基于單片機(jī)的TDS水質(zhì)測試儀設(shè)計(jì).doc

蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào) 137304233 蘇州市職業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題目 基于單片機(jī)的 TDS水質(zhì)測試儀設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué)院 部 電子信息工程學(xué)院 校內(nèi)指導(dǎo)教師 校外指導(dǎo)教師 完成日期 2016 年 5 月 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘要 本設(shè)計(jì)通過研究分析 TDS 溶解性總固體 測量的原理 設(shè)計(jì)了一款以 AT89S51單片機(jī)為核心的水質(zhì)測試儀 本設(shè)計(jì)通過電導(dǎo)率測量電路實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)率 信號(hào)的采集 并采用溫度傳感器進(jìn)行溫度測量 使用溫度補(bǔ)償方法減小溫度對 電導(dǎo)率測量值的影響 通過單片機(jī)程序進(jìn)行相關(guān)計(jì)算得出 TDS值 設(shè)計(jì)包括信 號(hào)采集電路 按鍵電路 測溫電路 液晶顯示電路 選用 AT89S51作為該水質(zhì) 測試儀是由于其結(jié)構(gòu)簡單 操作容易 低成本 測量的 TDS值對幫助人們了解 水質(zhì)情況起到了非常重要的作用 了解檢測的水中各種參數(shù) 通過這些了解到 水質(zhì)的基本信息 并作出相應(yīng)的調(diào)整計(jì)劃 水質(zhì)合格了 這樣我們的生活才會(huì) 有保障 關(guān)鍵詞 水質(zhì)檢測 AT89S51 程序編寫 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) II Abstract This design through the study and analysis of the principle of TDS total dissolved solids measurement the design of a AT89S51 microcontroller as the core of the water testing instrument This design by conductivity measurement circuit to achieve conductivity signal acquisition and the temperature sensor for temperature measurement and temperature compensation method to reduce the temperature influence on the conductivity measurements through the SCM program for correlation calculation to obtain the value of TDS The design includes signal acquisition circuit key circuit temperature measurement circuit liquid crystal display circuit AT89S51 as the water quality testing instrument is because of its simple structure easy operation low cost Measurement of the TDS value to help people understand the situation of water quality has played a very important role Understanding of the detection of various parameters in the water through these basic information to understand the water quality and make the appropriate adjustments The water quality is qualified so our life will be guaranteed Key word Water quality testing AT89S51 Program writing 