毕业设计（论文）-基于单片机的河流水质远程监测系统设计.pdf

题目基于单片机的河流水质远程监测系统设计 学生姓名高静学号1213014006 所在学院物理与电信工程学院 专业班级电子 1201 班 指导教师王文洋 完成地点物理与电信工程学院实验室 2016 年 6 月 12 日 陕西理工学院毕业设计 毕 业 论 文 设 计 任 务 书 院(系)物理与电信工程学院专业班级电子 1201学生姓名高静 一、毕业论文设计题目基于单片机的河流水质远程监测系统设计 二、毕业论文设计工作自 2016 年 1 月10 日 起至2016 年6月15日止 三、毕业论文设计进行地点:陕西理工学院 四、毕业论文设计的内容要求： 水质监测：包括 PH，溶氧，水质中的电离子，水质硬度，水质中的氨氮，杂质，浊度，有害有 毒物质等的监测。应用比较多的方面主要有工业用水，民生水产，卫生地下水，污水处理等。本课 题要求利用单片机作为核心控制器件，设计一种基于单片机的河流水质远程监测系统设计。 要求：所设计系统能实现对河流水质的多点实时监测，通过 GPRS 远程发送监测数据。在仿真 电路基础上制作硬件，完成样机的调试。撰写毕业设计论文。（应包括方案设计、比较与论证、分 析与计算、电路图与相关设计文件以及心得体会等）。 五、毕业论文设计应收集资料及参考文献： 收集传感与检测、单片机编程与控制等方面的专业资料，阅读和学习下列参考文献： 1 童诗白,华成英.模拟电子技术基础（第四版）M.北京:高等教育出版社,2006. 2 李建忠.单片机原理及应用（第三版）M.西安:西安电子科技大学出版社,2013. 3 谭浩强.C 程序设计(第二版)M.北京:清华大学出版社,1999. 4 杜月林，孔戎 .基于 MSP430 单片机无线多节点环境监测系统的设计与实现.J. 电子商务.2011 年 第 7 期 5 刘一兵，张能，汪明，王设计.基于 PIC 单片机的多参数水质在线监测系统.J. 传感器与微系统.2012 年 第 5 期 六、毕业论文设计的进度安排： 1 月 10 日3 月 20 日：查阅资料，完成外文翻译原文和开题报告。 3 月 21 日4 月 20 日：完成系统硬件电路的设计并提交中期检查报告。 4 月 21 日5 月 20 日：完成整体设计并调试，准备作品验收。 5 月 21 日6 月 15 日：撰写、修改毕业设计论文，准备并完成答辩。 指 导 教 师 签名系(教研室)主任签名 专业负责人签名批准日期 陕西理工学院毕业设计 基于单片机的河流水质远程监测系统设计 高静 （陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业1201班，陕西 汉中 723000） 指导老师：王文洋 摘要基于单片机的河流水质远程监测系统设计，是以 AT89C51 作为主控单片机，分为水质检测系统、水质显 示系统、控制系统、时钟系统、复位系统、报警系统和 GPRS 远程传输系统七个部分，能实现对河流水质的多点实时 监测，接收和处理浊度传感器、PH 传感器、溶解氧传感器采集的信号，控制液晶实时显示水体的当前温度、PH 以及 湿度，并通过串口通讯将数据送至上位机，上位机接收并保持数据，通过 GPRS 远程发送监测数据。系统简单可靠， 代替了人工控制的工作方式，具有一定的应用价值。 关键词AT89C51；水质检测；GPRS River water quality remote monitoring system based on MCU Gao Jing （Class 1201,Major Electronics and Information Engineering，College of Physics and Telecom Engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，Shaanxi） Tutor: Wang Wenyang Abstract:Design of remote monitoring system of river water quality based on MCU, with AT89C51 microcontroller as the master for water quality testing system, quality control