基于51单片机的水质检测系统设计
[摘要] 本系统是基于低功耗的AT89S51单片机，通过NE555定时器构成的多谐振荡器
产生一定频率的波，再通过单片机的I/O接口对捕获高低电平的读出频率，然后通过程序算法处理抽换算成电阻的值，使用DS18B20作为温度采集模块，用RS485实现远距离传送。经过主机的数据转换和处理，将温度值通过字符液晶1602显示器显示。本设计结构简单，使用灵活，具有很大的使用和研究价值。
[关键字] AT89S51单片机 NE555定时器 DS18B20 RS485通信
[Abstract] The system is based on low power consumption AT89S51 MCU, through the
Ne555 timer control generates a certain frequency of the wave, and then through the MCU’s I / O interface to capture level read frequency, and then through the program algorithm is converted into the pumping resistance value, use DS18B20 as the temperature acquisition module, using RS485realize long-distance transmission. After a host data processing and conversion, the temperature value through the character LCD 1602LCD to display. This design has the advantages of simple structure, flexible use. It has great application and research value.
[ Key words ] AT89S51MCU Ne555 timer control DS18B20 RS485 communication protocol
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目 录
第1章 引言 ............................................................. 2 第2章 水质检测的因素 ................................................... 3
2.1 一般水质检测的因素 ................................................ 3
2.2 电子设备检测的因素 ................................................ 3 2.3 水质与水的导电率的相互关系 ........................................ 3 第3章 系统设计要求及总体设计方案 ....................................... 4
3.1系统设计要求 ...................................................... 4 3.2 总体设计的总体设计方案 ............................................ 4 第4章 系统各组成单元方案设计与论证 ..................................... 5
4.1 测量电阻模块方案设计 .............................................. 5 4.2 温度传感器方案选择 ................................................ 6 4.3 通信模块的方案选择 ................................................ 6 第5章 系统硬件设计 ..................................................... 8
5.1 AT89S51单片机及其他器件的功能介绍及原理 .......................... 8 5.2 DS18B20温度传感器的简介 ......................................... 10 5.3 NE555的简介及应用 ............................................... 13 5.4 RS485总线的应用及介绍 .......................................... 175 5.5 字符液晶1602的介绍 .............................................. 17 5.6电源模块的设计 ................................................... 20 第6章 系统软件的设计 .................................................. 22 6.1 程序设计 ......................................................... 22
6.2 系统主程序流程图 ................................................. 22 第7章 测试方法及结果....................................................24