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) III 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 摘 要 Abstract 1 緒論 1 1 1 影響水質(zhì)因素 1 1 2 水質(zhì)檢測的意義 2 2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容及方案 3 2 1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 3 2 2 設(shè)計(jì)方案 3 3 硬件電路設(shè)計(jì) 4 3 1 元件選擇 4 3 1 1 AT89S51芯片 4 3 1 2溫度傳感器 DS18B20 5 3 2 單片機(jī)最小系統(tǒng) 6 3 3 TDS測量電路 6 3 4 溫度測量電路 8 3 5 按鍵測量電路 9 3 6 電源電路 9 3 7 系統(tǒng)主電路 10 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 11 4 1 程序設(shè)計(jì) 11 4 2 系統(tǒng)程序流程 11 5 測試結(jié)果 17 5 1 軟件調(diào)試 17 5 2 硬件調(diào)試 17 5 1 調(diào)試結(jié)果 17 致 謝 18 參考文獻(xiàn) 19 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 0 頁 共 19 頁 1 緒論 TDS是英文 total dissolved solids的縮寫 中文解釋為溶解性總固體 又稱總含鹽量 定義為水中含有各種溶解性礦物鹽類的總量 它包含無機(jī)鹽和 有機(jī)物的總量 測量單位為毫克 升 1mg L 1ppm 它表明 1升水中溶有多少 毫克溶解性總固體 或者說 1升水中的離子總量 通俗的說 TDS 值代表了水 中溶解物雜質(zhì)含量 TDS 值越大 水中溶解物雜質(zhì)越多 說明水中的可導(dǎo)電物 質(zhì)的雜質(zhì)含量大 就自來水而言 TDS 值越高越表明水不純 不考慮有機(jī)物污 染的前提 通過檢測溶解性總固體 TDS 可以分析水的總礦化度 TDS 水質(zhì) 測試儀就是一種通過測量水的電導(dǎo)率來反映水質(zhì)礦化程度的儀器 本設(shè)計(jì)研究 的 TDS水質(zhì)測試儀主要對檢測溶解于水中的總固體含量從而達(dá)到對水質(zhì)進(jìn)行檢 測試的儀器 該儀器是通過測量水的電導(dǎo)率來間接的反映 TDS值 水的導(dǎo)電性 越好 TDS 值越大 理論上相同的水質(zhì)不同的溫度下的 TDS值是一致的 而電 導(dǎo)率與 TDS值卻是不一樣的 溫度影響溶液的電導(dǎo)率的 要求同樣的水質(zhì)不同 的溫度下測定的值都要一致 所以要精確測量不同水質(zhì)不同水溫下的 TDS值 必須有溫度補(bǔ)償 通過測定的水溫來進(jìn)行 TDS值的校正 目前市場上的 TDS檢 測都是采用探針的方式 采用直流的方式 直接加電壓于探針兩極 測定兩電 極間的電壓 得出電導(dǎo)率 再通過計(jì)算得出水的 TDS值 1 本設(shè)計(jì)研究的 TDS 水質(zhì)測試儀只能檢測到移動(dòng)的電離子 隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步 TDS 水 質(zhì)測試儀的發(fā)展越來越完善 它可以在保證基礎(chǔ)性能上簡化一些功能 這樣的 話不僅能適應(yīng)很多環(huán)境 而且也具備了很強(qiáng)的價(jià)格優(yōu)勢 極大的提高了它的性 價(jià)比 1 1影響水質(zhì)的因素 隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展 以及隨著人類的生產(chǎn)和生活 使有限的水資源 更加的緊缺 在水資源如此緊張的情況下 我們要更加珍惜水資源 與此同時(shí) 我們的檢測部門也要做好對水質(zhì)實(shí)時(shí)的檢測工作 為民眾的身體健康提供保障 影響水質(zhì)的因素有很多種 只有經(jīng)過不斷地檢測才能知道 就是對采取的 水的樣品進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的檢測 分類 判斷 最后總結(jié)出結(jié)果 檢測的指標(biāo)有 這么幾個(gè)方向 水的 PH值 高錳酸鹽指數(shù) 硫化物 石油類 鋅 銅等等 這 是一般的水 還有地下水的水質(zhì)會(huì)包含 PH值 溶解性總固體 總硬度 氧化物 等等 除了這些還有用電子設(shè)備檢測出來的因素 