基于AT89C51的水质监测系统的设计

现代检测技术与系统研究报告题目：基于AT89C51的水质监测系统的设计学院：电气工程学院年级专业：仪器仪表工程学号：学生姓名：日期：2013.12.14一、绪论1.1课题的研究背景和意义针对客观环境运用物理、生物或化学等的现代科技手段，间断地或连续地对水体污物及其有关的组成成份鉴定和测试，通过仪器的检测或实验进行定性、定量和系统的描述，做出正确的环境质量评价称作水环境监测。我国不仅存在水资源短缺和空间、时间分布不平衡的严重问题，而且更普遍存在着水质性缺水的危机。而当今世界的水环境也面临着两大问题，水资源的短缺和水污染的加重。工业生产废水和城乡生活污水向江河湖泊及土壤中的大量持续排放，使得地下水质和地表水质日益下降，更加剧了水资源的紧张，破坏了水环境，危害着人类及大自然生态系统的健康。随着人们环保意识的提高，以及国家对水污染问题也越来越重视，水质监测的要求也越来越高了，因此，需要有先进的水质监测成套系统才能满足日益丰富的社会要求。水质监测系统能做到实时，连续监测和远程监控，达到及时掌握主要流域重点断面水体水质状况，预警预报重大流域性水质污染事故，以便使水厂在发生重大水污染时掌控水源水质状况，做到防范、解决突发水污染事故的目的等。水质监测工作是水体污染防治工作和水环境保护工作的重要部分。但是，目前在我国水环境监测的实际工作中，大量采用的监测方法己经不能满足环保事业不断发展的社会需求，因此研究水质监测系统，发展水质监测技术十分重要。1.2国内外水质监测技术的现状1.2.1国内水质监测技术的现状许多年以来我国的环境监理工作一直采用传统的环境水质监测工作，主要以人工现场采样、实验室仪器分析为主。虽然在实验室中分析手段完备，但实验室监测存在监测频次低、采样误差大、监测数据分散、不能及时反映污染变化状况等缺陷。难以对水质监测现场信息正确及时的了解。我国环境水质监测仪器以往主要依赖进口，从2000年开始，成熟的国产化设备才开始在全国范围内大规模推广。目前国家环保总局设置的水质监测断面，基本上分布在水量相对充沛、监管相对严格的大江大河或主要水系的干流，对于支流的监测几乎属于空白领域。在小城镇以及广大农村地区，实际的污水排放量以及支流、内河的受污染程度，很可能要更为严重。水质监测现状揭示了我国水污染的严重程度和水质监测的建设的落后。因此，治理水污染，做好水质监测，改进水质设备及水质监测方法是我们当前需要解决的问题。应用广泛的是这样一种结构，它包括：电极引线，电极帽，铅玻璃，PH敏感玻璃膜，内参比液，Ag-AgcL电极。首先把PH敏感玻璃膜的配料熔融为液态玻璃体。然后用铅玻璃管（对H离子无响应）蘸取融化的玻璃体趁热吹成珠泡形，冷却后装入内参比液和Ag-AgcL参比电极，接好电极引线，封上电极帽后就是PH玻璃电极。(3)模拟/数字转换器的选用模拟/数字转换器（ADC）即A/D转换器，将输入模拟信号转换成数字信号的装置。信号输入端可以是转换器或传感器的输出。输出信号可提供给微处理器。本次设计选用的是使用较广泛的8位连续渐进式模拟/数字转换器ADC0804。图2-3ADC0804的典型接法ADC0804的VREF、CLK、CLKR各脚接法如图2-3，图中可得周期T=1.1RC=1.1×10K×150pF此周期决定转换所需周期，如图3-3中为例，频率约为600KHz，转换时间约为100ms。在ADC0804开始工作后，当/INTR=L时表示转换已完成，此时DB7-DB0的数据才是最新数据，再配合/CS=L、/RD=L可将此数据读取。当/RD信号在上升边缘时，则/INTR将会转为高电位(High)以便当下一回转换完成时，转为低电平提供给外界得知。要注意的是，ADC0804的引脚/WR为重置ADC作用，并非将数据写入ADC中。将单片机与ADC0804连接时，因单片机需要对ADC0804作沟通，所以需要单片机的两个Port，一个口作数据总线，另一个口作为控制端口用。如下图2-4中所示，端口0与ADC连接作数据总线；P2.0接至ADC的/RD、/WR引脚，方便控制；P2.1接至/INTR引脚，以判断是否转换完成。本次设计采用的是非中断方式。(4)显示模块设计本次设计的显示部分采用两个数码管的共阳极连接，采用动态显示驱动。R是限流电阻。如下图2-4中所示，端口1连接数码管，以显示输入模拟电压转换后的数字值。Q1和Q2是两只共阳极数码显示管的控制三极管，三极管的基极分别接在单片机P2端口的P2.6和P2.7引脚上。也就是，P2.6输出为0时三极管Q1导通，与其相连的共阳极数码管显示器开始工作；P2.6输出为1时三级管Q1截止，与其相连的数码管显示器停止工作。三极管Q2的工作与Q1三级管相同。