【《基于单片机水质水温检测系统设计与实现》9000字（论文）】.docx

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1、基于单片机水质水温检测系统设计与实现摘要水中含有泥土、微细有机物、无机物等悬浮物和胶体物都可以使水质变的浑浊而呈现一定浊度，而这些物援在涓毒过程中不易被消除，因此有必要对水质进行检洌与测量.以保证人类饮用水或工业用水的质量。水质水温系统的册究及完善,有很大的发展意义。本毕业设计的基本思想是根据光对水中悬浮物的折射和散射发生不同的翎弱变化的光学原理而设计，再通过光接收器来接收透过水中悬浮物的散射光，再将接收到的电信号进行放大,从而通过单片机的处理和计算,得出结果。本毕业设计的水温检现!我们采用了DSI8B2O防水的温度传感器来测量工业水或饮用水的温度,采用STM32FIO3单片机位控制中心.由前

2、省放大电路,A/D转换电路,单片机电路，电源电路和液晶显示电路颊。关键词：住光电池单片机传感器目录1结论1.1 选题的背景1.2 选题的意义13研究的主要内容22系统整体方案的设计32.1 系统的整体框架32.2 遮测量的原理42.3 温度测量除理52.4 光源的选择63硬件系统的设计83.1 水质浊度采集模块（硅光电池）83.2 温度传感器模块93.2.1 DS18B20的结构及电路91.1 选题的背景我国工业水质温度检测系统的研究与开发始于上世纪80年代，与美国、瑞典、德国等先进发达国家的水质温度检测相比,要晚近十年。不仅如此,我国各地区的发展程度还存在很大差异,有的地区发展迅速,有的落后

3、地区却是一片是空白。而且.由于区域发展的不平衡，水产界殖业存在一个非常严重的问题，就是在生产过程中，缺乏很多的防范机制和防孜策略,水质和水温的检测报警相对落后.限制了水产养殖业等产业的发展。其中美国、德国等科技先进的国家较早地认识到水质和水温检测的重要性.德国StekOmadiCo公司采用的封闭式水质和水温检测方法也相继出现。再加上其他高科技手段.已经被许多国家效仿。为了改变这一现状,水质水温系统的研究及完善,有很大的发展息义。1.2 选题的意义单片机是一种集成电路芯片，不是单一实现某个功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上,类似于一个小型的计算机。目前单片机的应用及其广泛,如智能仪

4、表,手机,汽车导航,家用电器,抗空系统等等。应用了单片机系统,各种产品便有了智能的升级换代的作用,因此对于各类产品的升级换代.大部分是对于单片机系统的升级和完善。我们的生活己经离不开单片机的存在,从大型工业到家居生活,都已经有了单片机系统的存在。其中温度是表示物体冷热程度的物理量,温度的高低的准确判断，需要借助于某种物质的某种特性随温度变化的一定规律来进行测星。一般温度的测基通过温度传感器来实现。温度对工业.农业.水产养殖业等都有很大影响，是正常生产发展的重要指标。随着科学技术的不断发展,不同种类的温度传感器也不断面世。其中,温度传感器是一种通过合适的转换元件.将感受到的温度模拟量转涣为数字生

5、。常用的温度传感需有热电偶温度传感器和热电阻温度传感器。而浊度是指溶液中的悬浮物质对光线透过时所产生的阻碍程度。由于水中含有泥土.有机物,无机物,浮游生物等悬浮物,使得原来透明的水质变得浑浊。隐着人民生活水平的不断提高,人们对于饮用水,生活用水,工业用水等的要求也日益提高,因此.控制水质的浊度,成为工业用水，生活用水的一项重要指标。使用光学散射式浊度测量方法.滞浊度转化为光电信号，再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。总而言之,通过传感器和单片机芯片的融合.研究水质水温检测系统可以大大便利人们的工业生产的是指水温监控和预防.也可以使人们饮用水和生活用水的水质得到保证。

