毕业论文-具有移动端的浊度测试仪.doc

具有移动端的浊度测试仪摘要浊度是指水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度，是水质标准检测的重要指标之一。浊度是由微小颗粒，如淤泥、粘土、微生物和有机物等引起的，不仅与水中悬浮物质的含量有关，而且与它们的大小、形状及折射系数等有关。水的浊度是反映水质优劣的一个十分重要的指标。随着生活水平的改善，对水质的要求随之更加严格，从而对浊度测量也提出了更高的要求。为改变目前大量采用国外浊度仪的现状，急需开发高性能的浊度测量仪器。本课程设计的设计思想是根据散射光由于浊度的不同而发生强弱变化的光学原理,以光电接收器件来接收散射光，接收器的电信号并进行放大，由单片微处理器记录和换算，最后统计和输出。系统采用STC89C52单片机为控制核心，由用于数据采集的光电三极管，前置放大部分，A/D转换器，蓝牙模块，安卓软件模块以及电源等附属部件组成。关键词: 浊度，光电三极管，STC89C52，前置放大模块Turbidity meter with Mobile data terminalsElectronic information science and technology 11-1 Feng shiSupervisor Zhang xiang-xueAbstractTurbidity is refers to the suspended solids in water on the degree of blocking the light through. It is one of the important indexes of water quality standard testing. Turbidity is made up of tiny particles, such as silt, clay, microorganisms and organic matter. It caused not only the content of suspended matter in water, but also to their size, shape and refractive index . The turbidity of the water to reflect the merits of a very important water quality indicators. As living standards improved, along with more stringent water quality requirements, and also a higher turbidity measurement requirements. To change the current status of a large number of the use of foreign turbidimeter, turbidity measurements needed to develop high performance instruments.This design idea is, according to the different scattered light turbidity occurs because changes in the strength of optics, photoelectric receiving device to receive the scattered light collection and optical receiver to amplify electrical signals from single-chip microprocessor Records and conversion, the final statistics and output. STC89C52 microcontroller for the control system is the core of the data collected by the optical sensor, preamplifier part, SCM, display, A/D converter, the android software modules, and other ancillary components.Key Words: Turbidity photoelectric triode, Silicon photovoltaic cells, STC89C52, Preamplifier module目 录绪 论11.1 课题提出的目的及意义11.2 国内外研究现状11.3发展趋势22系统的整体方案设计32.1系统的整体构架32.2 