳感器TDS型主要是進(jìn)行測(cè)量洗滌水中的濁度，它是基于光學(xué)的原理，并以特定的波長(zhǎng)進(jìn)行接收其發(fā)光二極管和光電二極管的信號(hào)。KIE不透明度傳感器的原理:當(dāng)光通過一定量的水時(shí)，光的下降量依賴于水中的污穢量，污穢量增加時(shí)，因水樣的光而減少。不透明度傳感器測(cè)量流過水的光量，計(jì)算水的不透明度。這些判斷是基于潔凈水的測(cè)定值和現(xiàn)在的水質(zhì)測(cè)定值的比較，通過測(cè)量水的渾濁度，可以保證水質(zhì)質(zhì)量，便于水生物或者人類使用，原理圖如圖3.3所示。圖3.3電導(dǎo)率檢測(cè)電路原理圖3.4溫度模塊設(shè)計(jì)3.4.1溫度傳感器的選擇方案一：根據(jù)熱阻的溫度效果來決定溫度。確定測(cè)量物體的溫度變化中的電壓或電流，用A/D將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為單頻系統(tǒng)，用機(jī)器處理數(shù)據(jù)傳送到顯示器。因此，測(cè)量的溫度、警報(bào)、溫度調(diào)整顯示在畫面上，具有精度高、體積小等優(yōu)點(diǎn)，但其主要缺點(diǎn)是模塊化電路，因此需要在整個(gè)設(shè)計(jì)上切換模塊/模塊。熱敏電阻電路的問題更加嚴(yán)重，干擾防止能力也很低[11]。方案二:DS18B20，使用溫度傳感器測(cè)量環(huán)境溫度。溫度傳感器是集成的模擬數(shù)字溫度傳感器。無需添加外部AD開關(guān)，即可直接與單個(gè)相機(jī)通信。缺點(diǎn)也很明顯。E.進(jìn)修由于工程設(shè)計(jì)的要求和系統(tǒng)對(duì)水溫的控制，檢測(cè)范圍也很小。在這兩個(gè)方面中，方面2的電路和軟件不難得出相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)論。因此，DS18B20模塊使用可選2。在傳感器檢測(cè)領(lǐng)域，該方法用于收集溫度信息。3.4.2溫度傳感器Ds18b20數(shù)字溫度傳感器這是一個(gè)非常小的集成芯片，配有LEDD轉(zhuǎn)換器、外殼等。該傳感器具有體積小、硬件體積小、抗干擾能力強(qiáng)和精度高的優(yōu)點(diǎn)。線路總線輸出模式簡(jiǎn)化了用于構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的各種DS18B20模塊。溫度傳感器模塊具有以下特性：（1）它有一個(gè)單線接口。（2）低工作電壓，3.5.5v。（3）溫度測(cè)量范圍為-55125°C。溫度溶液的最高溫度可達(dá)0.625℃。根據(jù)課題對(duì)溫度范圍和精度的要求，采用DS18B20對(duì)節(jié)點(diǎn)周圍的溫度進(jìn)行測(cè)量和控制。如圖3.4所示。圖3.4溫度檢測(cè)電路原理圖3.5顯示模塊OLED12864顯示屏模塊是一款128×64行點(diǎn)陣的字符、圖形顯示模塊。模塊內(nèi)藏有64×64的顯示數(shù)據(jù)RAM，每一位數(shù)據(jù)都能夠去對(duì)應(yīng)OLED屏上一個(gè)點(diǎn)的亮、暗狀態(tài)；另外，其顯示屏的接口電路以及操作指令相對(duì)比較簡(jiǎn)單，具有8位的并行數(shù)據(jù)接口，可以直接與STM32單片機(jī)進(jìn)行相連接。與其單片機(jī)P3.2和P3.3引腳扣相連，其原理圖如下圖3.5所示。圖3.5顯示電路原理圖3.6報(bào)警模塊此系統(tǒng)用于激活警告音和LED顯示器。其主要功能之一是將通過各種檢測(cè)模塊采集的數(shù)據(jù)傳送至設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行分析，若超過設(shè)定的啟動(dòng)極限，則在一定的頻率范圍內(nèi)發(fā)出評(píng)價(jià)后警報(bào)。