電子設(shè)備就是用不同的傳感 器進(jìn)行檢測 像 PH值 溫度 電導(dǎo)率之類的 一般儀器檢測不到的 下面有一 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁 共 19 頁 張表說明了不同的水質(zhì)相對應(yīng)不同的電導(dǎo)率范圍 序列 測量內(nèi)容 相對電導(dǎo)率變化范圍 1 自來水 0 002 0 002 2 加入 8mg硫酸亞鐵 0 176 0 567 3 加入 4mg硫酸亞鐵 0 063 0 252 4 加入 4mg氯化鉀 0 509 0 836 5 加入 2mg氯化鉀 0 406 0 531 6 加入 1mg氯化鉀 0 048 0 201 7 加入 2mg磷酸三鈉 0 061 0 195 8 生活污水 0 283 0 275 9 某電氣公司處理前水樣 0 500 0 622 10 某電氣公司處理后水樣 0 478 0 412 11 加入汽油的水樣 0 448 1 104 12 加入煤油的水樣 0 620 0 820 1 2水質(zhì)檢測的意義 水質(zhì)檢測是針對水中的懸浮物 底泥 化學(xué)物質(zhì)和水生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁 共 19 頁 檢測 以此來監(jiān)測水中污染物質(zhì)的種類 濃度及其變化趨勢 從而來評價(jià)水質(zhì) 狀況等工作 主要檢測項(xiàng)目可分為兩大類 1 反映水質(zhì)狀況的綜合指標(biāo) 如溫度 濁度 色度 pH 值 溶解氧 電導(dǎo)率 懸浮物 化學(xué)需氧量等 2 以及測試水中的有毒物質(zhì) 如酚 氰 砷 鉛 鉻 鎘 汞和有機(jī) 農(nóng)藥等 水質(zhì)檢測對于水污染控制和整個(gè)水環(huán)境保護(hù)方面起著至關(guān)重要的作用 對 生活中的飲用水來說 如果水中含有有害細(xì)菌 如傷寒 霍亂 痢疾等病菌的 時(shí)候 就會(huì)傳播傳染病 而當(dāng)水中存在大量浮游微生物 如原生動(dòng)物 藻類等 時(shí) 則會(huì)影響水質(zhì) 并且產(chǎn)生臭味和導(dǎo)致水質(zhì)顏色變化 那如果當(dāng)水中混含有 某些礦物質(zhì)的雜質(zhì)鹽 同樣也會(huì)引起各種各樣的病癥 好比飲用水中氟的含量 如果過多 就會(huì)導(dǎo)致牙齒表面產(chǎn)生斑紋 從而會(huì)引起一種牙齒上的疾病 斑 齒病 嚴(yán)重的患者可能會(huì)讓牙齒完全潰壞 乃至于日常生活所排出的生活污水 也同樣會(huì)傳播各種疾病 因此 這也可以看出檢測飲用水的水質(zhì) 在人民飲水 安全方面具有十分重要的意義 2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容及方案 2 1設(shè)計(jì)內(nèi)容 本設(shè)計(jì)通過研究單片機(jī)的 MSC 51系列的 AT89S51芯片 將其作為系統(tǒng)的控 制核心 然后通過按鍵來選擇所需要的通道 并采用溫度傳感器來進(jìn)行采集溫 度數(shù)據(jù) 再利用 A D轉(zhuǎn)換器把模擬的信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào) 然后把數(shù)據(jù)進(jìn)行比 較得出水質(zhì)是否合格的判斷 原理并不難 不過單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)并不簡單 這個(gè)需要不斷地嘗試與實(shí)驗(yàn) 2 2設(shè)計(jì)方案 通過電導(dǎo)率采集電路中的信號(hào) 然而電導(dǎo)率的測量采用頻率法 這個(gè)方法 就是把電極和待測溶液的等效電阻作為一個(gè)多諧振蕩電路的阻抗元件 將待測 溶液的電導(dǎo)率變化轉(zhuǎn)化為多諧振蕩電路的輸出頻率 這個(gè)方法成本比較低 也 比較容易實(shí)現(xiàn) 頻率法 TDS測量電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 單片機(jī) 液晶顯示電路 按鍵電路 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁 共 19 頁 溫度測量電路 圖 2 1 3 硬件電路設(shè)計(jì) 此次設(shè)計(jì)硬件電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是由時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 溫度測量電路 