緒論1.1課題研究背景隨著人們的保護(hù)意識(shí)的不斷增強(qiáng)，環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集需求日益增長。在當(dāng)下，傳感器和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展較好，通過傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，是一種新型的數(shù)據(jù)采集方。這種采集方式不僅能夠便捷地獲取隨機(jī)性研究數(shù)據(jù)，還能有效避免傳統(tǒng)監(jiān)測手段對(duì)環(huán)境造成的侵入性影響。這種由大量微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成的自組織分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，集無線通信、數(shù)據(jù)采集和信息處理功能于一體，可實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境或監(jiān)測對(duì)象的實(shí)時(shí)感知與數(shù)據(jù)采集。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)特征體現(xiàn)在其節(jié)點(diǎn)微型化、網(wǎng)絡(luò)自組織和功能集成化等方面。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都具備獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集、信息處理和無線傳輸能力，通過自組織方式形成多跳網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種分布式架構(gòu)既保證了系統(tǒng)的可靠性，又增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和靈活性。近年來，隨著微電子技術(shù)和通信技術(shù)的進(jìn)步，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已趨于成熟，并在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。單片機(jī)作為當(dāng)下一種新型控制方式因其優(yōu)異的性能表現(xiàn)而備受關(guān)注。作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的核心處理單元，單片機(jī)能夠有效協(xié)調(diào)傳感器模塊、通信模塊和電源管理模塊的工作。特別值得注意的是，單片機(jī)技術(shù)憑借其低成本、低功耗的特性，很好地適應(yīng)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)能耗和成本的嚴(yán)格要求。同時(shí)，其適中的通信速率既能滿足多數(shù)環(huán)境監(jiān)測需求，又確保了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。這些技術(shù)優(yōu)勢使得基于單片機(jī)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事偵察、智能家居、工業(yè)自動(dòng)化和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域都具有重要的應(yīng)用價(jià)值，為構(gòu)建智能化監(jiān)測系統(tǒng)提供了可靠的技術(shù)支撐。水資源作為人類生存發(fā)展的基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源，其可持續(xù)利用直接關(guān)系到經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展質(zhì)量。我國水資源總量達(dá)2.8萬億立方米，位居全球第六，其中地表水2.7萬億立方米、地下水0.83萬億立方米，但受龐大人口基數(shù)影響，人均水資源量僅列世界第88位，且實(shí)際可利用淡水資源占比不足總量的0.2%。隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，水資源供需矛盾日益突出，未經(jīng)處理直接排放的生活污水占比居高不下，加劇了水環(huán)境污染壓力。在國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略指引下，水環(huán)境保護(hù)的重要性已形成社會(huì)共識(shí)，科學(xué)高效的污水處理技術(shù)不僅成為改善生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵舉措，更是推動(dòng)綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐，其技術(shù)進(jìn)步與工程實(shí)施對(duì)實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)利用、保障生態(tài)安全具有重大意義。水質(zhì)監(jiān)測是實(shí)現(xiàn)水資源循環(huán)利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，然而傳統(tǒng)監(jiān)測方式在湖泊、河流等開放水域的應(yīng)用存在明顯局限性。針對(duì)水體中央監(jiān)測浮標(biāo)有線通信方案存在的成本高昂、布線復(fù)雜等問題，本研究設(shè)計(jì)開發(fā)了一套基于單片機(jī)技術(shù)的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅大幅降低了系統(tǒng)部署成本，還顯著提升了水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴(kuò)展性，為水體環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)采集與遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了可靠的技術(shù)解決方案。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)在國外的發(fā)展歷程可追溯至20世紀(jì)中期，以美國、英國、日本為代表的發(fā)達(dá)國家率先開展了系統(tǒng)性建設(shè)。美國已實(shí)現(xiàn)每萬平方公里約20余個(gè)監(jiān)測站的布設(shè)密度；英國泰晤士河流域于1975年建成完整的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；日本自1967年在公共海域部署首個(gè)自動(dòng)監(jiān)測裝置后，至20世紀(jì)末已累計(jì)建成170余座監(jiān)測站。這些早期實(shí)踐為全球水質(zhì)監(jiān)測體系的建立奠定了重要基礎(chǔ)，展現(xiàn)了發(fā)達(dá)國家在水環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)先性。國外早期水質(zhì)監(jiān)測主要采用人工采樣分析法，即在固定斷面定時(shí)采集瞬時(shí)水樣后送實(shí)驗(yàn)室檢測。雖然這種方法操作簡便，但存在明顯局限性：無法實(shí)時(shí)獲取水質(zhì)參數(shù)動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)，難以及時(shí)反映水體污染狀況。