system, display system, clock system, alarm reset system, seven parts system and GPRS remote transmission system can realize multipoint real-time monitoring of river water quality, receiving and processing of turbidity the sensor, PH sensor, signal acquisition and control of dissolved oxygen sensor, liquid crystal display the current temperature and humidity of the water, the PH, and sends the data to the host computer through the serial communication, the host computer receives the data and maintain, through the GPRS remote monitoring data transmission. The system is simple and reliable, instead of the manual control mode, with application a certain value. Key words:AT89C51，water quality detection，GPRS 陕西理工学院毕业设计 目录 1 绪论.1 1.1 课题研究的目的及意义.1 1.2 课题研究现状及发展趋势.1 1.3 研究方法及技术介绍.2 1.3.1 AT89C51 简介.2 1.3.2 液晶显示器件.2 1.3.3 浊度传感器.2 1.3.4 A/D 转换. 2 1.3.5 PH 传感器.2 2 方案的选择及论述.3 2.1 方案一.3 2.1.1 解决的主要问题及思路与方法. 3 2.1.2 拟采用的研究方法或设计方案. 3 2.2 方案二.4 2.2.1 解决的主要问题及思路与方法. 4 2.2.2.拟采用的研究方法或设计方案. 4 2.2.3 方案二的优缺点.5 2.3 方案的选择. 5 3 系统软件设计.6 3.1 控制系统. 6 3.1.1 主程序流程图.6 3.1.2 河流水质监测电路.8 3.1.3 河流水质浑浊度显示电路.8 3.2 GPRS 远程控制系统电路.10 3.3 时钟电路. 10 4 硬件设计.12 4.1 仿真调试. 12 4.1.1 水质监测电路.12 4.1.2 河流浊度显示电路.12 4.1.3 系统电路和复位电路.12 4.1.4 控制电路.13 4.1.5 报警电路.13 4.2 实现结果. 14 5 总结.18 致谢.19 参考文献.20 附录 A 实物总图. 21 附录 B 元器件清单. 22 附录 C 软件设计程序. 23 附录 D 外文翻译. 29 陕西理工学院毕业设计 第 1 页 共 36 页 1 1 绪论绪论 1.11.1 课题研究的目的及意义课题研究的目的及意义 伴随着工业化的快速发展，城市框架的不断扩大，我国经济取得了世人举目的成就，人民的生 活水平得到了质的改变，但种种新的问题随之出现，由于技术、资金以及人民环保意识不强等因素 的制约，生态环境遭到严重的破坏，水体污染日趋严重，水资源的保护以及治理刻不容缓1。 面对着一系列新时期工业发展所带来的污染问题，为了能够改善生活环境、美化城市，促进经 济的稳定发展，坚持走可持续发展道路，我们有必要对水资源进行严格有效的监测。就目前而言， 我国的水环境监测体系虽然有一些基础，但是仍然有很多需要完善的地方。现在存在的水质监测问 题主要集中在监测范围相对较小，监测点比较少，自动化和信息化程度低这几个方面，这与我们需 要开展的大范围的环保工作不太适应。且我国现有的主要水质数据采集监测系统采用的是现场逐一 实验分析的方法，运用有线电话拨号通信，无线MODEN通信以及SMS短消息通信的自动监控系统。但 这样的方法存在一些现在无法解决的问题，比如水的采样本不充足，没有自动测报的能力，水质监 测的处理时效性差等，并且有线拨号的系统受到自然条件的制约，而无线MODEN覆盖范围有限，数据 传输速度慢，SMS短信系统运行的成本较高，无法实现实时监测数据和传输。