6、13研究的主要内容该系统以美国ATME1.公司生产的STM32FIO3单片机为主控芯片,采用频率特性好、响应频率高的桂光电池采集光信号,并将光信号转换成电信号.再经过放大电路放大后转换成数字信号通过A/D转换器.送入单片机中进行集中处理后输出,最后显示出相应的温度湿度。本设计要求可以实现以下几个功能：I、了解并设计芯片外围电路,主控板硬件电路。2、电路的选型及设计个附加设备，其中包括电源电路，复位电路以及液晶显示电路。3、该电路的运行程序的编写与设计。4、对设计好的软件、硬件进行调控。2系统整体方案的设计2.1 系统的整体框架该系统以美国ATME1.公司生产的STM32FIO3单片机为主控芯片

7、,采用频率特性好、响应频率高的硅光电池采集光信号,并将光信号转换成电信号,再经过放大电路放大后转换成数字信号通过A/D转换器,送入华片机中进行集中处理后输出，最后显示出柘应的温度湿度。系统硬件结构框图如下图所示：图2-1系统硬件结沟框图各个框图中各部分电路的作用:1 .液晶显示器的工作原理：在电场力的作用下.液晶分子的排列方向会发生一定程度的变化,使透光率发生变化,完成光电转换.然后根据三原色显示相应的数字图像C1.CD不仅具有功耗低、成本低、操作方便、稳定性高、无辐射等优点,是数字显示电路的首选。2 .复位电路：复位操作是完成单片机片内电路的初始化,使单片机从一种确定的状态开始运行。当单片机

8、中的豆位引脚RST显示高电平时,单片机就完成了复位操作.但如果兔位引脚为储蓄高电平.则单片机为循环复位状态.无法执行其他程序,因此单片机复位后要脱离其复位状态。一般复位操作有两种基本形式：上电复位和开关复位。3 .A/D转换电路：模报信号数字化的过程包括：采样.金化和编码。采样是对模拟信号中连续的值用一个个离散的点来表示；将不同的抽样值划分为M个量化电平，这些量化电平表示连续抽样值的方法即为量化,其中分为均匀量化和非均匀量化；编码将每个输入的每个高低电平信号编成一个对应的二诳制代码。其中常用的A/D转换电路有并联比较型,流水线型,逐次逼近型,双积分型A/D转换电路等等。4 .单片机电码：包括一

9、个CPU.一个片内振器及时钟电路,4KBR0M程序存储器.128字节RAM数据存储器，可寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储器的控制电路,32条可编程的I/O线,两个16位的定时/计数器.一个可编程全双工串行,5个中断源,两个优先级嵌有中断结构。可以将计算机的各种功作集成在一块芯片上。5 .电源电路：是一种给各用电元件提供电源供应的电密。其中既有交流电源也有直流电源。STM32F1O3单片机及其他元件需要+5V的电源,A/D转涣器需要+5V和5V的电源。2.2 浊度测的原理2.2.1 蛔传的喇浊度传感器的工作原理：将设计好的浊度传感器放入待测的水质中.根据传感器检测探头检测水质的透

10、光程度，当透光程度越高即水质的浑浊度就越低，浊度传感器输出的值就越低,反之亦然。我们通过单片机芯片将输出的浊度模拟量转换为数字量,再将输出的电压值传输到显示屏上。这就是涣度传感器的工作过程。因此,浊度传感需就是一种通过水中对光的透视程度来显示不同电压值的一种电子器件。2.2.2 浊度原理图的解析图中电位计用采调节当前显示出的浊度值.一般通过检测清水的浊度来对浊度传感器进行校港C清水的浊度值在300-I(XX)之间,若图中的电位器是用来调节当前的浊度值.清水的浊度一股在300到IO(X)之间,如果测试后发现浊度小于300或者大于1000.可以通过电位计的方法进行校准。2.2.3 浊度传感器的标准

11、及方法的选择标准：GB-T132-91水质浊度的测定ISO70271999水质浊度的测定2.2.4 细传s设(1)洱度表示水质中悬浮物，浮游植物，泥土等物质的浮浊程度.当光束射进水中的透光程度。具中测量的方法有透射法,散射-透射法比值法以及散射法。本次注度传感器采用的是90散射法测量的原理。其中发光二版管1.ED是电流型的器件,性能稳定,因此可以采用恒流加脉冲供电的方式。当发光二极管在水中接受到光束透过水中的散射光时,产生电流,经转换电路转换，放大电路滤波.最后由AD转换器转换成数字量,输入单片机,从而计算出准确的浊度值。2.3 温度测原理温度是一种表示物体冷热程度.但是不可以通过触碰等直接测