報(bào)警電路模塊原理圖如下圖3.6所示:圖3.6報(bào)警電路原理圖3.7藍(lán)牙模塊藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)最初是由電信巨頭愛立信公司于1994年創(chuàng)立,它是一種無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，致力于在10～100m的空間內(nèi)使所有支持該技術(shù)的用戶進(jìn)行話音和數(shù)據(jù)通信；并且可以實(shí)現(xiàn)固定設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備和樓宇個(gè)人域網(wǎng)之間的短距離（10米半徑范圍內(nèi)）通信環(huán)境數(shù)據(jù)交換，是一種低成本、低功率的無線技術(shù)。它的特點(diǎn)是全球范圍都適用、可以傳輸語音和數(shù)據(jù)以及建立臨時(shí)性的對(duì)等連接（Ad-hocConnection)、具有很好的抗干擾能力、藍(lán)牙模塊體積很小、便于集成、低功耗、低成本。其原理圖如圖3.7所示。圖3.7藍(lán)牙模塊原理圖3.8供電模塊針對(duì)于本文設(shè)計(jì)，為了使實(shí)物操作更加簡(jiǎn)單化，簡(jiǎn)易化，使用直流電源，由于STM32單片機(jī)模塊供電是3.3V，所以電路設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行添加電源轉(zhuǎn)換模塊，本文設(shè)計(jì)采用的是SC662K系類的電源穩(wěn)壓芯片，該芯片的固定輸出電壓為1.5V、1.8V、2.5V、2.85V、3.0v、3.3V、5.0V,具有1%的精度。它的引腳上能夠兼容其它三端的SCSI穩(wěn)壓器，還能夠去提供適用于貼片安裝的SOT-223、8引腳SOIC以及TO-252塑料封裝。該芯片還提供過載和過熱保護(hù)，防止外部環(huán)境因素導(dǎo)致溫度過高。以致于數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確。室內(nèi)環(huán)境智能控制系統(tǒng)的供電部分主要是將220V的交流電壓通過降壓轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為5V的一個(gè)直流電壓，然后去進(jìn)行供繼電器的使用，最后再去通過SC662K當(dāng)模塊轉(zhuǎn)換為3.3V直流時(shí)，將其發(fā)送到STM32模塊。因此，在室內(nèi)智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，選擇了SC662K-3.3V模塊，使實(shí)際的對(duì)象能夠選擇USB電源進(jìn)行PCB的演示。選擇是手機(jī)的充電頭、充電器、電腦的USB接口等。這樣供電就得到了有效地解決，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)變得更加簡(jiǎn)潔，供電電路原理圖如下圖3.8所示：圖3.8供電模塊原理圖3.9硬件總圖本文海水養(yǎng)殖系統(tǒng)主要是由單片機(jī)系統(tǒng)、顯示模塊、溫度傳感器、PH值傳感器、電導(dǎo)率傳感器、鹽堿度傳感器模塊、藍(lán)牙模塊以及報(bào)警電路模塊進(jìn)行構(gòu)成，其整體原理圖如圖2.9所示。圖2.9整體電路原理圖4軟件設(shè)計(jì)當(dāng)開發(fā)整個(gè)系統(tǒng)軟件時(shí)，必須考慮一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的軟件資源配置。因此，軟件開發(fā)的合理化和簡(jiǎn)化是必要的。以下三點(diǎn)（1）有必要對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的需求進(jìn)行分析。具體問題分析（2）用算法配置電路（3）根據(jù)第一個(gè)設(shè)計(jì)的場(chǎng)景創(chuàng)建一個(gè)程序，定義算法和程序，根據(jù)描述設(shè)置場(chǎng)景，并完成配置。程序數(shù)據(jù)受結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法的約束。減少整個(gè)設(shè)計(jì)上的邏輯錯(cuò)誤，方便用戶對(duì)程序的修改以及調(diào)試。