为此，针对目前阶段的 实际情况，我们需要一个更好的相关解决方法。 课题研究的目的是将GPRS和单片机技术结合起来，为工业监控系统设计提供出一套低成本高效 率的远程水质监测设计。这完全符合当今阶段水质监测的一些特性，比如分布范围广，分布地点零 散，具有容易扩展，容易调整的特点。它的优点集中表现在以下几个方面： (1)无线连网，在移动的目标上优势极为出色。 (2)覆盖面广。GPRS的覆盖面积差不多囊括了整个地域。 (3)传输可靠。高可信度的数据是保证人们的生命财产安全的重中之重。 (4)抗干扰能力强，适合不同的地貌、土壤、环境等 (5)单片机系统易于扩展升级以及维护保养。 (6)单片机开发板的可开发性强，且较其他系统成本更为低廉。 1.21.2 课题研究现状及发展趋势课题研究现状及发展趋势 由于传统方式有实时性不强的弊端，在线监测已经发展成为水质监测的有效手段。它可以提高 监测系统的实时性，所以当水质已经出现问题的时候或者即将出现问题的时候，就会通过不同的报 警方式通知相关负责人员。在线监测主要分为两种方式：线监测和无线监测。在信息化程度较低的 情况下，使用有线方式是通用型的。它主要用是通过这几种方式：公共电话网的工业监控方式、工 业以太网的监控方式、现场安排总线方式。但是这些方式存在着相当大的弊端，因为存在布线难， 相关一系列费用较高，维护不容易，不容易实现扩展、应用灵活性低的缺点，所以很难对大范围的 水域进行监测，同时也不安全2。而现如今，随着信息化相关产业的光速发展，无线成为了监控的 主要方式。无线很好的解决了有线一直存在的难以解决的问题，例如铺设线路成本高、维护费用高、 不易调整等，有效处理了监测点分布点零散、分布范围广的问题。 (1)无缝融合。张雪中、赵巍等人指出，未来是想要让众多的标准有着共同的接口的标准，需要 让通信网络成为一个大的融合体，那么这个过程首先要以一个IP为中心的网络体系，这样就可以形 成全IP网络。它能够更好的处理业务与网络之间的接入产生的问题，这样就可以在不同层面上满足 多种需求3。 (2)更高性能的物理层。由于类似多媒体等其他方面的需求，提高传输的速度是件必须解决的事 情，这显然就需要通过高性能的物理层来达到我们对传输速度的需求。在这个方面对物理层的传输 速度要求相对而言较为苛刻，要求起码能够提供100Mb/s以上的速度。 (3)灵活和自适应的接入。我们希望越好的物理层能够提供与之对应的好的硬件适配性。要求它 能够将可实行的调制、编码方案以及链路质量互相匹配起来，这样我们就能够在可变信道条件下得 到更为高效的数据，而且还能在其中随意一层中对每种资源进行快速适配。 陕西理工学院毕业设计 第 2 页 共 36 页 (4)业务和应用适配。我们需要在应用和适配的过程当中，尽量在应用、会话、表示之间适配， 在网络、传输、链路和物理之间同样进行适配，方便达到智能频谱的预期效果。 所以，研究出一套功能全面，能够自动操作的远程水质监控系统势在必行。 1.31.3 研究方法及技术介绍研究方法及技术介绍 1.3.11.3.1 ATAT89C5189C51简介简介 AT89C51 是一个带 4K 字节 FLASH 储存器 （FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能的 CMOS 8 位微处理器，简称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反 复擦除高达 1000 次。这个器件是利用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造出来的，和工业标准 的 MCS-51 指令集和输出管脚相互兼容。 由于可以将多功能的 8 位 CPU 和闪速存储器组合在一个芯片 中，所以 ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器。AT89C51 单片机为很多的嵌入式控制系统提供了 一种灵活程度高而且价格低廉的方案 4。 1.3.21.3.2 液晶显示器件液晶显示器件 LCD1602：工业字符型液晶，即能够同时显示 16x02 即 32 个字符。1602 液晶也叫 1602 字符型 液晶，是一种被用于显示符号、数字、字母等的特定点阵型液晶模块。