浊度测量原理32.3 光源的选择53 系统硬件设计63.1水质浊度采集模块（光电三极管）63.2信号放大模块83.3 A/D转换模块93.3.1 A/D转换电路设计93.3.2 ADC0832介绍103.4 主控模块113.5 蓝牙模块123.6 复位电路133.7 电源电路144 系统软件设计154.1 主程序设计154.2 A/D转换模块子程序设计164.3 安卓蓝牙程序设计174.4 小结195 结语20参考文献21致谢22北京林业大学本科毕业论文(设计)绪 论1.1 课题提出的目的及意义单片机的起源和发展对现今社会有着重要的意义，目前单片机渗透到我们生活的各个领域，很难找到哪个领域没有单片机的身影。纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。浊度是指水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。水中的悬浮物一般是泥土、砂粒、微细的有机物和无机物、浮游生物、微生物和胶体物质等。水的浊度不仅与水中悬浮物质的含量有关，而且与它们的大小、形状及折射系数等有关。这些悬浮物可能保护有害微生物，使其在消毒过程中不易被去除。因此无论在工业过程、饮用水或产品中，浊度都是一个很重要的参数。用以表示水的清澈或浑浊程度饮用、食物及饮料加工、工厂排放等场合的水都应严格控制浊度。随着人们对食品安全、环境保护越来越重视，公众更加关注水浊度的监视与测量。浊度为水样光学性质的一种表达语。它是水对光的散射和吸收能力的量度，与水中颗粒的数目、大小、折光率及入射光的波长有关。是反映天然水和饮用水的物理性状的一项指标，用以表示水的清澈或浑浊程度，是衡量水质良好程度的重要指标之一。水的浊度是表示水中不同大小、比重、形状的悬浮、胶体物质，浮游生物和微生物等杂质对光所产生效应的参数。它并不直接表示水样中的杂质的含量，但与其存在的数量有关，水浊度的测量是利用“水样对光散射和吸收的化学性质”，将水样的浊度转化为电信号，并保证一定准确度和精度的在线水质分析。使用光学散射式浊度测量方法，将浊度转化为光电信号，通过单片机智能处理，对各种工艺过程的水质浊度进行连续分析测定。1.2 国内外研究现状国内浊度仪器的现状：我国从80年代开始研制和生产工业水质浊度分析仪，光源和传感器技术的生产开始就落后，所以与国外浊度仪比较，技术性能差别很大，加之电子控制线路部分不先进，所以长时间水浊度分析仪器行业几乎是空白点。随着国民经济和科学技术的发展，国内关于浊度与浊度仪的研究开始逐渐丰富起来，一些大学的研究实验室已投入研究工作的有关浊度仪行列。但整体来说，无论是研究机构或产品型号，比较单一，但其中大部分是台式的，不是很适合在工厂使用，根据产品技术参数的说明，其测量范围也很有限。最大的问题是由浊度传感器，特别是光源的稳定性，寿命都没有解决。因此，解决国产浊度传感器稳定测量，是迫切需要解决的问题。限制我国的工业浊度仪发展的另一个问题是：880nm波长的红外发光二极管。这种特殊的LED器件是研制高性能浊度传感发送器的关键，它可以代替以往复杂的大型光源和光学系统，不仅结构可以简单小巧，而且还大大降低了成本可能会非常高的技术水平，达到90年代后期国际水平。在过去，880nm的红外LED发光器件几乎都是特殊的外国制造厂商浊度仪秩序，市场不出售，因此，直接采购是非常困难，几乎不可能解决。因此，为了解决生产和环境问题的许多企业需要的高价格监测浊度，浊度计的进口，使该项目预算的增加，以不打破总成本，常常被用来减少文书，甚至取消这种做法完全保持平衡，这样的分析和监测工具大大降低，在自动化水平整体下降，不能说是生产过程和环境管理的一大遗憾。进入90年代，在消化吸收国外浊度仪先进技术的基础上，不断改进和创新，推出了一些浊度仪器品种，虽然没有进口仪器先进，但可以在一般情况下使用，填补了我国浊度仪的空白。但是从其技术参数来看，测量精度及范围还是有限的。国外浊度仪器的现状：进入21世纪后，国外很多仪器仪表公司推出了技术先进、性能优良的水质浊度分析仪。在众多的水质浊度分析仪产品中，具有代表性的品种有美国HACH公司的T53、556系列；美国Rosemount公司的T1055系列；德国E+H公司的TlirbimaxCUE21/CUE22系列等。这些新型的工业水质浊度分析仪，都是采用单片机技术，许多仪器的单片机都是目前最新型的单片微型计算机芯片。某些公司产品将测定浊度和固体悬浮物可以用同一只探头、同一台仪器操作，只需按一下功能转换键就可以了，不需要重新进行参数设定和更换测量探头，大大扩大了仪器的应用范围，增强了仪器检测的多元化功能。几乎所有的产品都具有自动清洗设备，许多低浊度产品可选配自动清洗装置或自带清洗装置，使仪器可在工业废水，粘性产业领域等更恶劣的工业环境，还可以根据对测量的要求，对自动清洗程序自行设定，从而确保长期稳定运行浊度仪。