12、量，只能大致感知温度,而不能知道具体数值,因此只能通过物体间的热传递,或者是物体某些特性会隐着温度的变化而变化，从而根据变化程度来测量出温度变化。2.3.1 温度流的主要方法和分类(I)温度传感器的组成在现实的应用中.不管是哪种测量温度的传感器,基本上都是由感温元件和控制室的显示装置两个部分组成的。(2)温度测至方法根据感温元件是否与被测介质援触可以分为接触式温度测至和非接触式温度测量。将感温元件与被测介质接触,当两者达到热平衡时，则感温元件的温度就是被测介质的温度。这种温度传感器时一种操作简单,方便实现.稳定性较高,价格较低的测温元件。其中常用的温度传感器有数字温度传感器和热电阻温使传感器。

13、而热电阻温度传感器具测温原理是电阻值随温度的变化而变化,因此有必要设计一个很好的温度采集电路,该电路应包括测温部分、线性化部分.放大部分和A，D转换部分,大大增加了外圉电路的复杂度。热电阻温度传感器是采用数字温度传感器,通过数据总线与单片机通信,大大简化了外国电密,提高了测量精度。因此,本设计选择热电阻温度传感需作为温度采集传感器。数字温度传感器如DS18B20.该传感器主要特性如下：电压适应的范围相对较宽.电压范围为：3O55V;DS18B20的接口方式不同于传统的接口方式。它只需要一条总线就可以实现与单片机的双向通信。不仅如此,还可以在一条线上实现多个并联.可以测量多个测试点的温度，万使快

14、捷；全部传感器元件和转换电路就像一只三极管集成在集成电路内,DS1XB2O使用的时候不需要任何的外围元件；测温范围-55C+I25C.在/0+85C时精度在05C范围内；在使用的过程中,这个型号的数字温度传感器并不需要接具他的外圉元件便可以使用,并且有9-12位可编程的分辨率,可以实现高精度的温度测星：其中分辨率为加时,可以实现在93.75ms将测堡的温度模拟量转化为数字三,当分辨率为12位时，可以实现在75ms将测量的温度模版量转换为数字量.具有很快的测量及转换速度；测量完成后,将被测温度进行数字输出。该型温度传感器采用单总线串行方式,在传输的同时可根据校鸵码iS行校准。当正负极接反时并不会

15、损坏电路，而是不能工作或着一直显示85匕。2.4 光源的选择由于该浊度传感器根据光束在水中的透光程度来测量结果，因此光源的选择会直接影响到测量结果的准确性。目前大多数的资料显示,人们一般选择白炽灯为浊度传感器的光源。但白炽灯发光原理是用灯泡里灯丝通电迸行加热,然后由热辐射从而发出光源。因此当使用时间较长时，发热现釜明显，温度遂渐上升.从而使得其他元件产生温度漂移.这就极大得影响了结果的准确度和稳定性。不仅如此,当灯泡使用时间的不断窘加.在长时间的高温条件下，鸨丝中的铝原子升华扩散开来，会逐渐累积在灯泡的坡漉壳内表面.使得白炽灯变黑。国际环保规定,利用散射光测星方法测至水质浊度时.一般选择波长为

16、860纳米的散射光。因为当波长大于800纳米时.能最大限度地降低水中溶解物质对测量的所产生的干扰。当波长小于500纳米时招有更大的测量误差的出现。因此.本次课程设计我们对于光源的选择是红外发光二极管。综上所述，这次对于光源的选择我们将采用恒流源提供电力，主要有以下原因：(I)恒流源可以产生恒定的电流源，不会在上电时产生寮时的冲击力而对设备造成损伤,可以提高其使用寿命.保护设备。(2)发光二极管的发光覆度与电流成线性关系,而与电压成对数关系,即具发光特性对电压的变化比电流的变化更敏感.故采用恒流源,可以极大限度得减少发光强度的瞬时波动。3硬件系统的设计本课题的硬件系统主要由主控模块、水质浊度电路，信号放大电路、A/D转换电路、液晶显示电路、串口通信电