它由 5X7 或者 5X11 等点阵字 符位所构成，每一位点阵字符位都可以呈现出对应字符，点阵字符位之间都有一个点距的间隔，行 与行之间也有一定的间隔，这样就具有了字符间距和行间距的作用 5。 1.3.31.3.3 浊度传感器浊度传感器 传感器内部是一个 IR958 与 PT958 封装的红外线对管，当光线透过水的时候，光线的穿透量是 由透过光线的水的浑浊程度所决定的，水越污浊，透过的光线量就会越少。光的接收端会把接收到 的光的强度转换为对应的电流大小，透过的光的强度越大，与其对应的电流就会越大，反之透过的 光的强度越小，对应的电流就越小。通过测量接收端转换出来的电流的大小，就可以得出水的污浊 程度 6。 1.3.41.3.4 A/DA/D 转换转换 ADC0832 是一种 8 位分辨率的 A/D 转换芯片，它的最高分辨能够达到 256 级，完全可以满足一 般对模拟量转换的需求。它的内部电源输入和参考电压的复用，能够使芯片的模拟电压保持输入在 05V 的范围内。芯片的转换时间只需要 32S，拥有双数据输出能够进行数据的校验，以减少数据 误差，转换速率高而且稳定性能强。独立的芯片使得输入，使以及多器件挂接和处理器控制方式变 的更加方便快捷。通过 DI 数据输入端，能够轻易的实现通道功能的选择 7。 1.3.51.3.5 PHPH 传感器传感器 PH 传感器俗称 PH 计探头，由玻璃电极和参比电极两部分组成。玻璃电极由玻璃支杆、玻璃膜, 内参比溶液、内参比电极、电极帽、电线等组成。参比电极具有已知和恒定的电极电位，常用甘汞 电极或银/氯化银电极。由于 PH 值和温度有关，所以，一般还要增加一个温度电极进行温度补偿， 组成三极复合电极。工作原理是用氢离子玻璃电极与参比电极组成原电池，在玻璃膜与被测溶液中 氢离子进行离子交换过程中，通过测量电极之间的电位差，来检测溶液中的氢离子浓度，从而测得 被测液体的 PH 值 8。 陕西理工学院毕业设计 第 3 页 共 36 页 2 2 方案的选择及论述方案的选择及论述 河流水质监测要求系统能够实现对河流水质的实时监测， 能够通过 GPRS 远程发送监测得到的测 量数据，具备报警提示功能，并且能够实现对监测数据的远程传输。所以本课题的研究大致可以分 为水质检测电路、水质显示电路、控制电路、时钟电路、复位电路、报警电路和 GPRS 远程传输电路 七个部分。这七个模块需要逐一去完成，然后将这七个独立的模块组合起来构成完整的河流水质远 程监测系统。首先需要完成的是仿真，这样才能够做到对元器件的管脚的功能熟悉，对元器件的布 局进行安排，最后在完成仿真电路的基础上制作硬件，并且完成样机调试。 2.12.1 方案一方案一 2.1.12.1.1 方案论述方案论述 系统由单片机、数据采集电路、液晶显示电路、时钟控制电路等组成，系统框图如图所示。 图 2.1 方案一设计框图 系统选择以 AT89C51 作为主控单片机，接受与处理温度传感器、PH 传感器、浊度传感器所采集 到的信号，控制液晶实时显示河流的温度、PH 以及浑浊度，并通过串口通讯将数据送到上位机，上 位机接收并进行数据的保存。 2.1.22.1.2 拟采用的设计方案拟采用的设计方案 2.1.2.1 PH 测量 综合考虑到成本和精度问题，设计中选用的是型号为 YC-07 型的 PH 传感器来测量河流水质的 PH，它的适用范围较为广泛，可测量的温度范围为 0-110，完全能够满足鱼类生长所需环境温度， 可测 PH 范围为 0-14，测量精度可达 0.1，具有响应时间快、抗干扰能力强、输出信号强的优点，并 且不需要增加放大器。 2.1.2.2 水质浑浊度的测量 水的浑浊度是水质状况的一项很重要指标，直接对鱼类的生长和生存产生影响，因此我们认为 浑浊度的测量十分重要。 设计选用的是 GE-TS 型的浊度传感器， 温度范围为-30-80， 额定电压5V, 额定电流 30mA，其工作原理为，当光线穿过一定量的水后，光线的穿透量取决于水中脏污物的量， 当脏污物的量增加时，穿透水的光线随之减少，浊度传感器测量透过的光线量来计算水的浑浊度。 2.1.2.3 温度测量 本系统采用的是普通的温度传感器，是一款单线数字温度传感器芯片，与单片机实现通信只需 一根数据线。