1.3发展趋势随着社会的发展和人们对自身健康的关注以及水资源日益短缺和恶化，使人们对水质越发关注，因此各项水质检测仪器都需要突破难关，迅速发展。统计数据表明，1995-1999年，全国水质分析仪器的年平均销售量位217亿美元，同期中国平均销售额仅为20亿美元左右，占全球总销售额的3.8%。因此中国许多项水质检测仪器都需从国外购买。“十二五”期间，环保部要求县以上城市的污水厂全部采用在线监测，数量巨大，目前发达国家的进口仪器占国内数量的95%，而国内的仪器由于质量不稳定，精度不够远远跟不上社会发展的需要。不但市场占有率低，而且质量不稳定，进口仪器的价格约5万。需进一步扩大用途用于医院污水排放，水产养殖，自来水厂，纯净水厂。目前，经文献检索，对我国具有一定影响的分析仪器公司中(如上海雷磁分析仪器厂，北京分析仪器厂及四川分析仪器厂等)没有类似成熟产品的信息。同时这些仪器采用的特殊的LED器件是波长880nm近红外光发光二极管，随着国内生产半导体器件的厂商不断发展和技术的不断进步，已具备开发这类特殊的LED器件的能力，极大地满足了我国分析仪器这一特殊仪器仪表行业使用需求。在这样的背景下，开发出我们自己的高质量的浊度仪具有非常现实的意义。2系统的整体方案设计2.1系统的整体构架本系统采用STC 公司生产的STC89C52单片机作为主控芯片，采用频率特性好，具有较高的响应频率的光电三极管采集光信号并转化成电信号，经过放大电路把信号放大，再通过A/D转换器，转换成数字信号送入单片机进行分析处理，通过蓝牙模块发送到手机端，最后显示出相关数据。系统硬件结构框图见图2-1。图2.1 原理框图Fig.2.1 the Principle of flowchart各框图的作用：（1）A/D转换电路：它的作用是将时间连续、幅值也连续的模拟量转换为时间离散、幅值也离散的数字信号，因此，A/D转换一般要经过取样、保持、量化及编码4个过程。在实际电路中，这些过程有的是合并进行的。例如，取样和保持，量化和编码往往都是在转换过程中同时实现的。（2）信号放大电路：放大是最基本的模拟信号处理功能，它是通过放大电路实现的，大多数模拟电子系统中都应用了不同类型的放大电路。放大电路也是构成其他模拟电路，如滤波、振荡、稳压等功能电路的基本单元电路。（3）单片机电路：单片机电路是程序控制的中心，它把计算机的各种功能电路都集成在一块芯片上，主要包括中央处理器CPU、程序存储器ROM、数据存储器RAM、输入/输出接口电路及计时、分频、扫描、定时、时间设定等电路，ROM内已固化了操作程序，单片机根据输入指令和检测信号，调出内部相应的操作程序，通过电路处理后，输出各种电路控制信号，自动完成程序操作过程。（4）复位电路：置位和复位，都是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来说，单片机复位电路作用是把一个例如状态机初始化到空状态，而在单片机内部，复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位，而复位时间是(时钟周期=12振荡周期,振荡周期=1/f)，这个时间只能大不能小，具体数值可以由RC电路计算出时间常数。（5）电源电路：这是为主控芯片及其外围控制电路提供稳定电源的电路，STC89C52及其他元件需要+5V的电源,A/D转换器需要+5V电源。2.2 浊度测量原理考虑到传感器的结构、性能方面的差异，所以整个设计的浊度检测系统中采用的是水外传感。水外传感器的设计在操作上得到了简化，但精密度上有一定的局限，测量误差也相对较大。散射式浊度传感器的工作原理如图2.2所示。散射光 入射光图2.2 传感器工作状态和原理示意图Fig.2.2 Sensors working conditions and Schematic浊度传感器由光源和光电探测器两部分组成，LED光源发出光，在所要检测物质上进行散射过后，在由检测器检测到入射光强。光线透过水中会产生散射光强度并且水质会影响散射光的空间分布，散射光的强度和它的空间分布会受到水溶液中的悬浮物的大小、入射光的强度和波长、溶液的介质折射率产生不同程度的影响。不同的条件下，散射光的强度有很大不同。比如，当波长不同的透射光作用于同一个悬浮物或者是同一束光照射在不同大小的悬浮物上时，散射光的强度会不一样，并且其空间分布也存在一定差异。所以测量散射光强度，可以达到测量浊度的效果。光线透射到水溶液，在其90方向的散射光强度可用下公式： （2-1）（式中，入射光的强度：；单位容积的微粒数：N；微粒的总体积：V；人射光波长：；系数：K）。在一定条件下，若上式中的 、 V 为常数，那么KNV/将会与待测溶液的浊度成正比，即： （2-2）（式中T为水质的浊度；为另一个系数）因此，由（3-2）式可知，当保持不变，散射光的强度与浊度成正比。