數(shù)碼管顯示電路組成 并且單片機(jī)最小系統(tǒng)就是由時(shí)鐘電路 復(fù)位電路和單片 機(jī)組成 3 1元件的選擇 3 1 1 AT89S51芯片 AT89S51單片機(jī)是 MCS 51系列芯片的一個(gè)經(jīng)典型號(hào) 這是具備一個(gè)低功耗 且高性能 CMOS 8位單片機(jī) 芯片上包含 8 K ISP可以擦一次又一次 1000次閃電 只讀程序內(nèi)存設(shè)備采用 ATMEL公司的高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù) 和 MCS 51指令系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和 80 C51相兼容的結(jié)構(gòu) 一般 8位 CPU芯片集成和 ISP閃存 單元 功能強(qiáng)大的單片機(jī) AT89S51單片機(jī)為許多嵌入式控制應(yīng)用程序提供具有成 本效益的解決方案 圖 3 1為 AT89S51的圖片 圖 3 1 AT89S51引腳功能 1 GND 接地 2 P0 8 位的 I O口 是輸出口 每一位都可以驅(qū)動(dòng)邏輯電平 如果要訪 問外部程序或者數(shù)據(jù)時(shí) 也被看做是低 8位地址數(shù)據(jù)復(fù)用 3 P1 8 位雙向 I O口 擁有內(nèi)部上拉電阻 P1 輸出可以驅(qū)動(dòng) 4個(gè)邏輯電 平 如果 P1口寫的事 1 那么內(nèi)部上拉電阻拉高就可以當(dāng)做輸入口用 在編程 和校驗(yàn)的時(shí)候 P1 口接受低 8位的地址字節(jié) P1 還有另一個(gè)功能就如下表 3 1 所示 表 3 1 P1 口第二功能 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁 共 19 頁 4 P2 第一功能和 P1一樣 8 位雙向 I O口 擁有內(nèi)部上拉電阻 P1 輸 出可以驅(qū)動(dòng) 4個(gè)邏輯電平 如果 P1口寫的事 1 那么內(nèi)部上拉電阻拉高就可以 當(dāng)做輸入口用 5 P3 同 P1 P2 一樣 8 位雙向 I O口 擁有內(nèi)部上拉電阻 P1 輸出可 以驅(qū)動(dòng) 4個(gè)邏輯電平 擁有內(nèi)部上拉電阻 P1 輸出可以驅(qū)動(dòng) 4個(gè)邏輯電平 AT89S51具有完整的輸入輸出 控制端口 以及內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間 而且 我們通常意義上的微機(jī)原理類似于通過一個(gè)外部的 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和運(yùn)算放大 器芯片實(shí)現(xiàn)的傳感器來傳輸信息的采集 并可以提供一個(gè)點(diǎn)陣或液晶顯示的液 晶和外部按鍵實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互 可大量的內(nèi)部輸入 輸出連接步進(jìn)電機(jī)的精確控制 外圍設(shè)備 具有較強(qiáng)的工業(yè)控制能力 3 1 2 溫度傳感器 DS18B20 DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線簡便 而且封裝成后可以應(yīng)用在多種不同的 場合 比如管道式 螺紋式 磁鐵吸附式 不銹鋼封裝式等等 而且型號(hào)也是 多種多樣的 有 LTM8877 LTM8874 等等 這型號(hào)的外形也是根據(jù)不同的環(huán)境場 合而多種多樣的 DS18B20 封裝好后可以用于鍋爐測溫 機(jī)房測溫 農(nóng)業(yè)大棚 測溫 彈藥庫測溫等各種十分極端的溫度場合 而且溫度傳感器十分的耐磨耐 碰 體積還小 使用起來也是很方便的 封裝外形的形式多種多樣的 在各種 狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫是很方便的 下圖為實(shí)物圖及工作原理圖 圖 3 2 圖 3 3 圖 3 4 溫度傳感器的引腳功能介紹 表 3 2溫度傳感器的引腳功能 面對著扁平的那一面 左負(fù)右正 一旦接反就會(huì)立刻發(fā)熱 有可能燒毀 同 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 19 頁 時(shí) 接反也是導(dǎo)致該傳感器總是顯示 85 的原因 實(shí)際操作中將正負(fù)反接 傳 感器立即發(fā)熱 液晶屏不能顯示讀數(shù) 正負(fù)接好后顯示 85 溫度傳感器的 