并且可以将温度直接转换为串行数字信号，供单片机处理，而不需要数模转换芯片来 采集温度信号，还可以设定温度警戒范围，当所测得温度不在范围内时，可产生报警信号。 2.1.2.4 A/D 模块 因为传感器所采集到的模拟电信号不能够直接被单片机所读取!此时就需要通过模数转换芯片 将模拟信号转换成单片机能够处理的数字信号，设计中采用 AD0832 作为模数转换芯片，通过外围逻 辑电路对芯片的 A0、 A1 地址线进行逻辑控制， 选择通道 0， AD0832 与单片机及传感器信号连接电路。 单 片 机 A / D 转 换 溶 解 氧 传 感 器 温度传感器 PH 传感器 上位机 报警装置 液晶显示 陕西理工学院毕业设计 第 4 页 共 36 页 2.22.2 方案二方案二 2.2.12.2.1 方案论述方案论述 因为有线通信受到固定位置的限制，根据业务的需求随时可能都需要增减数据传输点，极大地 拓展了通信的领域，而中国移动的通用分组无线业务( GPRS)网络覆盖面广，而且全国漫游并不会额 外增加费用，非常适用于中小用户通过低成本的方式在相对较短的时间内组建自己的一个具有跨区 域性的数据网络。另，GPRS更为适合于需要频繁传送小数据量的场合以及偏远地区，比如架设通信 线路相对比较监难的地方。根据以上情况，由于水质监测的环境很复杂，但是水利相关部门又期望 能够同时得到在其管辖范围内所有供水站点的相关水质信息，更好的对水质进行监控，尽量预防水 质的恶化。所以，可以通过GPRS技术来解决地理位置受到限制的疑难问题9。为此，设计了基于 PIC18F6722单片机和GPRS的水质监测系统的方案。该系统是以单片机为主控核心，对水质进行抽样， 并通过现有的GPRS技术对分布较为离散的水厂水质进行实时远程控制监测，这样就可以不受地理环 境等其他外围环境因素的限制，具有监测范围广，监测实时性好，运行成本低廉的优势，有良好的 应用前景。 图2.2.系统框架图 系统系统所组成的多参数水质实时监控系统的总体架构如图2.2所示，多参数的所有可监测点， 全部利用GPRS技术，组合成多参数水质在线监测系统。所应用到的每一个监测点的上位机与监测仪 以及信号板之间的数据传输采用RS485总线进行，且能够实现对多参数的采样。上位机所得到的数 据通过GPRS技术来与监控中心进行数据传输，形成了多点采集、统一监测的自动化远程多参数水质 实时监控系统。监测仪将多种传感器置于水中，一体化智能传感器、水压、水位传感器输出标准的 模拟信号，经A /D转换器转换后，直接给PIC18F6722单片机进行数据处理。监测仪具有Modbus现场 总线和GPRS远程通信功能，通信接口电路定期把信号传到控制室中。此外，如果测得水环境的参数 超标，报警电路便会发出声光警报通知工作人员，并在LCD液晶显示器上显示具体参数超限的报警标 志图片。另外，PIC18F6722单片机自带看门狗功能，在运行程序的时候看门狗便可以发挥巨大的作 用，它可以有效地防止程序的“跑飞”，并通过复位等措施使之返回正常的程序流程，使系统正常 工作保证连续监测。 2.2.2.2.2.2.拟采用的设计方案拟采用的设计方案 2.2.2.12.2.2.1主机选型主机选型 设计选用单片机是美国 Microchip 公司的 PIC18F6722 单片机，PIC18 系列的单片机是高性能 CMOS 集成了模数转换器的全静态的 MCU 系列， 它运用最新的精简指令集 RISC( reduced instruction set computing)架构支持 Flash 以及一次性编程器件，PIC18 系列具备增强型内核 32 级堆栈以及多 种内部和外部中断源的哈佛结构， 从而使得16位指令总线和8位数据总线能够彻底分离两级流水线， 使得除跳转指令外，其余指令都是在一个周期内执行。内置有 128 k 字节可串行下载 Flash 存储器， 3936 字节片内 RAM，7 个 8 位的双向可寻址 I /O 口，1024 个字节的 EEROM，2 个全双工 UART 的串行 接口，4 个 16 位的定时器/计数器，多个优先级的嵌套中断结构，以及一个片内振荡器和时钟电路。 本系统中利用的 PIC18F6722 芯片既可永久保存实时监控中的各种信息， 也可方便地反复进行系统实 水表流计 水压变送器 智能变送器 RS 485 压力检测 Lcd 键盘 GPRS 上位机 压力变送器 信号板 陕西理工学院毕业设计 第 5 页 共 36 页 验，每次实验可以编入不同的程序，以此保证用户的系统设计达到最优，而且随用户的需要和发展 还可以进行修改，使系统能不断符合用户的最新要求10。 