為突破這一技術(shù)瓶頸，發(fā)達(dá)國家逐步建立起更完善的水環(huán)境監(jiān)測體系，在改進(jìn)實(shí)驗(yàn)室分析方法的同時(shí)，重點(diǎn)發(fā)展了兩大現(xiàn)代化監(jiān)測手段：一是固定式水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線監(jiān)測；二是移動(dòng)式監(jiān)測系統(tǒng)，提升應(yīng)急響應(yīng)能力。這些技術(shù)進(jìn)步有效解決了水質(zhì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測、污染預(yù)警和溯源分析等關(guān)鍵問題，同時(shí)為研究水體的自凈能力和稀釋規(guī)律提供了科學(xué)依據(jù)，標(biāo)志著水質(zhì)監(jiān)測從間斷性人工檢測向智能化實(shí)時(shí)監(jiān)測的重要轉(zhuǎn)變。德國WTW公司研發(fā)的IQSensorNet系統(tǒng)代表了當(dāng)前水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)水平。該系統(tǒng)采用模塊化架構(gòu)設(shè)計(jì)，通過集成多個(gè)智能傳感器（包括pH、溫度、溶解氧等監(jiān)測單元），實(shí)現(xiàn)了多參數(shù)同步檢測功能。各傳感器獨(dú)立完成原始數(shù)據(jù)采集后，內(nèi)置信號(hào)處理模塊將模擬量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號(hào)。系統(tǒng)配置的中央控制器具備雙重功能：一方面負(fù)責(zé)各監(jiān)測參數(shù)的集中顯示與控制，另一方面協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部通信協(xié)議，使得不同類型傳感器輸出的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號(hào)能夠通過統(tǒng)一平臺(tái)進(jìn)行接收和處理，顯著提升了系統(tǒng)的兼容性和擴(kuò)展性。我國水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)始于20世紀(jì)90年代末期，在水利和環(huán)保部門的推動(dòng)下，重點(diǎn)流域逐步建立起首批自動(dòng)監(jiān)測站點(diǎn)。隨著近年來水環(huán)境污染問題的日益突出，國家加大了水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域的投入力度，目前已在主要水系115個(gè)關(guān)鍵斷面建成自動(dòng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測參數(shù)涵蓋pH值、水溫、濁度、氨氮、電導(dǎo)率、高錳酸鹽指數(shù)、溶解氧及總有機(jī)碳等核心指標(biāo)。當(dāng)前國內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)主要采用兩種技術(shù)路線：第一種是基于自動(dòng)取樣分析儀器的傳統(tǒng)方法，該系統(tǒng)通過取水裝置采集水樣后，經(jīng)預(yù)處理送入分析儀器進(jìn)行組分檢測，所得模擬信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后存儲(chǔ)傳輸。該方案雖然測量精度基本達(dá)標(biāo)，但需要配套建設(shè)取水預(yù)處理、清水反沖洗及恒溫控制等輔助設(shè)施，存在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)維成本高、管理難度大等固有缺陷；第二種是采用電化學(xué)傳感器探頭的現(xiàn)代方法，該技術(shù)融合了光學(xué)、物理及材料科學(xué)等多學(xué)科成果，將傳感器直接浸入待測水體實(shí)施原位監(jiān)測。其工作原理是將水質(zhì)參數(shù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換與傳輸。這種方案具有測量精度高、響應(yīng)速度快、安裝維護(hù)簡便、綜合成本低等顯著優(yōu)勢，代表了水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展方向。兩種技術(shù)路線的并存發(fā)展，既滿足了當(dāng)前環(huán)境監(jiān)測的迫切需求，又為監(jiān)測系統(tǒng)的持續(xù)升級(jí)提供了技術(shù)儲(chǔ)備。雖然近年來，我國在智能水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)這一課題上有了較好的發(fā)展，不過總體來講，我國在水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)的研究和相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)上和國外相比，還是有較大的差距的。1.3課題研究意義我國傳統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)采用有線子站架構(gòu)，每個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)包含傳感器模塊和控制器模塊：傳感器負(fù)責(zé)采集水質(zhì)參數(shù)，控制器完成信號(hào)轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后，通過有線通信將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心。這種架構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中存在明顯局限性，隨著監(jiān)測站點(diǎn)數(shù)量的增加，復(fù)雜的布線系統(tǒng)不僅大幅提高了建設(shè)成本，還導(dǎo)致現(xiàn)場安裝和維護(hù)工作難度顯著提升。相比之下，采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新型監(jiān)測系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢，通過無線傳輸方式實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)回傳，既能有效降低系統(tǒng)部署的線路成本，又能簡化施工流程，提高系統(tǒng)可維護(hù)性。這種技術(shù)革新不僅解決了傳統(tǒng)有線系統(tǒng)的固有缺陷，還為構(gòu)建大規(guī)模、分布式的水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)提供了可行性方案。因此本次通過單片機(jī)芯片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一款智能水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，它內(nèi)部放置了多個(gè)傳感器可以對(duì)水質(zhì)內(nèi)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)還放置了執(zhí)行器件來實(shí)現(xiàn)換水動(dòng)作。