DS18B20的工作流程 圖 3 5 溫度傳感器的 DS18B20的工作流程 3 2單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)的最小系統(tǒng)包括了電源電路 單片機(jī) 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路等 也 包含的引腳有 VCC GND XTAL1 XTAL2 RST EV VPP 圖 3 6為單片機(jī)最小系統(tǒng) 圖 3 6 單片機(jī)最小系統(tǒng) 時(shí)鐘電路的主要任務(wù)是給單片機(jī) AT89S51的正常工作提供一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘 信號(hào) 單片機(jī)在這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的節(jié)奏下逐個(gè)地執(zhí)行指令 時(shí)鐘電路是把已有的 時(shí)鐘信號(hào)從 XTAL0或 XTAL1送入單片機(jī) 該方式一般用于有多個(gè)單片機(jī)的情況 所以本設(shè)計(jì)中時(shí)鐘電路采用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式 選用 12M的晶振和兩個(gè) 22pF的 電容與片內(nèi)的高增益反相放大器構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器 為了保證單片機(jī)系統(tǒng)中的電路能穩(wěn)定可靠工作 復(fù)位能可靠工作 復(fù)位電 路是不可或缺的一部分 復(fù)位電路包括手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 19 頁 3 3 TDS測量電路 圖 3 7 水質(zhì)檢測電路該電路是被測溶液的電導(dǎo)率檢測多諧振蕩電 當(dāng)排針 上接的兩根探針插入被測溶液 形成了一個(gè)電極 使整個(gè)電路構(gòu)成封閉的諧振 電路 而由該諧振電路產(chǎn)生的與被測溶液電導(dǎo)率有關(guān)的頻率 f由 555芯片的 3 引腳輸出 向單片機(jī) P3 5口輸入 這個(gè)多諧振蕩電路是由探針與被測溶液構(gòu)成 的電極和電容 C5組成 圖 3 7 水質(zhì)檢測電路 555定時(shí)器是美國 Signetics公司 1972年研制的用于取代機(jī)械式定時(shí)器數(shù) 字電路與模擬電路相結(jié)合的的中規(guī)模集成電路 因輸入端設(shè)計(jì)有三個(gè) 5K 的電 阻而得名 555 定時(shí)器是由兩個(gè)電壓比較器 一個(gè)基本 RS觸發(fā)器 一個(gè)放電三 極管 電阻分壓器和輸出緩沖器五個(gè)基本單元組成 有兩個(gè)基準(zhǔn)電壓 分別為 VCC 3 2VCC 3 是構(gòu)成多諧振蕩器的主要器件 使用 555定時(shí)器的電路使用靈 活 方便并且價(jià)格低廉 只需外接少量電阻電容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 和多諧振蕩器等 廣泛用于信號(hào)的產(chǎn)生 變換 控制與檢測 如下圖 3 8所示 為 555定時(shí)器結(jié)構(gòu)圖 圖 3 8 555 定時(shí)器結(jié)構(gòu)圖 由 3個(gè) 5K 的電阻串聯(lián)構(gòu)成的電阻分壓器為兩個(gè)電壓比較器 C1 和 C2提 供參考電壓 如控制電壓輸入端 5懸空 則比較器 C1的參考電壓為 1 3VCC 加在同相端 C2 的參考電壓為 2 3VCC 加在反相端 4 腳是復(fù)位輸入端 當(dāng) 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 共 19 頁 有效時(shí) 基本 RS觸發(fā)器被置 0 晶體管導(dǎo)通 輸出端 3為低電平 正常工作 時(shí)而應(yīng)無效 6 腳和 2腳是信號(hào)輸入端 當(dāng) 6腳電壓 2 3VCC 2 腳電壓 1 3VCC 時(shí) 比較器 C2輸出高電平 基本 RS觸發(fā)器被復(fù)位置 0 晶體管導(dǎo)通 輸出端 3為低電平 當(dāng) 6腳的電壓 2 3VCC 2 腳電壓 1 3VCC 時(shí) 比較器 C1 輸出高電平 基本 RS觸發(fā)器被置 1 晶體管截止 輸出端 3為高電平 當(dāng) 6腳 電壓1 3VCC 時(shí) 基本 RS觸發(fā)器狀態(tài)不變 電路亦保持原 狀態(tài)不變 555定時(shí)器功能表 