4.1主程序結(jié)構(gòu)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是將STC8G1K08作為主控制芯片，用C語言編程進(jìn)行實(shí)現(xiàn)監(jiān)控過程。系統(tǒng)進(jìn)行上電之后，首先是進(jìn)行初始化的工作，隨后利用傳感器進(jìn)行采集溫度、PH值以及電導(dǎo)率，采集完這些信息之后，再次去將這些信息進(jìn)行打包，然后通過顯示屏進(jìn)行顯示并通過藍(lán)牙模塊進(jìn)行上傳PC端遠(yuǎn)程監(jiān)控。主程序圖如圖4.1所示。圖4.1主程序結(jié)構(gòu)圖4.2按鍵子程序的設(shè)計(jì)按鍵掃描的程序一般為首先判斷有沒有鍵按下，然后通過延遲程序進(jìn)行去抖動(dòng)，接著求按下鍵的信號(hào)，等按鍵釋放后會(huì)轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理子程序，按鍵處理子程序流程圖如圖4.2所示。圖4.2鍵盤處理子程序4.3顯示子程序的設(shè)計(jì)在使用之前，啟動(dòng)清除屏幕的過程，并調(diào)用默認(rèn)的讀寫命令，最后顯示其采集到的數(shù)據(jù)信息。顯示子程序流程圖如圖4.3所示。圖4.3顯示處理子程序

5實(shí)驗(yàn)結(jié)果5.1調(diào)試部分根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，將調(diào)試分為硬件調(diào)試、軟件調(diào)試、包裝調(diào)試三個(gè)模塊。（1）硬件調(diào)試1）系統(tǒng)電源供電路調(diào)試在供電接口VCC與GND的兩端進(jìn)行接上其電源之后，將其閉合開關(guān)，會(huì)發(fā)現(xiàn)電源的指示燈是不亮的狀態(tài)，所以相應(yīng)的進(jìn)行使用萬用表檢測(cè)到其USB的供電口的1腳以及4腳是有電壓的，猜想是不是發(fā)光的二極管正負(fù)極進(jìn)行接反了，接著進(jìn)行了測(cè)試實(shí)驗(yàn)將其調(diào)換了正負(fù)極之后，其發(fā)光二極管相應(yīng)的進(jìn)行了正常工作。2）液晶顯示模塊電路的調(diào)試設(shè)備通電，液晶屏幕會(huì)亮起來，亮起來后發(fā)現(xiàn)屏幕上沒有顯示出字符，然后將其進(jìn)行斷電后，利用螺絲刀去把電位器進(jìn)行調(diào)整，發(fā)現(xiàn)是電位器的旋鈕被扭到了最左端，電位器移至左端的時(shí)候其屏幕的灰度值是最低的，將其進(jìn)行向右旋轉(zhuǎn)，通上電，顯示屏就可以很清晰地顯示字符了。3）單片機(jī)電路調(diào)試單片機(jī)是主要核心。在一開始的調(diào)試當(dāng)中，有些時(shí)候會(huì)出現(xiàn)調(diào)節(jié)按鍵的失靈、液晶顯示屏幕顯示字符不完整或者不顯示等情況。這個(gè)主要是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的部分引腳可能與其按鍵、顯示電路的一些接口由于脫焊導(dǎo)致的，將其再次進(jìn)行焊接之后，可以發(fā)現(xiàn)該故障情況已被消除。（2）軟件調(diào)試整個(gè)系統(tǒng)的軟件開發(fā)過程以C語言完成，選擇Stc8g1k08作為程序調(diào)試支持，使用keil-uvi4創(chuàng)建統(tǒng)一的程序編輯環(huán)境，使用大部分的設(shè)計(jì)和編輯功能。之后，通過對(duì)數(shù)據(jù)收集電路模塊程序的順序調(diào)試和檢查，對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行了調(diào)試。（3）.軟件調(diào)試與設(shè)備連接利用晶體設(shè)計(jì)軟件stc8g1k08對(duì)串行傳輸改進(jìn)系統(tǒng)和可編程keil軟件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，最終設(shè)計(jì)基本完成。。5.2實(shí)物測(cè)試在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，控制溫度、pH值和電導(dǎo)率，以監(jiān)測(cè)水質(zhì)和環(huán)境。