由于浊度与光线透过水溶液产生的散光强度存在一定的函数关系，所以把测量水溶液的浊度问题可以转换为测量散射光的光强的问题，从而转换成测量与采集电路中电流的问题。一般在测量环境中，会存在非线性误差，所以我们必须要考虑测量的非线性度。我们要求本次设计的水质浊度测量的非线性度要小于2。当需要测量的水质浓度浊度100 NTU时，必须要采取一定的补偿措施，否则测量的结果将会有很大误差甚至出现错误，而使浊度测量失去意义。因此，我使用的是软件补偿法，即通过多项式的逼近的来进行线性补偿，原理式如下： （2-3）（式中，散射光强：；浊度值：T()。由于时，已能满足系统设备所允许的误差要求，所以分别使用4种标准液进行传感器浊度标定，可以得到4个方程并解出这组四元线性方程，可得到，()。 （2-4）（注：因为与光电二极管的电流成正比，所以 VFC(电压频率转换芯片)的输出频率与也成正比，因此，在这里我们可以将用输出频率代替）。所以，依据上式原理，被检测液体的浊度值就被转换成检测传感器的输出频率而得来。2.3 光源的选择光源直接影响到稳定的仪器来测量的准确性和重现性。从目前的资料来看，采用白炽灯作为光源的浊度计在国内使用最多。作为光源白炽灯，其调整管耗散功率较大，随着时间的推移温度上升，从而引起电子元件产生温度漂移，导致读数不稳定。而灯泡在使用一段时间后会发黑，产生老化光衰，这会影响结果的稳定性和灵敏度。国际IS07027环保标准的规定，散射光浊度测量方法，选择散射光的波长为860nm进行测定。波长入800nm时能将水中溶解物对测量的干扰降到最低。在低于500nm的可见光波长范围内，光在水中的有机物质的吸收能力，将带来更大的测量误差。因此，长波长浊度仪使用更准确的浊度测量。本课程设计选用的光源是近红外发光二极管(TSTS7100)。针对上述特性，光源采用恒流源进行供电，主要有以下原因：(1)避免上电时对光源的瞬时冲击，以提高其使用寿命。(2)发光二极管的发光强度与电流成线性关系，而与电压成对数关系，也就是说其发光特性对电压的变化比对电流的变化敏感得多，因而采用恒流源供电，以减少发光强度的波动。213 系统硬件设计本课题的硬件系统主要由主控模块、水质浊度采集模块、信号放大模块、A/D转换模块、前置放大模块、串口通信模块、蓝牙模块、复位模块和显示模块组成。3.1水质浊度采集模块（光电三极管）光电晶体管和普通晶体管类似，也有电流放大作用。只是它的集电极电流不只是受基极电路的电流控制，也可以受光的控制。采用型号为BPW77nb0518型号，制作材料为半导体硅，管型为NPN型，此类光电三极管灵敏度高，输出电流大，多为毫安级，但光电特性不稳定，在较强的光照下，光电流与照度不成线性关系。正常运用时，集电极加正电压。因此，集电结为反偏置，发射结为正偏置，集电结为光电结。当光照到集电结上时，集电结即产生光电流Ip向基区注入，同时在集电极电路即产生了一个被放大的电流Ic=（1+）Ip，为电流放大倍数。图3-1 工作原理图Fig.3.1 Working Principle光电三极管的主要特性为：（1）光电三极管的伏安曲线光电三极管在偏置电压为零时，无论光照度有多强，集电极电流都为零。偏置电压要保证光电三极管的发射结处于正向偏置，而集电结处于反向偏置。随着偏置电压的增高伏安特性曲线趋于平坦。光电三极管的伏安特性曲线向上偏斜，间距增大。这是因为光电三极管除具有光电灵敏度外，还具有电流增益，并且，值随光电流的增大而增大。（2）光电三极管的主要参数和照度特性图3-2为光电三极管的集电极电流与光强特性曲线，光照越强，集电极电流越大。图3-2 集电极光电流与光强Fig.3.2 collector light current vs. irradiance（3）开启、关闭时间与集电极电流特性图3-3为光电三极管开启、关闭时间与集电极电流特性曲线，光电三极管的时间响应常和PN结的结构及偏置电路等参数有关。光电三极管的时间响应由以下四部分组成： 光生载流子对发射结电容Cbe和集电结电容Cbc的充放电时间。 光生载流子渡越基区所需要的时间。 光生载流子被收集到集电极的时间。 出电路的等效负载电阻RL和等效电容Cce所构成的RC时间。图3-3 开启关闭时间与集电极光电流特性曲线Fig.3.3 Turn-on/Turn-off Time vs. Collector Current（4）光电三极管的光谱特性在入射光能量保持一定的情况下，短路电流与不同的入射光频率（波长）之间的关系称为光电池的光谱特性。图3-3为光电三极管光谱特性曲线，从曲线可看出，硅光电池应用的范围400nm1100nm，峰值波长在860nm附近，因此光电三极管可以在很宽的范围内应用。 