2.2.2.22.2.2.2 传感器的选型传感器的选型 设计中的水质在线监测系统，是要求对几个有代表性的参量进行监测，通常用到的的传感器绝 大多数不适用于采集和提取水下的相关信号，即便有类似的传感器也必须通过对其进行密封包装处 理，所以成本大大提高。为此，系统特意设计了一体化智能传感器，具有很特别的流通池，将浊度 传感器、余氯传感器及温度传感器巧妙地融合组装在一起;系统中所选用到的是型号为 CYB500 的液 位传感器，它本身带有的敏感芯片所输出的电信号和作用在芯片上的液深压力有着较好的线性数量 关系， 能够完成对液深的精确测量， 具备体积小、 精缺度高的优点。 水压传感器则选择了型号为HDP503 的水压传感器，材料选用了不锈钢进行整体构件，原件均为进口弹性体，高精度应变计还有先进的 贴片技术，具有很高的灵敏度、良好的稳定性和抗冲击能力。 N Y 图 2.3 系统程序主流程图 2.2.32.2.3 方案方案二二的优缺点：的优缺点： 方案二具有精度高、功能丰富、抗干扰能力高的优点。但设计实施起来比较复杂。 2.2.3 3 方案的选择方案的选择 通过对方案一和方案二优缺点的比较，方案二中用到的元器件较方案一中的成本较贵，实际操 作时较方案一有一定的难度，基于对系统稳定性以及系统成本的考虑，对于本次设计，综合对比上 述两方面，最终决定使用方案一。 系统初始化 开中断 开始 数据采集 数据处理 是否到达极限 报警 系统初始化 开中断 开始 陕西理工学院毕业设计 第 6 页 共 36 页 3 系统软件设计 3.13.1 控制系统控制系统 3.1.13.1.1 系统整体框系统整体框图图 图 3.1 主程序流程图 主程序解析： void main() uint PM_AD_buf=0; uint PM_AD_dat=0; uint AD_dat1=0; float PM_js=0.0; bit flag1=0; initlcd();/液晶初始化 display(); init();/系统初始化 while(1) /按键检测函数 keyscan1(); AD_dat1=A_D(0);/模数转换 if(flag1=0)PM_AD_dat=AD_dat1; flag1=1; /记录转换后的值 PM_AD_dat=PM_AD_dat*8+AD_dat1; PM_AD_dat/=9; /PM_AD_dat=AD_dat1;/ PM_js=(float)(PM_AD_dat/50.2+0.01)*100;/ PM_dat=(uint)(PM_js); if(PM_dat460)PM_dat=460; b=(460-PM_dat)/0.725; if(b=999) b=999;/ if(b=set_count)beep=0;if(flag18=0)GSM_send();flag18=1; /报警检测 else beep=1; display1();/液晶显示数据更新 单片机 AT89C51 报警模块 显示模块 GPRS 远程控制模块 信息采集模块 电源模块 陕西理工学院毕业设计 第 7 页 共 36 页 delay(300);/延时 ; void UartPrintf(unsigned char *p)/发送字符串 while(*p) SBUF=*(p+); while(TI=0) ; ; ; ; TI=0; void UartPrintASCII(unsigned char c)/发送一个字符 TI=0; SBUF=c; while(TI=0); TI=0; /* /延时数据 延时 1 秒 /* void Delay_ms( unsigned int m) unsigned int j; unsigned int i; for(i = 0 ; i m ; i+) for(j = 0 ; j 123 ; j+); void GSM_send() UartPrintf(AT+CSCS=); UartPrintASCII(); UartPrintf(GSM); UartPrintASCII(); UartPrintf(rn); Delay_ms(1000); UartPrintf(AT+CMGF=1rn); Delay_ms(1000); 