表 3 3 555定時(shí)器功能表 該電路工作原理 電路剛開始運(yùn)行時(shí)電容 C5上的電壓為 0 實(shí)際電路處在 置位狀態(tài) 引腳 3輸出高電平 VCC 通過電極向 C5充電 Q2 導(dǎo)通 充電過程為 VCC Q2 電極 C5 當(dāng)上升到 Vc 2 3VCC 時(shí) 6 腳內(nèi)部高限比較器反轉(zhuǎn) 3 腳 輸出低電平 Q2 截止 7 腳內(nèi)集電極開路放電管導(dǎo)通 放電過程 C5 電極 7引腳 當(dāng)放電至 Vc 1 3VCC 時(shí) 腳 2內(nèi)低限比較器反轉(zhuǎn) 引腳 3再次輸出 高電平 電容再次充電 如此以上過程循環(huán)往復(fù)形成振蕩輸出頻率 f 經(jīng)電路 原理得出以下公式 5C7 00tGKRfx 式中 G t 1 Rx G t 為電極實(shí)測的電導(dǎo)值 K0 0 772 C5 K0 為電導(dǎo) 頻率轉(zhuǎn)換系數(shù) 由上式可以看出 輸出頻率 f與電導(dǎo) G t 成正比 即頻率和電 導(dǎo)率呈線性關(guān)系 在設(shè)計(jì)過程中 探針的尺寸固定 即 L S 常數(shù) L 為兩探頭之間的間距 S為探頭浸入溶液深度與探頭橫截面長度的乘積 本實(shí)驗(yàn)中 L 1 5cm S 4cm 0 15cm 0 6cm2 所以 L S 2 5cm 1 250m 1 C5 0 1uf 將兩 探針之間的被測溶液也視為電阻 可確定 f與 K的線性關(guān)系 即 K 3 24 10 5f 即推算出 5 1024 3 7 0 5 TDS 3 4溫度測量電路 圖 3 9為 DS18B20引腳圖 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁 共 19 頁 圖 3 9 DS18B20引腳圖 DS18B20數(shù)字溫度傳感器支持 單線總線 接口 測量溫度的范圍為 55 125 在 10 85 時(shí)精度為 0 5 適應(yīng)電壓范圍寬 電壓范 圍為 3 0 5 5V 采用外部電源供電的方式 該溫度傳感器有三個(gè)引腳 VCC 為 外接供電電源輸入端 GND 為電源地 DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入 輸出端 圖 3 10為溫度測量電路 圖 3 10 溫度測量電路 該溫度傳感器三個(gè)引腳 VCC 接工作電源 GND 接地 DQ 接單片機(jī) P1 6口 在該電路中 VCC 引腳與 DQ引腳之間接一個(gè)上拉電阻 阻值約為 4 7K 使電路 不工作時(shí)處于高電平 DS18B20 所采集的溫度數(shù)據(jù)經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù) 字信號(hào) 然后將數(shù)字信號(hào)傳送給單片機(jī) 通過單片機(jī)作相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理得到溫 度值 再通過單片機(jī)的程序進(jìn)行溫度補(bǔ)償 3 5按鍵電路 圖 3 12為按鍵電路 圖 3 12 按鍵電路 在電路中 當(dāng) 8腳為低電平時(shí) 電路導(dǎo)通 按鍵第一次按下 電路開始測 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁 共 19 頁 量 測量完成后 再次按下按鈕 系統(tǒng)保存并顯示所測量的結(jié)果 如果再次按 下按鈕 程序清空被測數(shù)據(jù) 3 6電源電路 圖 3 13是穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)電路 圖 3 13 穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)電路 L7805是穩(wěn)壓三極管 5V 到 12V的電源他都可以接受 降壓之后 就一直 穩(wěn)定的輸出 5V的電壓 保持不變 電路上顯示的 220V電源到變壓器后就變?yōu)?12V 通過電容到 L7805 單片機(jī)在工作的時(shí)候本身就會(huì)產(chǎn)生干擾信息 這就需 要能夠有穩(wěn)定電源提供給單片機(jī)緩解這個(gè)缺點(diǎn) 3 7 系統(tǒng)主電路 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 共 19 頁 圖 3 15主電路 本系統(tǒng)由單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 電導(dǎo)率測量電路 