7.1 调试方法 ......................................................... 24 7.2 电导率的检测 ..................................................... 24 7.3 温度的检测 ....................................................... 25 结束语 ................................................................. 26 致谢 ................................................................... 27 参考文献 ............................................................... 28 附录1 ................................................................. 29 附录2 ................................................................. 30 附录3 ................................................................. 31 附录4 ................................................................. 38
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第1章 引言
水是生命之本，是本设计赖以生存必不可少的物质资源之一，水也是为人体获得各种营养物质的重要途径之一。随着科技的发展，水污染越来越严重。对水资源的保护成为一项重要的工程。水质检测是对水资源保护的重要指标。水质检测越来越受到人们的关注。因此本次设计本设计选择水质检测系统。其中饮水安全则是影响人体健康和国计民生的重大问题。饮用水主要考虑对人体健康的影响，其水质标准除有物理指标、化学指标外，还有微生物指标；对工业用水则考虑是否影响产品质量或易于损害容器及管道。近年来,由于国际上一些地区和国家频繁发生恶性事件,饮水安全和卫生问题引起了全球的关注,饮水安全已成为全球性的重大战略性问题。近年来由于本设计国工业生产水平的迅猛发展，每年的废水也不断增加，其中对环境产生影响的来源主要有：
·未经处理而排放的工业废水 ·未经处理而排放的生活污水
·大量使用化肥、农药、除草剂的农田污水 ·堆放在河边的工业废弃物和生活垃圾 ·水土流失 ·矿山污水
导致人类周围的水环境污染日趋严重，严重制约了经济的发展和危害着人类的健康。严峻的水形势提高了人们对水污染控制的重视，对废水的处理和检测成为了维护良好人民生活环境所必不可少的要求，废水中是否有对环境产生重大影响的元素和他们的含量是否在标准以内直接关系到本设计的生存环境，做好水质监测是本设计这次课程设计的目标。
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第2章 水质检测的因素
2.1一般水质监测的因素
水质检测是指对水样的各项指标进行测试，可以根据这些指标对水质进行分类，对水体质量进行判断和综合评价。其检测内容可以是pH值、CODCr、高锰酸盐指数、BOD5、氨氮、砷、氟化物、挥发酚、阴离子表面活性剂、总氮、总磷、粪大肠菌群、铅、镉、汞、锌、铜、石油类、硫化物、六价铬、氰化物等；地下水可以是PH、总硬度、溶解性总固体、高锰酸盐指数、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氟化物、氯化物、硫酸盐、阴离子表面活性剂、氰化物、挥发酚、六价铬、铜、铅、锌、铁、锰、镉、总汞、总砷、硒、总大肠菌群、细菌总数及矿化度等 2.2电子设备检测的因素
使用电子设备进行水质检测，主要是利用各类传感器，对水中的参数进行检测。其检测内容可以为PH值，电导率，温度等。 2.3水质与水的导电率的相互关系
下面介绍一下水质及水的导电率的相互关系：
纯水本身可微弱地介离，使水具有微弱的导电能力。水中含有各种溶解盐类，并以离子的形态存在，使水溶液具有更强的导电性。当水中插入一对电极时，通电之后，在电场的作用下，带电的离子就产生一定方向的移动，水中阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，使水溶液起导电作用，水的导电能力的强弱程度，就成为电导。电导度反映了水中含盐量的多少，是水的纯净度的一个重要指标。水质越纯，温度越低，电离度越低。因此水的导电率越低。超纯水几乎不能导电。
溶液导电能力以电阻值来表示，导电能力强电阻值小。纯水导电性微弱。电阻率P的物理意义是1cm，截面为1cm2均匀导电体的电阻值（即1cm，水或水溶液的电阻值），并称之为水的“电阻率”或“比导电”。电阻率的单位为欧姆·厘米(Ω·cm）。电阻率(P>的倒数称为电导率(x)(单位为记作欧姆-1·厘米-1）。 表2-1 某质量分数各水样的相对电导率范围 序列 测量内容 相对电导率变化范围 1 自来水 -0.002-0.002 2 加入8mg硫酸亚铁 -0.176-0.567 3 加入4mg硫酸亚铁 -0.063-0.252 4 加入4mg氯化钾 -0.509-0.836 5 加入2mg氯化钾 -0.406-0.531 6 加入1mg氯化钾 -0.048-0.201 7 加入2mg磷酸三钠 -0.061-0.195 8 生活污水 -0.283-0.275 9 某电气公司处理前水样 -0.500-0.622 10 某电气公司处理后水样 -0.478-0.412 11 加入汽油的水样 -0.448-1.104 12 加入煤油的水样 -0.620-0.820
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第3章 系统设计要求及总体设计要求
3.1 系统设计要求
由于不同水质的导电能力不同，不同温度对水的电导率也有影响，本设计通过检测不同水质及不同温度下水中的电阻，从而得出其电导，判断水质是否纯净。 本系统要能实现基本功能：
1、实现对水质的检测（电阻等） 2、实现对水温的检测 3、远距离传送
3.2 系统设计的总体设计方案
本设计将温度模块、485发送模块、485接收模块、测电阻模块、显示模块通过多路开关，传送到单片机中进行检测，在接通电源的条件下，通过显示系统显示检验水质的各种参数。整体设计框图如下图所示。
电路的工作原理：通过Ne555定时器构成的多谐振荡器和电容反馈式三点式攀比成的振荡电路产生的一定频率的波，再通过单片机的I/O接口对捕获高低电平的读出频率，然后通过程序算法处理抽换算成电 进行主从机之间的通信，将从机信号发送到主机，经过主机的数据转换和处理，将温度值以及电阻值通过字符液晶1602显示器显示。 图3-1为系统设计框图
5148548551温度检测显
单发接单模块 示
片送收片模
机 模模机 测电阻模块
块 块 块
图3-1 系统整体设计框图
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