陕西理工学院毕业设计 第 8 页 共 36 页 UartPrintf(AT+CMGS=); UartPrintASCII(); UartPrintf;/发送目标手机号 UartPrintASCII() UartPrintf(rn); Delay_ms(1000); UartPrintf(bao jing );/发送内容 Delay_ms(1000); UartPrintASCII(0 x1A);/发送操作 Delay_ms(1000); void RECEIVE_DATA(void) interrupt 4 using 1/串口中断 if(RI = 1) temp = SBUF; RI = 0; 3.1.23.1.2 河流水质河流水质监测监测流程图流程图 N NY Y 图 3.2 河流水质监测电路流程 3.1.33.1.3 河流水质浑浊度河流水质浑浊度显示显示流程图流程图 图 3.3 水质显示电路流程图 初始化 测的当前水质浊度 显示浊度上限值和当前值 开始 读取当前水质浊度 设定水质浊度上限 是否超过上限 报警 陕西理工学院毕业设计 第 9 页 共 36 页 程序解析如下： void write_com(ucharcom)/写命令 rs=0;wr=0;P0=com;delay(5);e=1;delay(5);e=0; void write_data(uchar dat)/写数据 rs=1;wr=0;P0=dat;delay1(5);e=1;delay1(5);e=0; voidinitlcd()/液晶初始化 rs=0; wr=0; e=0; write_com(0 x38);/16x2 write_com(0 x0c);/ write_com(0 x06); write_com(0 x01); void write_ser(uchar*ser)/写字符串 uinti; for(i=0;seri!=0;i+) write_data(seri); delay(5); void display()/显示函数 write_com(0 x80);/第一行首地址 write_ser(S_ZhuoD:);/字符串 write_data(yi+0); write_data(.); write_data(er+0); write_data(san+0); write_data(%); write_com(0 xc0);/第二行首地址 write_ser(C_ZhuoD:);/字符串 write_data(b%1000/100+0); write_data(.); write_data(b%100/10+0); write_data(b%10+0); write_data(%); 陕西理工学院毕业设计 第 10 页 共 36 页 voiddisplay1()/显示更新函数 write_com(0 x88);/第一行首地址 write_data(yi+0); write_data(.); write_data(er+0);/更新设定数据 write_data(san+0); write_com(0 xc8);/ write_data(b%1000/100+0); write_data(.);/更新报警数据 write_data(b%100/10+0); write_data(b%10+0); 3.23.2 GPRSGPRS 远程控制系统远程控制系统电路电路 GPRS 是通用分组无线业务（General Packet Radio Service）的英文简称，它是在现有的 GSM 系 统基础上发展出来的一种新的分组数据承载业务。 GPRS 与现在的 GSM 语音系统最根本最大的区别 是，GPRS 是一种分组交换系统，而 GSM 是一种电路交换系统。就此而言，GPRS 非常适用于间断 的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于不经常的大数据量传输。 这个设计中可以采用 SIMCOM 公司的 SIM300 GPRS 模块。该模块中含有 SIM300、SIM 卡座、 电源、天线、RS232 接口，是能够独立使用的通讯终端。SIM300 支持标准的 AT 指令集，上位机通 过 RS232 接口，使用 AT 指令集，便可以实现数据的传输，它内置了 TCP/IP 协议，这样更容易进行 数据传输应用。