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡單、價(jià)格低廉、拓展性也很強(qiáng)，設(shè)計(jì)的實(shí)物對(duì)符合當(dāng)下保護(hù)水源的相關(guān)概念，在當(dāng)下有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。1.4全文結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本文中的結(jié)構(gòu)安排如下：第1章，總體方案設(shè)計(jì)。提出了智能加濕器的基本要求和功能期望。設(shè)計(jì)出總體的模塊框圖。對(duì)圖中出現(xiàn)的各個(gè)模塊進(jìn)行文字上的概述。第2章，主要器件選型。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)物設(shè)計(jì)當(dāng)中需要用到的核心模塊進(jìn)行分析和選型，主要是考慮功能、設(shè)計(jì)難度、性價(jià)比來進(jìn)行選擇，并且對(duì)做出的選擇進(jìn)行簡單的介紹和闡述。第3章，電路硬件設(shè)計(jì)。對(duì)系統(tǒng)中應(yīng)用到的單片機(jī)模塊、顯示模塊、溫濕度傳感器模塊、水位傳感器模塊、按鍵模塊、蜂鳴器模塊、電源模塊進(jìn)行了外部電路圖的繪制，并且給出文字性分析，詳細(xì)概述了電路的設(shè)計(jì)思路。第4章，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。對(duì)本次單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)模塊代碼進(jìn)行編寫和分析，繪制出各個(gè)主要主程序、子程序模塊的流程圖，并加以文字分析。第5章，系統(tǒng)測試。對(duì)本次實(shí)物設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析和描述，對(duì)設(shè)計(jì)的成品板子進(jìn)行介紹，以及功能上的調(diào)試。第6章，結(jié)語。對(duì)本次設(shè)計(jì)做出的成品功能進(jìn)行分析和描述，并且在這個(gè)基礎(chǔ)上提出更好的功能展望。

2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的智能水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)功能繪制的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1-1所示：系統(tǒng)采用單片機(jī)為控制核心實(shí)現(xiàn)對(duì)外部數(shù)據(jù)的處理和信號(hào)傳輸。溫度傳感器用于檢測水內(nèi)溫度數(shù)值；PH傳感器用于監(jiān)測水內(nèi)的PH值；TDS傳感器實(shí)時(shí)采集水內(nèi)的水質(zhì)信息，按鍵模塊用于實(shí)現(xiàn)閾值的輸入換，液晶模塊作為簡易的交互設(shè)備可以顯示當(dāng)前的水質(zhì)內(nèi)的參數(shù)，LED和蜂鳴器用于實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。圖2-1總體設(shè)計(jì)框圖2.2系統(tǒng)器件選型2.2.1單片機(jī)選型方案一：采用FPGA：FPGA又名可編程門列陣，這是一種半定制電路，它的單元體積較小，但是功能強(qiáng)大，輸出的接口也較為豐富。在設(shè)計(jì)過程中，由于FPGA的集成性較高，很多功能可以直接進(jìn)行調(diào)用，所以通過它控制的系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)周期較短，同時(shí)這款控制模塊工作時(shí)能耗較低，目前被廣泛的運(yùn)用在生活中的各個(gè)中、大型控制場合中。但是在設(shè)計(jì)時(shí)FPGA對(duì)設(shè)計(jì)人員的技術(shù)水平要求較高，在功能調(diào)試時(shí)它需要完成時(shí)序仿真和功能仿真，同時(shí)這款控制系統(tǒng)的價(jià)格也較為昂貴，運(yùn)用在本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中是不太合適的。方案二：采用AVR單片機(jī)：這款單片機(jī)是由ATM公司在97年研發(fā)的增強(qiáng)型單片機(jī)，它的功能強(qiáng)大，指令精簡，數(shù)據(jù)傳輸速度較快。當(dāng)下在計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備、儀器表、通訊設(shè)備等鄰域運(yùn)用較為廣泛。這款單片機(jī)和常見單片機(jī)最大的區(qū)別就是它內(nèi)部取消了機(jī)械周期，在工作時(shí)都是采用時(shí)鐘周期來完成的，在數(shù)據(jù)的處理和傳輸上AVR單片機(jī)的表現(xiàn)優(yōu)異，功能上也十分完美。不過這款單片機(jī)在代碼的編寫上采用的是C語言因此這款單片機(jī)對(duì)初學(xué)者來說難度較大。設(shè)計(jì)起來偏復(fù)雜。如果使用該方案，設(shè)計(jì)的時(shí)間和周期會(huì)較長。方案三：采用51系列單片機(jī)；51系列單片機(jī)是最常見的一款單片機(jī)，它的價(jià)格低廉，功能豐富。在控制上51系列的單片機(jī)均是采用單總線的控制方式來完成，除了有較好的集成性，51單片機(jī)內(nèi)部的指令較為豐富，像是常見的時(shí)鐘、PWM等功能都可以通過代碼直接編程調(diào)用。在設(shè)計(jì)難度上，51單片機(jī)的功能較為成熟，市面上有很多資料和系統(tǒng)可以借鑒。綜上所述：本次關(guān)于智能水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的主控部分，選用方案三是十分合適的。2.2.2顯示模塊選型方案一：采用點(diǎn)陣數(shù)碼管：點(diǎn)陣數(shù)碼管目前被廣泛的用于各類比賽、商圈內(nèi)的大型數(shù)字廣告中。它的設(shè)計(jì)簡單，總體結(jié)構(gòu)由多個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，成本低廉。但是點(diǎn)陣二極管只能顯示相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，而且體積較大，運(yùn)用在本次設(shè)計(jì)中是不太合適的。方案二：采用OLED顯示模塊：OLED采用新型的發(fā)光材料構(gòu)成，其內(nèi)部材質(zhì)在上電后會(huì)和材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而顯示相關(guān)信息，背部不需要放置發(fā)光源。OLED的體積較小、耗能較低，但是也正是因?yàn)樗牟牧蠘?gòu)成，目前市面上常見的OLED的壽命較短，不能長時(shí)穩(wěn)定的工作，在工作中可能會(huì)出現(xiàn)黑屏、閃爍的現(xiàn)象。方案三：采用LCD顯示模塊：LCD液晶是工業(yè)中常見的一種顯示模塊，它的穩(wěn)定性和實(shí)用性較高，生活中常見的小型控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)儀表都是通過它來顯示完成的。LCD液晶背部有一個(gè)背光源，可以提供長時(shí)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)顯示。本次設(shè)計(jì)需要顯示當(dāng)前溫度、PH數(shù)值、渾濁度等信息，LCD液晶可以很好的完成這一需求。