溫度測量電路 按鍵電 路和數(shù)碼管顯示電路組成 在系統(tǒng)中 由電導(dǎo)率測量電路采用頻率法測量被測 溶液的電導(dǎo)率 通過溫度傳感器測量被測溶液的溫度 經(jīng)過軟件算法將測量的 電導(dǎo)率和溫度進(jìn)行溫度補(bǔ)償 最后通過相關(guān)公式計(jì)算 TDS值 顯示在液晶上 通過按鍵電路將測量值鎖存和清零 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4 1 程序設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)是解決某個(gè)特定問題程序的經(jīng)過 是軟件編程活動(dòng)中的首要組成 部分 編程通常是一種編程語言作為一種工具 給出了語言的程序 程序設(shè)計(jì) 過程應(yīng)包括不同階段的分析 設(shè)計(jì) 測試 調(diào)試 編碼等 具體步驟如下 1 分析問題 對于接受的任務(wù)要進(jìn)行認(rèn)真的分析 研究所給定的條件 分 析最后應(yīng)達(dá)到的目標(biāo) 找出解決問題的規(guī)律 選擇解題的方法 完成實(shí)際問題 2 設(shè)計(jì)算法 即設(shè)計(jì)出解題的方法和具體步驟 3 編寫程序 將算法翻譯成計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言 對源程序進(jìn)行編輯 編 譯和連接 4 運(yùn)行程序 分析結(jié)果 運(yùn)行可執(zhí)行程序 得到運(yùn)行結(jié)果 能得到運(yùn)行結(jié)果并不意味 著程序正確 要對結(jié)果進(jìn)行分析 看它是否合理 不合理要對程 序進(jìn)行調(diào)試 即通過上機(jī)發(fā)現(xiàn)和排除程序中的故障的過程 5 編寫程序文檔 許多程序是提供給別人使用的 如同正式的產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)提供產(chǎn) 品說明書一樣 正式提供給用戶使用的程序 必須向用戶提供程 序說明書 內(nèi)容應(yīng)包括 程序名稱 程序功能 運(yùn)行環(huán)境 程序 的裝入和啟動(dòng) 需要輸入的數(shù)據(jù) 以及使用注意事項(xiàng)等 4 2 程序設(shè)計(jì)流程 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 共 19 頁 圖 4 1 設(shè)計(jì)流程 各個(gè)模塊程序編寫 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁 共 19 頁 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁 共 19 頁 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁 共 19 頁 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁 共 19 頁 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 共 19 頁 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 共 19 頁 5 調(diào)試結(jié)果 5 1軟件調(diào)試 5 2硬件調(diào)試 硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不可能徹底的分割來測試的 很多硬件失誤的確是 在軟件調(diào)試中察覺并及時(shí)被改正的 5 3調(diào)試結(jié)果 本 TDS水質(zhì)測試儀系統(tǒng)通過電導(dǎo)率測量電路中的探頭采集電導(dǎo)率信號(hào) 由 于溫度對電導(dǎo)率有很大的影響 所以溫度也影響 TDS值的測量 通過數(shù)字溫度 傳感器 DS18B20采集溫度信號(hào) 然后通過軟件算法由于溫度變化引起的電導(dǎo)率 值測量誤差 最后將結(jié)果通過計(jì)算得出 TDS值 并將其顯示在液晶上 本 TDS水質(zhì)測試儀使用方法 取一定量的待測溶液 按下按鍵 系統(tǒng)初始 化 將探頭浸入相關(guān)溶液中 按下按鍵 鎖定相關(guān)數(shù)據(jù) 液晶顯示數(shù)據(jù) 對液 晶顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和記錄 再次按下按鍵 清除數(shù)據(jù) 實(shí)行下一項(xiàng)測試 