图3-4 光电三极管光谱特性Fig.3.4 Relative Spectral Sensitivity vs. Wavelength3.2信号放大模块前置放大器是与硅光探测器直接相连的器件，其作用是把散射光电信号放大，其放大倍数、温度参数和输入电流漂移等对测量产生较大的影响，所以前置放大器的选择非常重要。ICL7650 CMOS 斩波集成运算放大结构和性能,输入级使用MOS场效应管,采用斩波自动稳零结构,附带调制和解调等措施,具有输入偏置电流小,低失调电压和温度漂移以及精密的反馈特性和高的共模抑制比能力。3.2.1 LM358芯片结构图3-5 所示是LM358的8 脚双列直插式封装的引脚排列图。图3-5 ICL的引脚排列图Fig.3.5 ICL358 pinout diagram3.2.2 工作原理及特性LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 特性 （1）内部频率补偿。 （2）直流电压增益高(约100dB)。 （3）单位增益频带宽(约1MHz)。 （4）电源电压范围宽：单电源(330V)；双电源(1.5-15V)。 （5）低功耗电流，适合于电池供电。 （6）低输入偏流。 （7）低输入失调电压和失调电流。 （8）共模输入电压范围宽，包括接地。 （9）差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。 （10）输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V)。 3.2.3 信号放大模块电路图图3-6 信号放大模块电路图Fig.3.6 Signal amplification module circuit diagram3.3 A/D转换模块A/D转换在数据采集系统起到的作用不可或缺。模/数转化将检测前端的浊度传感器采集得来的模拟量转换为数字量，并将数字量输入单片机内部并进行相应的处理。根据系统的不同要求，模数转换器A/D的位数将会决定转换的精度。3.3.1 A/D转换电路设计ADC0832是一种模数转换芯片，并且它作为本设计系统的A/D转换电路设计的核心部件。ADC0832芯片可以检测到浊度传感器传出的微弱信号，并且还可以通过软件处理的方法来降低气泡及其他因素对处理结果的影响。以串行通讯对数据进行传送的方法，能够充分利用单片机的资源，从而达到节约资源的效果。A/D转换电路，如图3.7所示：图3.7 A/D转换电路Fig.3.7 A / D converter circuit如图3.7，本设计系统我用到了通道1，将out输入电压送入通道1，以此作为采集的输入信号，通道0的输入为可调电阻电压分压而来。在电路硬件设计上，之所以能够将DO和DI的输出端口并联在一根数据屏蔽线上，是因为：首先ADC0832的两个端口（D0，D1）会异时工作，即当DO口作用时，DI口不会工作；当DI口处于工作状态，DO口会禁止工作。另外这两个端口与单片机的接口是双向的，这就防止数据信息的错位输出。为了达到节约单片机资源的效果，本次设计将DO与DI端口并联的数据线与单片机的P1.4脚相连接，P1.0脚产生A/D转换的时钟信号；P1.3脚产生的片选信号，这个片选信号会被送入A/D转换的CS脚。3.3.2 ADC0832介绍ADC0832是一种体积、兼容性强、转换速度快且稳定性能强的转换芯片。它的分辨率为8位，有两个通道口（D0，D1）。ADC0832芯片的转换速度较高，完成一次转换时间，大约花费32us时间。ADC0832芯片的数据通信方式是串行通信。因为ADC0832芯片具有双数据的输出特性，所以系统可以实时校验测量的数据，这样能减少数据误差。由于ADC0832芯片能够单电源供电，所以它的功耗就较低，功耗大约为15mW，所以这种芯片可以运用在各种便携式的智能检测仪表上。ADC0832的引脚分配及功能如图3.8和表3.1所示。图3.8 ADC0832的引管脚分配Fig.3.8 Cited ADC0832s pin assignment表3.1 ADC0832的引管脚功能Table3.1 ADC0832 lead pin function编号引脚名称引脚功能1CS片选使能，低电平芯片使能2CH0模拟输入通道0，或作为IN+/-使用3CH1模拟输入通道1，或作为IN+/-使用4GND芯片参考0电位（地）5D1数据信号输入，选择通道控制6D0数据信号输入，转换数据输出7CLK芯片时钟输出8Vcc/REF电源输入及参考电压输入（复用）ADC0832的工作原理：想使ADC0832芯片被禁用，只需将高电平输入CS端，那么芯片将会不工作；当CS使能端置于低电平，ADC0832进行A/D转换，使能端一直保持低电平直到这次模/数转换完全结束。当系统需要ADC0832芯片进行A/D转换时，芯片的时钟输入CLK端会接受到单片机发出的一个时钟脉冲，ADC0832芯片的DO/DI端口则会选用DI端口进行工作，DO口没有作用，这时候DI口将依据通道功能的数据信号进行选择不同通道来进行相应的A/D转换。