綜上所述：本次關(guān)于智能水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的顯示部分，選用方案三是十分合適的。2.2.3溫度傳感器模塊選型方案一：在溫度檢測上使用DS18B20溫度傳感器；DS18B20是一款數(shù)字溫度傳感器。它的優(yōu)點(diǎn)在于它的接線簡單方便，只需要兩跟線就可以完成線路連接，且精度較高，檢測范圍在-55℃～125℃內(nèi)，它的溫濕度檢測范圍較大，在電路設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜。目前這款傳感器被廣泛的運(yùn)用在倉庫管理、氣象預(yù)測等方面，可翻閱的資料也較多。方案二：采用熱敏電阻：熱敏電阻是常見的溫度采集裝置，它們的價(jià)格低廉，在信號(hào)的采集過程中都是通過搭建外部電路通過電壓的變化來檢測的，需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和標(biāo)定，而且測量的精度無法保證。同時(shí)這款傳感器的檢測精度較差，穩(wěn)定性不高，得出的數(shù)據(jù)誤差較大。綜上所述：本次關(guān)于智能水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器模塊，選用方案二是比較合理。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小模塊設(shè)計(jì)如圖3-1所示。本次設(shè)計(jì)的智能水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)使用的單片機(jī)為51系列單片機(jī)的STC89C52單片機(jī)，這款單片機(jī)內(nèi)部的功能豐富，靈敏性、移植性、兼容性上都表現(xiàn)的十分優(yōu)異。STC89C52單片機(jī)擁有兩種周期開始模式，可以根據(jù)不同的功能需求對(duì)其進(jìn)行切換和使用。單片機(jī)一共擁有40個(gè)I/O端口，分別是32個(gè)雙向I/O端口，2個(gè)串行中斷、2個(gè)外部中斷、2個(gè)讀寫中斷、3個(gè)定時(shí)器中斷。圖3-1單片機(jī)最小模塊圖整個(gè)最小模塊包括復(fù)位電路、晶振電路和電源電路，其功能分別是：復(fù)位電路是用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位動(dòng)作的。當(dāng)系統(tǒng)在工作過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤、卡頓等問題時(shí)，通過復(fù)位電路可以將其復(fù)位到初始狀態(tài)。本次設(shè)計(jì)采用的復(fù)位方式是上電復(fù)位的模式，當(dāng)系統(tǒng)上電后，原有的RST腳的電平信號(hào)由低到高，當(dāng)單片機(jī)檢測到RST腳的電平變?yōu)楦唠娖胶缶蜁?huì)自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位動(dòng)作。晶振電路是用于對(duì)單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)而放置的它是由兩個(gè)22pF的電容C2、C3和一個(gè)晶振Y1共同完成的。通常電容和晶振的比值決定了單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)處理的速度。所以該部分一般放置在靠近單片機(jī)芯片的部位。電源電路則是對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊提供電能，保證其穩(wěn)定正常的工作。3.2顯示模塊設(shè)計(jì)LCD液晶顯示技術(shù)在現(xiàn)代電子設(shè)備中廣泛應(yīng)用，尤其在需要人機(jī)交互界面和小型儀表顯示的場合。根據(jù)顯示方式的不同，LCD液晶主要分為字段型、點(diǎn)陣字符型和點(diǎn)陣圖形三大類。本設(shè)計(jì)選用的是點(diǎn)陣字符型液晶模塊LCD1602，該型號(hào)具有典型的16字符×2行顯示能力，能夠清晰呈現(xiàn)多組監(jiān)測數(shù)據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中，LCD1602可同時(shí)顯示上下兩行的字符信息，包括環(huán)境溫度、液體PH值以及濁度等關(guān)鍵參數(shù)。這種顯示模塊以其標(biāo)準(zhǔn)化的接口、穩(wěn)定的性能和適中的成本，成為工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域常用的信息顯示解決方案。其顯示內(nèi)容可通過編程靈活控制，滿足各類設(shè)備對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化的基本需求。整個(gè)LCD1602的引腳定義如表3-1所示。表3-1LCD1602引腳介紹外部編號(hào)符號(hào)各個(gè)引腳說明外部編號(hào)符號(hào)引腳說明1GND電源接地位9DB2數(shù)據(jù)位2VCC電源正極位10DB3數(shù)據(jù)位3VO液晶顯示偏壓11DB4數(shù)據(jù)位4RS數(shù)據(jù)/命令選擇位12DB5數(shù)據(jù)位5RW讀寫選擇位13DB6數(shù)據(jù)位6E使能信號(hào)位14DB7數(shù)據(jù)位7DB0數(shù)據(jù)位15BG/VCC背光源正極8DB1數(shù)據(jù)位16BG/GND背光源負(fù)極在線路連接時(shí)，只需要根據(jù)上述的引腳介紹表連接對(duì)應(yīng)的端口即可實(shí)現(xiàn)顯示模塊的線路連接，本次設(shè)計(jì)的顯示模塊外部電路如圖3-2所示。圖3-2顯示模塊外部電路圖3.3溫度檢測模塊設(shè)計(jì)如圖3-3所示。本設(shè)計(jì)采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器作為核心測溫元件。該傳感器具有集成化程度高的特點(diǎn)，內(nèi)部集成了溫度傳感、信號(hào)調(diào)理和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，可直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，無需外接ADC轉(zhuǎn)換芯片。DS18B20采用單總線（1-Wire）通信協(xié)議，僅需通過DQ數(shù)據(jù)線與單片機(jī)I/O端口相連即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，極大簡化了硬件連接。圖3-3溫度檢測模塊電路3.4PH值監(jiān)測模塊設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中，水質(zhì)中的PH值數(shù)值是通過PH傳感器來實(shí)現(xiàn)檢測的。PH值傳感器是一款常見的、價(jià)格低廉的檢測PH數(shù)值的傳感器。它具有具有連線簡單、方便實(shí)用等特點(diǎn)。傳感器分為三個(gè)引腳，分別是：用于接地的GND端口、用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腁O端口，用于連接電源的VCC端口。使用時(shí)，將PH傳感器的AO端口連接到單片機(jī)或者數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片上即可實(shí)現(xiàn)PH數(shù)值的傳輸。PH傳感器的工作原理較為簡單，它內(nèi)置玻璃電極和參比電極，為不可填充式復(fù)合電極結(jié)構(gòu)，通過檢測檢測水溶液中氫離子活度來實(shí)現(xiàn)對(duì)PH值數(shù)值的采集。