記錄數(shù)據(jù) 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁 共 19 頁 致謝 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)是在古玉年老師的精心指導(dǎo)和耐心解答下完成的 因?yàn)槲医?jīng) 驗(yàn)的不足和知識(shí)的缺乏 在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到了許多自己解決不了的問題 每次老師都是耐心的給我解惑 并提供許多非常詳細(xì)的資料 從中可以汲取到 許多知識(shí) 這在我的畢設(shè)中起到事半功倍的效果 古老師的淵博的知識(shí)和敏捷 的思維以及敏銳的觀察力使我受益匪淺 在工作中的一絲不茍和對學(xué)術(shù)的熱情 深深的感染了我 古老師的每一次教誨 對我來講都是一次教育和提高 古老 師對我的幫助使得我在知識(shí)累積和經(jīng)驗(yàn)方面有了很大的提高 這對我以后的工 作和學(xué)習(xí)都有深遠(yuǎn)的的影響 在此謹(jǐn)向老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意 感謝所有教授我的老師 若是沒有這三年知識(shí)的積累 我是沒有這么大的 動(dòng)力和信心完成這篇論文 在感恩之余 我也誠懇地請老師們能對我的論文多 加批評指正 使我及時(shí)完善論文的不足之處 感謝我們班主任張老師 大學(xué)這三年是她一直對我們的生活進(jìn)行關(guān)心 對 我們的學(xué)習(xí)也是經(jīng)常關(guān)心 偶爾開開班會(huì) 了解了解我們的情況 最后還要感 謝的就是同學(xué)了 大家在一起像兄弟姐妹一樣相處了三年 這馬上就要分開還 舍不得呢 有的以后也許會(huì)聯(lián)系 有的估計(jì)都不會(huì)再見面了呢 所以無論相處 的好與不好 都是同學(xué)一場 都是緣分 因此希望大家今后在工作還是生活方 面都能夠順順利利的 最后 再次向所有關(guān)心和幫助過我的老師和同學(xué)們致以最誠摯的謝意 蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁 共 19 頁 參考文獻(xiàn) 1 樂嘉華 溫度檢測技術(shù)的現(xiàn)狀和未來 煤油化工自動(dòng)化 J 1998 3 2 何立民 MCS 51 系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 第一版 北京航空航天大學(xué)出版社 1993 3 劉軼群 TDS 檢測電路探討 J 2013 年中國家用電器技術(shù)大會(huì) 論文集 2013年 S1 期 874 878 4 王海燕 在線水質(zhì)電導(dǎo)率信號(hào)采集系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì) J 醫(yī)療衛(wèi)生裝備 2008 5 6 鄭聯(lián)英 水溶液電導(dǎo)率的測量方法研究 D 北京 北京化工大學(xué) 7 8 陳東 MCS 51 單片機(jī)原理與接口技術(shù) M 電子工業(yè)出版社 2003 9 顏榮江 多量程可控 12位 A D采集系統(tǒng) MAX197熱門電路與采集應(yīng)用 10 張小鳴 MCS 51 單片機(jī)串行通訊波特率設(shè)置的特點(diǎn)與誤差 J 煤礦自動(dòng)化 1997 11 樓然苗 李光飛 51 單片機(jī)系列設(shè)計(jì)實(shí)例 北京航天航空大學(xué)出版社 12 李光第 朱月秀 王秀山 單片機(jī)基礎(chǔ) 修訂版 航天航空大學(xué)出版社 2001 13 ATMEL CORPORATION AT90S8515 REV72001 14 15 Intel Microcontroller Handbook 1988 16 王學(xué)艷 張忠萍 基于電導(dǎo)率與 TDS及全鹽量的關(guān)系研究 J 黑龍江水利科 技 2008 年 36 1 期 7 17 賈哲 555 定時(shí)器的應(yīng)用研究 J 太原大學(xué)教育學(xué)院學(xué)報(bào) 2012 年 30 1 期 86 87 18 時(shí)紅 孫新忠 范建華 張永波 水質(zhì)分析方法與技術(shù) M 北京 地震出版 社 2001 3 5 19 姜志海 趙艷雷 單片機(jī)的 C語言程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用 M 北京 電子工業(yè)出版社 2010 7 9