protues环境中的各元件连接图2-4水质pH值监测系统的元件连接总框图2.3系统软件设计由水质pH值监测系统的硬件连接框图设计该系统软件部分。启动模拟/数字转换器（ADC）；检查模/数转换是否完成，若转换未完成（/INTR为1）则继续检查，若转换完成(/INTR为0)则跳转至数值读取部分；读取部分，设定读取，调用显示子程序。下面是软件程序的流程图。图2-5水质pH值监测系统的软件程序流程图以下是用汇编语言编写的监测系统程序：通过程序我们可以观察到数码管上显示的数字的变化，可以检测监测系统是否正常工作。通常往被监测对象的溶液中加入盐算，加入盐酸后，改变pH值，通过玻璃电极可以将其转化为电量，经过数模转化送入单片机进行数字信息的处理，pH值的变化最后改变了送入单片机中进行处理的数字量，这些信息最后通过显示模块反映出来，如果我们观察到显示模块上的数字在不断变化，则系统正常工作。详细程序请见附录I。2.4系统的调试（1）测试的仪器：示波器，盐酸等。（2）首先分别调试单元模块，确保模块正常工作，再进行整个系统调试，以提高调试效率。（3）单片机模块的测试，本文所选单片机的晶振是12MHz,所以ALE脚输出的频率是晶振频率的1/6，所以可以达到约2MHz，我们可以选用示波器在ALE上测信号，当我们得到约2MHz频率的方波时，说明单片机模块正常工作。(4)系统调试测试各模块正常工作后，进行系统调试，系统调试主要进行软件和硬件的综合调试，观察系统是否符和功能的要求。经测试，系统的性能满足要求。结论本论文初步探讨了水质监测系统的结构。最后以单片机数据监测技术与数据为核心，设计了一种适合在我国基层环境与水质监测单位应用的水质pH值监测系统。在水质pH值监测系统中运用了AT89C51单片机，采用玻璃电极传导水质中pH的变化，提高了自动化水平，降低了设备的成本。其实，将本论文设计的水质pH值监测系统，组装在一起，既是一个轻便的水质pH读取器，也可是一个在线水质pH动态监测系统。另外，本文设计的水质pH值监测系统功能过于单一，通信传输及接口技术欠缺，这些都是还需要改进的地方，监测系统的内容还需丰富。由于我对知识的掌握尚且不足，文中错误、不缜密之处请评阅老师批评指正。参考文献王燕飞．水污染控制技术．化学工业出版社，2002年，7月．姜文来唐曲雷波．水资源管理学导论．化学工业出版社，2005年，1月．胡辉．单片机原理及应用设计．中国水利水电出版社，2005年，7月．刘迎春．MCS-51单片机原理及应用教程．清华大学出版社，2005年，5月．王守中．51单片机开发入门与典型实例．人民邮电出版社，2007年，10月．秦曾煌．电工学．高等教育出版社，2004年，7月．何希才．新型集成电路及其应用实例．科学出版社，2005年，11月．附录I1:ORG00H;起始地址2:START:3:MOVP2，#00111111B;数码管有显示4:SETBP2.0;启动ADC,/WR送入一个低电位脉冲5:NOP6:CLRP2.07:BACK:8:MOVA,P29:JNBA.1,LOOP;检查是否完成转换,/INTR是否为010:JMPBACK11:LOOP:12:CLRP2.0;设定读取13:MOVA,P014:SETBP2.015:MOVR0,A16:ACALLDISPLAY17:JMPBACK18:DISPLAY:;显示部分19:MOVB,#520:DIVAB;A为商,B为余数21:MOVB,#1022:DIVAB;A为个数B为小数24:MOVR1,A25:MOVR2,B26:MOVR3,50;设导通率为5027:LOOP1:MOVA,R2;取小数28:ACALLCHANG0;调用显示子程序29:CLRP2.6;开小数显示30:ACALLDLY10ms;调用延时10ms程序31:SETBP2.6;关小数显示32:MOVA,R1;取个位33:ACALLCHANG134:CLRP2.7;开个位显示35:ACALLDLY10ms;调用延时10ms程序36:SETBP2.7;关个位显示37:DJNZR3，LOOP1;100次显示未完成继续扫描38:CHANG0:39:MOVDPTR,#TABLE0;调入查表起始地址TABLE040:MOVCA,@A+DPTR;取表子程序41:MOVP1,A42:RET;取表子程序返回43:CHANG1:44:MOVDPTR,#TABLE1;调入查表起始地址TABLE145:MOVCA,@A+DPTR46:MOVP1,A47:RET;取表子程序返回48:DLY10ms:;10ms延时子程序49:MOVR6,#2050:D1:MOV#R7,25051:DJNZR7,$52:DJNZR