外部線路圖如圖3-4所示。圖3-4PH檢測模塊電路3.5TDS值監(jiān)測模塊設(shè)計(jì)本次用于采集水質(zhì)中，TDS數(shù)值的傳感器位GE公司開發(fā)生產(chǎn)的濁度傳感器，這款傳感器的工作原理簡單，它通過兩端發(fā)出的光線來判斷水質(zhì)中的TDS值，當(dāng)光束通過待測水樣時(shí)，其透射光強(qiáng)與水的渾濁程度成反比。渾濁度越高，透射光強(qiáng)越弱。傳感器中的光電接收裝置將透射光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，透射光強(qiáng)越大則輸出電流越大，反之則越小。通過精確測量該電流信號(hào)的變化，即可建立光強(qiáng)衰減與渾濁度之間的定量關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水樣渾濁度的準(zhǔn)確測定。這種光學(xué)測量方法具有快速、非接觸等特點(diǎn)。線路連接圖如圖3-5所示，通過將AOUT端口連接到數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片上即可實(shí)現(xiàn)TDS數(shù)值的模擬量數(shù)據(jù)傳輸。圖3-5溫度檢測模塊電路3.6蜂鳴器報(bào)警模塊設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的蜂鳴器模塊外部電路圖如圖3-6所示，它的主要作用是當(dāng)水質(zhì)內(nèi)溫度、PH值、渾濁度不在閾值范圍內(nèi)時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示作用。整個(gè)蜂鳴器模塊的工作流程較為簡單，整體是由8550NPN型三極管、電阻、喇叭等元器件共同構(gòu)成的，當(dāng)系統(tǒng)外部的傳感器檢測上述情況時(shí)，單片機(jī)會(huì)通過端口給出一個(gè)電信號(hào)，而后經(jīng)過NPN型三極管將其放大后，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作實(shí)現(xiàn)報(bào)警提示。圖3-6蜂鳴器報(bào)警模塊電路3.7數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中，由于PH傳感器和水質(zhì)傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)均為模擬量數(shù)據(jù)，STC89C52單片機(jī)不能處理模擬量數(shù)據(jù)，因此在設(shè)計(jì)中還放置了ADC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片來實(shí)現(xiàn)模擬量信號(hào)到數(shù)字量信號(hào)的轉(zhuǎn)換。ADC0832芯片是電子設(shè)計(jì)中常見的一款數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，其內(nèi)部采用電源的輸入端和基準(zhǔn)電壓的采用復(fù)用的形式，這種設(shè)計(jì)使得芯片輸入的模擬電壓介于0至5V之間從而快速的實(shí)現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換。其內(nèi)部的雙通道設(shè)計(jì)可以實(shí)時(shí)的輸出兩個(gè)數(shù)據(jù)，進(jìn)而加以比較從而相互印證，減少誤差。本次設(shè)計(jì)的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路外部電路圖如圖3-7所示。當(dāng)PH傳感器和水質(zhì)傳感器檢測到相關(guān)的數(shù)據(jù)信號(hào)后，采集的數(shù)據(jù)會(huì)通過CH0腳進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片在將轉(zhuǎn)換完畢的數(shù)據(jù)上傳到單片機(jī)中進(jìn)行處理。圖3-7溫度檢測模塊電路3.8外部執(zhí)行模塊設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中是通過繼電器的動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)水泵的換水動(dòng)作。如圖3-8所示，繼電器的結(jié)構(gòu)如下繼電器的內(nèi)部是由銜鐵、彈簧、觸點(diǎn)片、線圈等器件共同組成的，當(dāng)上電過程中，如果內(nèi)的線圈兩端出現(xiàn)了電壓，根據(jù)相關(guān)的物理原理，此時(shí)線圈內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)電流，進(jìn)而控制銜鐵拉動(dòng)觸點(diǎn)閉合，從而使得電路導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的開閉。圖3-8繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖在本次設(shè)計(jì)中，當(dāng)渾濁度傳感器檢測到當(dāng)前的水質(zhì)渾濁度過高時(shí)，此時(shí)單片機(jī)會(huì)給出一個(gè)電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)過三極管放大后驅(qū)動(dòng)指示燈模塊和水泵電機(jī)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)換水功能，具體線路連接如圖3-9所示。圖3-9外部執(zhí)行模塊電路圖3.8按鍵模塊設(shè)計(jì)按鍵模塊在本次設(shè)計(jì)中是作為信號(hào)的輸入部分和閾值數(shù)據(jù)的修改來放置的，本次設(shè)計(jì)中系統(tǒng)一共放置了4個(gè)獨(dú)立按鍵來完成相關(guān)的動(dòng)作。如圖3-10所示，S1~S4的功能分別是“設(shè)置”、“閾值加”、“閾值減”、“退出”；在進(jìn)行前期的參數(shù)設(shè)定時(shí)可以通過這些獨(dú)立按鍵來完成。同時(shí)為了避免在工作中由于誤觸導(dǎo)致的按鍵動(dòng)作，在程序的設(shè)計(jì)中，按鍵子程序模塊前首先放置了一段一段延時(shí)程序來對(duì)該模塊進(jìn)行消抖處理，避免出現(xiàn)由于誤觸導(dǎo)致的信號(hào)浮動(dòng)問題。整個(gè)按鍵部分的工作原理也較為簡單，當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，對(duì)應(yīng)獨(dú)立按鍵的I/O端口均為高電平，如果此時(shí)按鍵被按下，單片機(jī)會(huì)檢測到高低電平的變化，根據(jù)這個(gè)變化即可判斷按鍵是否被按下，進(jìn)而發(fā)送對(duì)應(yīng)的指令。外部結(jié)構(gòu)圖如圖3-10所示。圖3-10按鍵模塊電路圖3.9系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)如圖3-11所示，本次系統(tǒng)的總體電路圖如下：51單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心在系統(tǒng)中起到數(shù)據(jù)處理、設(shè)備控制的功能。