模擬pH傳感器、DS18B20模塊和TDS傳感器模塊測(cè)量pH值、溫度和電導(dǎo)率，并在第一行顯示溫度名稱、pH值和TDS。；第二行顯示第一行對(duì)應(yīng)名稱的值，此時(shí)溫度為23.5℃，PH值是7.4，TDS002mg\l（Temp代表溫度，PH代表水的酸堿性、TDS代表水質(zhì)電導(dǎo)率）；第三行代表此時(shí)海水養(yǎng)殖場(chǎng)地水質(zhì)是否安全和不安全狀態(tài)（S代表安全，W代表不安全），此時(shí)S安全；第四行和第五行對(duì)應(yīng)PH值、溫度值以及水質(zhì)電導(dǎo)率的初始設(shè)定閾值，若檢測(cè)值超過則會(huì)報(bào)警。圖5.1系統(tǒng)啟動(dòng)圖首先找到HC-05藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行連接，連接成功，數(shù)據(jù)會(huì)實(shí)時(shí)上傳，如圖5.2所示。圖5.2藍(lán)牙連接圖圖5.3藍(lán)牙連接成功圖為了模擬海水養(yǎng)殖系統(tǒng)的效果，進(jìn)行設(shè)置閾值，將閾值設(shè)置低一點(diǎn)模擬報(bào)警，如圖5.4所示，首先用手觸摸溫度傳感器模擬水的溫度，發(fā)現(xiàn)溫度慢慢升高，如圖5.5所示，此時(shí)蜂鳴器會(huì)報(bào)警（截圖無法體現(xiàn)）其他情況也發(fā)生了同樣的情況。經(jīng)過物理調(diào)試，開發(fā)了令人滿意的程序。程序的調(diào)試過程在軟件硬件的結(jié)合過程中進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目的第一個(gè)功能要求。圖5.4閾值設(shè)置圖圖5.4溫度檢測(cè)圖5結(jié)論經(jīng)過兩個(gè)多月的努力和大量試驗(yàn)，最終達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)的電路主要由stc8g1k08、按鍵控制電路、顯示電路、電導(dǎo)率控制電路、pH值控制電路、藍(lán)牙和DS18B20組成。水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)通過溫度傳感器和pH模塊收集水溫?cái)?shù)據(jù)，通過TDS模塊收集水溫?cái)?shù)據(jù)，測(cè)量水的不滲透性，在顯示屏上顯示溫度、pH值和土壤電導(dǎo)率，并通過藍(lán)牙通過PC傳輸數(shù)據(jù)。雖然這個(gè)項(xiàng)目達(dá)到了最初的思想要求，但仍有許多不足之處需要研究和改進(jìn)。以下問題和章節(jié)將在日后的加以完善改進(jìn)。1、本文只進(jìn)行了論文的實(shí)物測(cè)試，未落實(shí)到真實(shí)的檢測(cè)平臺(tái)上面去進(jìn)行測(cè)試，希望下一步能對(duì)海水養(yǎng)殖系統(tǒng)的物理?xiàng)l件進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)行實(shí)地測(cè)試。2、本人所設(shè)計(jì)的海水養(yǎng)殖系統(tǒng)只進(jìn)行了溫度、PH值以及電導(dǎo)率的數(shù)據(jù)顯示及傳輸遠(yuǎn)程監(jiān)控，接下來可以進(jìn)行水質(zhì)調(diào)理方向進(jìn)行考慮，如PH值過高過低怎么應(yīng)對(duì)調(diào)整。3、本人所測(cè)試的海水養(yǎng)殖系統(tǒng)的不同狀態(tài)上的工作情況都是通過手動(dòng)進(jìn)行模擬，而沒有在具體的環(huán)境中去實(shí)地進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，可以向自動(dòng)化方向進(jìn)行延伸。希望在以后的學(xué)習(xí)與工作當(dāng)中，能夠?qū)⑺鶎W(xué)的知識(shí)點(diǎn)運(yùn)用于實(shí)踐，及時(shí)了解本專業(yè)最新的學(xué)術(shù)成果并掌握好。

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