转换开始必须要有个启始信号，DI端必须为高电平，这个条件必须在第1个脉冲的下降沿之前就要满足。此外，DI端完成通道的选择也必须要在第2、3个脉冲下降沿之前。如表3.2所示：表3.2 ADC0832通道选择表Table3.2 ADC0832 channel selection差分模式单端模式通道选择通道通道选择通道SGL/DIFODD/SIGN01SGL/DIFODD/SIGN0100+10+01+11+由表3.2可知，当选择对CH0进行单通道转换时，DI端应输入 “1”、“0” 作为选择通道功能的2位数据。当选择CH1进行单通道转换时，DI端应输入两位数据为“1”、“1”作为选择通道功能的2位数据。当DI端输入两位数据为“0”、“0”时，选择的通道功能是：负输入端IN-由CH1确定，CH0确定正输入端IN+。当DI端输入两位数据为“0”、“1”时，选择的通道功能是：负输入端IN-为CH0，CH1作为正输入端IN+。具体的A/D转换步骤：DI端输入作用会在输入芯片的时钟脉冲到达第3个下降沿时失效，然后DO端工作并将转换后的数据进行输出读取操作。在DO端工作之后的第4个时钟脉冲下降沿，转换数据的DATA7（转换输出数据的最高位）会在DO端输出；然后ADC0832转换芯片将会在每一个脉冲的下降沿，从DO端输出一位数据。直到时钟脉冲到达第11个的下降沿时，DO端将会输出DATD0（输出数据最低位），这就完成了一个字节的输出。按这样的规律将会输出8位数据，数据输出的完成将会在第19个时钟脉冲时，一次A/D转换会经历19个时钟脉冲，这也确定了A/D转换的时间。当A/D转换完成时，只需高电平输入CS端，芯片就会停止工作，然后对转换后的数据进行相应的处理。3.4 主控模块3.4.1 单片机STC89C52简介STC89C52是8位单片机是MSC-51系列产品的升级版，有世界著名半导体公司ATMEL在购买MSC-51设计结构后，利用自身优势技术（掉电不丢数据）闪存生产技术对旧技术进行改进和扩展，同时使用新的半导体生产工艺，最终得到成型产品。与此同时，世界上其他的著名公司也通过基本的51内核，结合公司自身技术进行改进生产，推广一批如51F020等高性能单片机。STC89C52片内集成256字节程序运行空间、8K字节Flash存储空间，支持最大64K外部存储扩展。根据不同的运行速度和功耗的要求，时钟频率可以设置在0-33M之间。片内资源有4组I/O控制端口、3个定时器、8个中断、软件设置低能耗模式、看门狗和断电保护。可以在4V到5.5V宽电压范围内正常工作。不断发展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断降低。同时，该单片机支持计算机并口下载，简单的数字芯片就可以制成下载线，仅仅几块钱的价格让该型号单片机畅销10年不衰。根据不同场合的要求，这款单片机提供了多种封装，本次设计根据最小系统有时需要更换单片机的具体情况，使用双列直插DIP-40的封装。3.4.2 STC89C52的标准功能STC89C52具有8k字节FLASH，256字节RAM，32 位I/O口线，定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到出现下一个中断或者复位为止。3.4.3 单片机STC89C52最小系统图3-9 STC89C52最小系统原理图Fig.3.9 Minimum system principle of STC89C523.5 蓝牙模块3.5.1 蓝牙模块概述本文采用蓝牙通信模块BF10。蓝牙通信模块BF10，为一款自主开发的智能型无线数据传输产品，高灵敏性接收，低成本，体积小巧，低功耗，用于蓝牙的数据传输领域。BlueCore4-Ext芯片，完全兼容蓝牙2.0规范Uart接口，支持1200bps2764800bps等多种波特率支持SPP协议最高可支持3M调制模式外围IO口通信内建8M Flash。 3.5.2 蓝牙模块应用领域 该模块主要用于短距离的数据无线传输领域。可以方便的和PC机（手机）的蓝牙设备相连，也可以两个模块之间的数据互通。避免繁琐的线缆连接，能直接替代现有的串口线。 蓝牙打印机、条码扫描设备 工业遥控、遥测； POS系统，无线键盘、鼠标； 交通,井下定位、报警； 自动化数据采集系统； 无线数据传输、银行系统； 无线抄表、无线数据采集； 楼宇自动化、安防、机房设备无线监控、门禁系统； 智能家居、工业控制； 汽车检测设备； 电视台的互动节目表决设备； 政府路灯节能设备； 无线LED显示屏系统；3.5.3 蓝牙模块封装信息及与单片机连接图3-10蓝牙模块实体图Fig.3.10 Bluetooth module entities蓝牙模块与单片机连接只需要如下图连接图3-11蓝牙模块连接图Fig.3.11 Bluetooth module connection3.6 复位电路3.6.1 复位电路简介关于单片机的置位和复位，都是为了把电路初始化到一个确定的状态，单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位，而复位时间是(时钟周期=12振荡周期,振荡周期=1/f)，这个时间只能大不能小，具体数值可以由RC电路计算出时间常数。