其各個(gè)端口連接到外部的各個(gè)模塊，P0.0~P0.7連接上拉電阻置高位后在連接到1602液晶上的數(shù)據(jù)傳輸端口，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和寫入；P2.4連接溫度傳感器的數(shù)據(jù)端口實(shí)現(xiàn)水質(zhì)內(nèi)溫度數(shù)值的采集；P1.0~P1.3連接按鍵模塊用于實(shí)現(xiàn)按鍵信號(hào)的輸入；P1.5~P1.7連接數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，用于將PH傳感器和渾濁度傳感器采集的數(shù)值轉(zhuǎn)換城數(shù)值量數(shù)據(jù)在上傳到單片機(jī)處理；P3.2~P3.7外部連接多個(gè)LED指示燈，用于進(jìn)行相關(guān)報(bào)警的提示。P1.4連接蜂鳴器模塊實(shí)現(xiàn)相關(guān)提示動(dòng)作。圖3-11系統(tǒng)總體電路圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境簡介在完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)后，需通過軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)各功能模塊的控制。本設(shè)計(jì)采用Keil5集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行單片機(jī)程序開發(fā)，該軟件是業(yè)界廣泛使用的專業(yè)嵌入式開發(fā)工具。在Keil5平臺(tái)下，開發(fā)者可完成C語言或匯編語言的代碼編寫，并通過其內(nèi)置的編譯器將源代碼轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行文件。該開發(fā)環(huán)境提供完善的調(diào)試功能，包括單步執(zhí)行、斷點(diǎn)設(shè)置、變量監(jiān)控等調(diào)試手段，同時(shí)支持硬件仿真功能，便于驗(yàn)證程序邏輯的正確性。通過Keil5生成的十六進(jìn)制文件可直接燒錄至單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)上電后對(duì)各外設(shè)模塊的精確控制。4.2主程序設(shè)計(jì)如圖4-1所示，本次系統(tǒng)的主程序流程圖如下：圖4-1系統(tǒng)主程序流程圖當(dāng)系統(tǒng)上電后，各個(gè)模塊開始進(jìn)行初始化動(dòng)作。初始化完畢后，系統(tǒng)內(nèi)放置的各個(gè)傳感器開始工作，同時(shí)單片機(jī)會(huì)實(shí)時(shí)的進(jìn)行按鍵掃描，當(dāng)檢測到有按鍵被按下時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入閾值信息的設(shè)置界面。設(shè)置完畢后，1602液晶上會(huì)顯示相關(guān)信息；系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)會(huì)實(shí)時(shí)采PH數(shù)值、溫度數(shù)值、TDS數(shù)值，并且和設(shè)置的閾值進(jìn)行對(duì)比，如果檢測到當(dāng)前水質(zhì)內(nèi)的溫度、PH數(shù)值不在設(shè)定的閾值范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)控制蜂鳴器報(bào)警，指示燈光亮起；如果當(dāng)前水質(zhì)TDS過高，則系統(tǒng)蜂鳴器報(bào)警，水泵開始循環(huán)工作，實(shí)現(xiàn)換水動(dòng)作。整個(gè)主程序流程持續(xù)循環(huán)，直到系統(tǒng)斷電停止工作。其主要代碼如下：部分主程序代碼 voidmain(void){unsignedcharphsxWarnFlag=0,phxxWarnFlag=0,ftuWarnFlag=0,wdsxWarnFlag=0,wdxxWarnFlag=0;//警告標(biāo)志unsignedcharsetFlag=0;//設(shè)置標(biāo)志unsignedcharsetIndex=0;//設(shè)置位置unsignedchartimerValue=254;unsignedcharshowFlag=1;//顯示標(biāo)志lcd1602_init();//LCD1602初始化if(Flash_Init()==0)//檢測是否存儲(chǔ)過{setPhUp=Flash_ReadUnsignedIntValue(0);setPhDown=Flash_ReadUnsignedIntValue(2);setFtuValue=Flash_ReadUnsignedIntValue(4);setTempertureUp=Flash_ReadUnsignedIntValue(6);setTempertureDown=Flash_ReadUnsignedIntValue(8);}else{Flash_SaveUnsignedIntValue(0,setPhUp);Flash_SaveUnsignedIntValue(2,setPhDown);Flash_SaveUnsignedIntValue(4,setFtuValue);Flash_SaveUnsignedIntValue(6,setTempertureUp);Flash_SaveUnsignedIntValue(8,setTempertureDown);}while(1){unsignedcharkey=Key_Scan(0);if(key==1){if(setFlag){if(++setIndex>4){setFlag=0;//設(shè)置標(biāo)志為假timerValue=254;}}else{phsxWarnFlag=phxxWarnFlag=ftuWarnFlag=wdsxWarnFlag=wdxxWarnFlag=0;setFlag=1;//設(shè)置標(biāo)志為真setIndex=0;}}elseif(key==4&&setFlag==1)//退出設(shè)置{setFlag=0;//設(shè)置標(biāo)志為假timerValue=254;}4.3顯示程序設(shè)計(jì)在單片機(jī)和1602液晶實(shí)現(xiàn)顯示部分的傳輸時(shí)，單片機(jī)需要檢測當(dāng)前1602液晶端口是否處于忙的標(biāo)志位，當(dāng)忙標(biāo)志位處于低電平時(shí)，1602液晶才會(huì)讀取單片機(jī)傳輸?shù)南嚓P(guān)信息。如圖4-2所示：當(dāng)顯示子程序開始動(dòng)作時(shí)，1602液晶首先會(huì)進(jìn)行初始化延時(shí)動(dòng)作，而后通過忙標(biāo)志來判斷是否收到了寫入信號(hào)，而后將相關(guān)字符寫入進(jìn)對(duì)應(yīng)位置，進(jìn)而進(jìn)行顯示。