所以，温度传感器将采集到的温度数据发送给单片机，经单片机处理后再由 GPRS 发送模块发送出去，GPRS 接受模块接收发送模块发来的数据，实现数据的远程传输11。如图 3.4 所 示。 3.3.3 3 时钟电路时钟电路 时钟电路：单片机在工作的过程中，从取指令到译码然后再进行微操作，是必须在时钟信号的 控制下才可以有序地进行，时钟电路的作用就是为单片机工作提供所需的基本时钟信号。在 XTAL1 和 XTAL2 引脚上跨接上一个 12M 的晶振和两个 30pF 的稳频电容，就能够与单片机片内的电路形成 一个稳定的自激振荡器。我们通常那个选择的晶振大小一般在为 0-24MHz 的范围内，常用的晶振频 率有 6MHz、12 MHz、11.0592 MHz、24 MHz 等12。一些新型的单片机还可以选择更高的频率。外接 电容的作用是对振荡器进行频率微调，使振荡信号频率与晶振频率一致，同时起到稳定频率的作用， 一般选用 2030pF 的瓷片电容。外部时钟方式则是在单片机 XTAL1 引脚上外接一个稳定的时钟信号 源，它一般适用于多片单片机同时工作的情况，使用同一时钟信号可以保证单片机的工作同步。 时 序是单片机在执行指令时 CPU 发出的控制信号在时间上的先后顺序。单片机的时序概念有 4 个，可 用定时单位来说明，包括振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期13。 振荡周期:是片内振荡电路或片外为单片机提供的脉冲信号的周期。时序中 1 个振荡周期定义为 1 个节拍，用 P 表示。 时钟周期:振荡脉冲送入内部时钟电路，由时钟电路对其二分频后输出的时钟脉冲周期称为时钟 周期。时钟周期为振荡周期的 2 倍。时序中 1 个时钟周期定义为 1 个状态，用 S 表示。每个状态包 括 2 个节拍，用 P1、P2 表示。 机器周期:机器周期是单片机完成一个基本操作所需要的时间。一条指令的执行需要一个或几个 机器周期。一个机器周期固定的由 6 个状态 S1S6 组成。 指令周期:执行一条指令所需要的时间称 为指令周期。一般用指令执行所需机器周期数表示14。 陕西理工学院毕业设计 第 11 页 共 36 页 N Y N Y 图 3.4 GPRS 远程控制系统电路 初始化 GPRS 模块初始化 拨号连接 连接成功 向 GPRS 模块写数据 写入是否正常 退出 陕西理工学院毕业设计 第 12 页 共 36 页 4 硬件设计 4.14.1 仿真调试仿真调试 软件就像是硬件的灵魂，在整个设计中有着十分重要的作用，编好的程序需要通过专用软件和 器件才能拷入单片机中，在将程序拷入单片机之前需要将程序再次检查、运行，确保延时程序使用 恰当，各个管脚控制没有出现差错。 4.1.14.1.1 水质监测水质监测电路电路 图 4.1 水质监测电路 在设计中， 由于浊度传感器所采集到的模拟电信号不能够被单片机直接读取， 所以需要通过 A/D 转换器来将模拟电信号转换为数字电信号，选择了 ADC0832 来完成该功能。ADC0832 是一种 8 位分 辨率，双通道 A/D 转换芯片，由于体积小，兼容性强，在实际应用中，有一定的应用范围。 4.1.24.1.2 河流浊度河流浊度显示电路显示电路 图 4.2 河流浊度显示电路 4.1.4.1.3 3 系统系统电路和复位电路电路和复位电路 晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号，通常一个系统共用一个晶振，以便保证各个部分保 持一致，单片机就相当于一个复杂的同步时序电路。 排阻的作用：在设计中，用来解决总线驱动能力不足时提供电流的。 开关 K1 的作用：在设计中，是复位按钮，用来还原预设浊度值。 陕西理工学院毕业设计 第 13 页 共 36 页 图 4.3 系统电路和复位电路 4.1.4.1.4 4 控制电路控制电路 图 4.4 控制电路 K2：设定预设浊度的 X.00% K3：设定预设浊度的 0.X0% K4：设定预设浊度的 0.0X% 4.1.54.1.5 报警电路报警电路 电路采用蜂鸣器,当河流水质浊度达到上限时，蜂鸣器响。 报警电路仿真如图 4.5 所示： 图 4.5 报警系统 陕西理工学院毕业设计 第 14 页 共 36 页 4.24.2 实现结果实现结果 安装电路需要注意的事项 第一，要选择合适的元器件，