单片机复位后各寄存器的状态：PSW变为00H，寄存器0组为工作寄存器组；A赋值为00H，累加器被清零； SP为07H，堆栈指针指向片内RAM 07H字节单元，根据堆栈操作的先加后压法则，P0-P3FFH，表明已向各端口线写入1，此时，各端口既可用于输入又可用于输出；IP00000B，表明各个中断源处于低优先级；IE000000B，表明各个中断均被关断；3.6.2 复位电路图图3-12 复位电路图Fig.3.12 Reset circuit3.7 电源电路电源电路为主控芯片及其外围控制电路提供稳定电源的电路，STC89C52及其他元件需要+5V的电源，A/D转换器需要+5V和-5V的电源。其电路图如图3-13：图3-13 电源电路图Fig.3.13 The power supply4 系统软件设计本课题设计的软件设计采用模块设计，各个模块完成相应的功能。在工作过程中，主控程序或服务程序分别调用相应的子程序以完成浊度信号的检测、各种信号处理以及数据的显示等功能。系统单片机代码采用C语言编写，以KeiluVision2为开发环境。系统程序主要由主程序、A/D转换子程序、液晶显示子程序、串口发送和接收子程序等部分组成。其中，系统的主程序设计主要完成系统初始化、中断优先级设定以及调用各模块程序，即主要实现各模块程序的链接。设计时只需对水质浊度进行相应的采集处理后，即可让液晶显示当前的数据。4.1 主程序设计主控程序首先完成对外部器件及内部寄存器的初始化，之后查询有没有复位按键，如有按键则处理按键，如没有则进入子程序。主控程序的初始化包括：1使系统时钟转向外部时钟系统；2堆栈指针复位；3初始化I/O口；4初始化定时器：5初始化UART0串口；6初始化SPI串口；7初始蓝牙传输串口。系统程序流程图如图4-1所示：图4-1系统程序流程图Fig.4.1 System program4.2 A/D转换模块子程序设计根据TLC549的工作时序，当CS变为低电平后，TLC549芯片被选中，同时前次转换结果的最高有效位MSB(A7)自DATA OUT端输出，接着要求自I/O CLOCK端输入8个外部时钟信号，前7个I/O CLOCK信号的作用，是配合TLC549输出前次转换结果的A6A07位，并为本次转换做准备：在第4个I/O CLOCK信号由高至低的跳变之后，片内采样/保持电路对输入模拟量采样开始CLOCK信号的下降沿使片内采样/保持电路进入保持状态并启动A/D开始转换。转换时间为36个系统时钟周期，CS 保持高电平，或者I/O CLOCK时钟端保持36个系统时钟周期的低电平。由此可见，在自TLC549的I/O CLOCK端输入8个外部时钟信号期间需要完成以下工作：读入前次A/D转换结果；对本次转换的输入模拟信号采样并保持；启动本次A/D转换开始。程序流程图如图4-4：图4-2 程序流程图Fig.4.2 Program flow4.3 安卓蓝牙程序设计Android平台支持蓝牙网络协议栈，实现蓝牙设备之间数据的无线传输，利用android平台提供的蓝牙API去实现蓝压设备之间的通信。蓝牙具有point-to-point和multipoint两种连接功能。使用蓝牙API，可以做到：* 搜索蓝牙设备* 从本地的Bluetooth adapter中查询已经配对的设备* 建立RFCOMM通道* 通过service discovery连接到其它设备* 在设备之间传输数据* 管理多个连接Android的蓝牙API来完成的蓝牙设备通信，主要包含四个部分：蓝牙设置、搜索设备（配对的或可见的）、连接、传输数据。所有的蓝牙API在android.bluetooth包中。实现这些功能主要需要下面这几个类和接口：BluetoothAdapter代表本地蓝牙适配器（蓝牙发射器），是所有蓝牙交互的入口。通过它可以搜索其它蓝牙设备，查询已经配对的设备列表，通过已知的MAC地址创建BluetoothDevice，创建BluetoothServerSocket监听来自其它设备的通信。BluetoothDevice代表了一个远端的蓝牙设备，使用它请求远端蓝牙设备连接或者获取远端蓝牙设备的名称、地址、种类和绑定状态。（其信息是封装在bluetoothsocket中） 。