圖4-2顯示子程序流程圖其主要代碼如下：部分顯示程序代碼#if(LCD1602_4OR8_DATA_INTERFACE==0)//8位LCDvoidlcd1602_write_cmd(unsignedcharcmd){ LCD1602_RS=0;//選擇命令 LCD1602_RW=0;//選擇寫 LCD1602_E=0; LCD1602_DATAPORT=cmd;//準(zhǔn)備命令 delay_ms(1); LCD1602_E=1;//使能腳E先上升沿寫入 delay_ms(1); LCD1602_E=0;//使能腳E后負(fù)跳變完成寫入 }#else //4位LCDvoidlcd1602_write_cmd(unsignedcharcmd){ LCD1602_RS=0;//選擇命令 LCD1602_RW=0;//選擇寫 LCD1602_E=0; LCD1602_DATAPORT=cmd;//準(zhǔn)備命令 delay_ms(1); LCD1602_E=1;//使能腳E先上升沿寫入 delay_ms(1); LCD1602_E=0;//使能腳E后負(fù)跳變完成寫入 LCD1602_DATAPORT=cmd<<4;//準(zhǔn)備命令 delay_ms(1); LCD1602_E=1;//使能腳E先上升沿寫入 delay_ms(1); LCD1602_E=0;//使能腳E后負(fù)跳變完成寫入 }#endif4.4A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的A/D轉(zhuǎn)換程序如圖4-3所示：在上電后，數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片會(huì)經(jīng)過一個(gè)初始化動(dòng)作，初始化完畢后單片機(jī)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，此時(shí)通過程序選擇數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片中的數(shù)據(jù)通道0；單片機(jī)會(huì)實(shí)時(shí)的通過數(shù)據(jù)通道來判斷傳感器采集的模擬量信息是否完成轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后單片機(jī)會(huì)根據(jù)讀取內(nèi)部的電壓值來判斷當(dāng)前的PH數(shù)值和TDS濃度值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取。圖4-3A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖其主要代碼如下：部分A/D轉(zhuǎn)換程序代碼for(i=0;i<8;i++)//讀取前8位的值{_nop_();adval<<=1;CLK=1;_nop_();CLK=0;if(DI0)adval|=0x01;elseadval|=0x00;}for(i=0;i<8;i++)//讀取后8位的值{test>>=1;if(DI0)test|=0x80;elsetest|=0x00;_nop_();CLK=1;_nop_();CLK=0;}if(adval==test)//比較前8位與后8位的值，如果不相同舍去。若一直出現(xiàn)顯示為零，請將該行去掉dat=test;_nop_();CS=1;//釋放ADC0832DI0=1;CLK=1;returndat;}4.5按鍵子程序設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的按鍵子程序主要是用于修改相關(guān)溫度、PH數(shù)值、TDS閾值數(shù)值信息。在系統(tǒng)上電工作后，單片機(jī)會(huì)一直對(duì)按鍵模塊的相關(guān)端口進(jìn)行掃描動(dòng)作，當(dāng)檢測到端口電平發(fā)生變化時(shí)，即可判斷對(duì)應(yīng)的按鍵被按下，進(jìn)而首先相關(guān)內(nèi)容和數(shù)據(jù)的修改。以修改閾值速度為例：當(dāng)按下設(shè)置按鍵后，1602液晶會(huì)顯示設(shè)置光標(biāo)；按下“加一”、“減一”按鍵會(huì)控制閾值的加減，在閾值修改完成后多次按下設(shè)置鍵即可退回主界面，此時(shí)閾值已經(jīng)修改完畢。按鍵子程序流程圖如圖4-4所示。圖4-4A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖其主要代碼如下：部分按鍵換程序代碼if(setFlag)//設(shè)置狀態(tài){unsignedcharkey=Key_Scan(1);//讀取按鈕值intaddNum=0;//記錄增加還是減小if(key==2)//加按鍵{addNum=1;//增加}elseif(key==3)//減按鍵{addNum=-1;//減小}if(setIndex==0)//ph上限{setPhUp+=addNum;if(setPhUp>140){setPhUp=140;}elseif(setPhUp<1){setPhUp=1;}lcd1602_show_string(0,0,"SetPhUpper");sprintf(showBuffer,"%04.1f",setPhUp/10.0);if(addNum!=0){Flash_SaveUnsignedIntValue(0,setPhUp);}}4.6溫度采集子程序設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)使用的溫度傳感器的工作流程如圖4-5所示：統(tǒng)上電啟動(dòng)后，首先完成傳感器初始化過程。隨后，單片機(jī)向傳感器發(fā)送起始信號(hào)以啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集流程。傳感器在接收到起始信號(hào)后，立即啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換操作，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存儲(chǔ)在內(nèi)部寄存器中。單片機(jī)通過特定的通信協(xié)議發(fā)送讀取指令，分兩次讀取溫度數(shù)據(jù)的高低字節(jié)。讀取過程中，單片機(jī)先獲取高字節(jié)數(shù)據(jù)，再獲取低字節(jié)數(shù)據(jù)，最后通過數(shù)據(jù)拼接算法將兩個(gè)字節(jié)合并為完整的溫度數(shù)值。圖4-5溫度采集子程序流程圖其主要代碼如下：部分溫度采集換程序代碼floatds18b20_read_temperture(void){ floattemp; unsignedchardath=0; unsignedchardatl=0; unsignedintvalue=0; ds18b20_start();//開始轉(zhuǎn)換 ds18b20_reset();//復(fù)位 ds18b20_check(); ds18b20_write_byte(0xcc);//SKIPROMds18b20_write_byte(0xbe);//讀存儲(chǔ)器 datl=ds18b20_read_byte();//低字節(jié) dath=ds18b20_read_byte();//高字節(jié) value=(dath<<8)+datl;//合并為16位數(shù)據(jù) if((value&0xf800)==0xf800)//高字節(jié)的前5位是符號(hào)位，判斷符號(hào)位，負(fù)溫度 { value=(~value)+1;//負(fù)數(shù)以補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)需將數(shù)據(jù)取反再加1 temp=value*(-0.0625);//乘以精度 } else//正溫度 { temp=value*0.0625; } returntemp;}4.7蜂鳴器子程序設(shè)計(jì)如圖4-6所示，系統(tǒng)的蜂鳴器模塊是用于進(jìn)行水質(zhì)報(bào)警提示而設(shè)置的。當(dāng)傳感器檢測到當(dāng)前的PH值、溫度、TDS數(shù)值不在前期設(shè)定的閾值范圍內(nèi)時(shí)，單片機(jī)會(huì)給出電平信號(hào)，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警動(dòng)作。圖4-6蜂鳴器子程序流程圖其主要代碼如下：部分蜂鳴器程序代碼if(temperature<800&&temperature>setTempertureUp){wdsxWarnFlag=1;LED_NumbetrControl(3,0);}else{wdsxWarnFlag=0;LED_NumbetrControl(3,1);}//溫度過小if(temperature<800&&temperature<setTempertureDown){wdxxWarnFlag=1;LED_NumbetrControl(4,0);}else{wdxxWarnFlag=0;LED_NumbetrControl(4,1);}}}//警告判斷if(phsxWarnFlag||phxxWarnFlag||ftuWarnFlag||wdsxWarnFlag||wdxxWarnFlag){Beep_GapControl();}else{Beep_Control(1);}Delay_Ms(10);}}