BluetoothSocket代表了一个蓝牙套接字的接口（类似于tcp中的套接字），是应用程序通过输入、输出流与其他蓝牙设备通信的连接点。BluetoothServerSocket代表打开服务连接来监听可能到来的连接请求（属于server端），为了连接两个蓝牙设备必须有一个设备作为服务器打开一个服务套接字。当远端设备发起连 接连接请求的时候，并且已经连接到了的时候，Blueboothserversocket 类将会返回一个bluetoothsocket。BluetoothClass描述了一个设备的特性（profile）或该设备上的蓝牙大致可以提供哪些服务，但不可信。比如，设备是一个电话、计算机或手持设备；设备可以提供audio/telephony服务等。可以用它来进行一些UI上的提示。BluetoothHealth代表了医疗设备配置代理控制的蓝牙服务BluetoothHealthCallback一个抽象类，使用实现BluetoothHealth回调。你必须扩展这个类并实现回调方法接收更新应用程序的注册状态和蓝牙通道状态的变化。BluetoothHealthAppConfiguration代表一个应用程序的配置，蓝牙医疗第三方应用注册与远程蓝牙医疗设备交流。BluetoothProfile.ServiceListener当他们已经连接到或从服务断开时通知BluetoothProfile IPX的客户时一个接口（即运行一个特定的配置文件，内部服务）。为了在应用中使用蓝牙功能，至少要在AndroidManifest.xml中声明两个权限：BLUETOOTH（任何蓝牙相关API都要使用这个权限）和BLUETOOTH_ADMIN（设备搜索、蓝牙设置等）。为了执行蓝牙通信，例如连接请求，接收连接和传送数据都必须有BLUETOOTH权限。必须要求BLUETOOTH_ADMIN的权限来启动设备发现或操纵蓝牙设置。大多数应用程序都需要这个权限能力，发现当地的蓝牙设备。此权限授予其他的能力不应该使用，除非应用程序是一个“电源管理”，将根据用户要求修改的蓝牙设置。private class AcceptThread extends Thread private final BluetoothServerSocket mmServerSocket; public AcceptThread() / Use a temporary object that is later assigned to mmServerSocket, / because mmServerSocket is final BluetoothServerSocket tmp = null; try / MY_UUID is the apps UUID string, also used by the client code tmp=mBluetoothAdapter.listenUsingRfcommWithServiceRecord(NAME, MY_UUID); catch (IOException e) mmServerSocket = tmp; public void run() BluetoothSocket socket = null; / Keep listening until exception occurs or a socket is returned while (true) try socket = mmServerSocket.accept(); catch (IOException e) break; / If a connection was accepted if (socket != null) / Do work to manage the connection (in a separate thread) manageConnectedSocket(socket); mmServerSocket.close(); break; /* * Will cancel the listening socket, and cause the thread to finish * / public void cancel() try mmServerSocket.close(); catch (IOException e) 4.4 小结本章节主要介绍了课题设计的软件设计部分。本课题设计采用了C语言编程，C语言具有简洁紧凑、灵活方便，运算符丰富，数据类型丰富，适用范围大，可移植性好，生成目标代码质量高，程序执行效率高等优点。系统程序主要由主程序、A/D转换子程序、串口发送和接收子程序等部分组成，对各个模块下的各个子程序进行了介绍，并给出了相关的流程。程序流程图是人们对解决问题的方法、思路或算法的一种描述。流程图的优点：具有简单规范的符号，画法简单，结构清晰，逻辑性强，便于描述，容易理解。5 结语浊度是由微小颗粒，如淤泥、粘土、