5系統(tǒng)實(shí)物測試5.1實(shí)物焊接步驟在完成關(guān)于智能水質(zhì)檢測系統(tǒng)的的硬件和軟件部分后，可以根據(jù)繪制的硬件電路圖聯(lián)立設(shè)備手冊完成對(duì)實(shí)物板的焊接以及相關(guān)的功能測試。在檢測完沒有錯(cuò)誤后，可以通過KeilC軟件生成相關(guān)的Hex文件，將文件通過引腳燒錄進(jìn)單片機(jī)后即可完成本次實(shí)物板的焊接。5.2系統(tǒng)實(shí)物介紹如圖5-1所示，本次設(shè)計(jì)的實(shí)物圖如下所示：圖5-1實(shí)物圖系統(tǒng)以萬用板為底板實(shí)現(xiàn)各個(gè)器件之間的線路連接。萬用板的最上方為系統(tǒng)的顯示模塊1602液晶，在工作過程中液晶上會(huì)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的PH值、溫度、TDS數(shù)值信息；液晶下方為DS18B20溫度傳感器，它可以實(shí)時(shí)檢測當(dāng)前水質(zhì)中的溫度信息；溫度傳感器下方為系統(tǒng)的核心控制模塊STC89C52單片機(jī)，單片機(jī)的下方分別是ADC0834數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、指示燈模塊、外部執(zhí)行模塊。其中指示燈模塊對(duì)應(yīng)的指示狀態(tài)為：紅燈亮起（PH數(shù)值過高）、綠燈亮起（PH數(shù)值過低）、藍(lán)燈亮起（TDS數(shù)值過高）、橙燈亮起（溫度過高）、黃燈亮起（溫度過低）；外部執(zhí)行模塊連接水泵，當(dāng)檢測到TDS數(shù)值過高時(shí)，水泵也會(huì)開始工作；下方為檢測水質(zhì)的TDS傳感器、PH傳感器和用于報(bào)警的蜂鳴器模塊。最下方則是用于修改系統(tǒng)閾值的按鍵模塊和電源插座。5.3實(shí)物功能測試在完成實(shí)物板的焊接后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行上電測試，如圖5-2所示。在上電后，1602液晶上會(huì)顯示當(dāng)前的溫度數(shù)值、PH數(shù)值、TDS數(shù)值信息。圖5-2上電測試圖此時(shí)可以通過下方的獨(dú)立按鍵對(duì)系統(tǒng)的閾值參數(shù)進(jìn)行修改和切換，如圖5-3所示。按下第一個(gè)獨(dú)立按鍵后，此時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入到PH值的高閾值數(shù)字界面，通過第二個(gè)、第三個(gè)獨(dú)立按鍵可以實(shí)現(xiàn)閾值的加減。修改完畢后再次按下設(shè)置按鍵（第一個(gè)獨(dú)立按鍵），此時(shí)系統(tǒng)切換到PH值低閾值數(shù)字界面，同樣的手法可以進(jìn)行數(shù)值的修改，依次切換后，可以完成TDS數(shù)值、溫度高低閾值的修改，如圖5-4、5-5、5-6所示。圖5-3PH高閾值修改圖5-4PH低閾值修改圖5-5TDS閾值修改圖5-6溫度高閾值修改圖5-7溫度低閾值修改在設(shè)置完閾值參數(shù)后對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)功能進(jìn)行測試，如圖5-8所示。用手卡在TDS傳感器中間模擬水質(zhì)較臟的情況，此時(shí)屏幕上顯示當(dāng)前的TDS數(shù)值為2512高于設(shè)定閾值。因此系統(tǒng)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警動(dòng)作，藍(lán)色指示燈亮起，同時(shí)水泵也開啟工作實(shí)現(xiàn)換水動(dòng)作。圖5-7TDS檢測圖如圖5-8、5-9所示，通過修改溫度的閾值數(shù)值，使得當(dāng)下檢測的溫度數(shù)值處于高低閾值下，從而判斷系統(tǒng)功能是否正常。當(dāng)系統(tǒng)處于高溫狀態(tài)下時(shí)，橙色燈光亮起，蜂鳴器報(bào)警；當(dāng)系統(tǒng)處于低溫狀態(tài)下是，黃色燈光亮起，蜂鳴器報(bào)警。圖5-8溫度檢測功能圖（1）圖5-9溫度檢測功能圖（2）如圖5-10所示，將PH傳感器放置在酸溶液中，此時(shí)由于PH值較低，綠色指示燈會(huì)亮起，蜂鳴器進(jìn)行提示。圖5-10PH檢測功能圖（1）如圖5-11所示，將PH傳感器放置在堿溶液中，此時(shí)由于PH值較高，紅色指示燈會(huì)亮起，蜂鳴器進(jìn)行提示。圖5-11PH檢測功能圖（2）5.4系統(tǒng)測試結(jié)果5.4.1測試中遇到的問題及解決方案（1）系統(tǒng)啟動(dòng)后發(fā)現(xiàn)LCD1602不顯示。在上電完畢后，發(fā)現(xiàn)LCD模塊可以亮起，但是沒有字符的顯示。出現(xiàn)這種情況可能性有很多，在檢查完單片機(jī)和液晶模塊后，發(fā)現(xiàn)只可能是焊接的問題。卸下液晶查看后發(fā)現(xiàn)是液晶的兩個(gè)引腳出現(xiàn)了焊接錯(cuò)誤的問題，在重新焊接并且使用萬用表測試后，確保了沒有線路焊接錯(cuò)誤和虛焊的情況。在次上電測試后，問題解決。（2）蜂鳴器在溫度過低時(shí)并未發(fā)出聲響。由于蜂鳴器的結(jié)構(gòu)較為簡單，在出現(xiàn)這一問題的時(shí)候主要查看引腳問題，果不其然時(shí)引腳焊接的問題。本次設(shè)計(jì)使用的蜂鳴器時(shí)PNP型的8550三極管，它是低電平導(dǎo)通高電平截至的。所以在重新焊接后，蜂鳴器可以正常工作。5.4.2測試結(jié)果本次系統(tǒng)功能測試主要對(duì)系統(tǒng)的傳感器檢測功能、報(bào)警功能、系統(tǒng)按鍵功能都進(jìn)行了檢測，設(shè)計(jì)出的實(shí)物均可以完成本次設(shè)計(jì)的期望。證明了本次智能水質(zhì)檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是比較成功的。

6結(jié)論與展望本次設(shè)計(jì)的智能水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)是生活中檢測站、魚塘等背景的典型測試裝置，系統(tǒng)可以對(duì)水質(zhì)內(nèi)的PH值、TDS值、溫度等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行檢測，并且可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警、外部執(zhí)行設(shè)備的相應(yīng)控制，全文主要完成了以下作業(yè)內(nèi)容。設(shè)計(jì)前期對(duì)關(guān)于系統(tǒng)的研究背景、研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)的說明分析，得出了本次設(shè)計(jì)的研究方向一起期望功能。對(duì)設(shè)計(jì)中相關(guān)的控制部件、顯示部件、溫度檢測部件進(jìn)行了選型分析，主要從設(shè)計(jì)難度、技術(shù)成熟度、設(shè)計(jì)合理性這幾個(gè)方面來分析，最終確定了使用的設(shè)備器件型號(hào)。系統(tǒng)在硬件上完成了各個(gè)模塊的外部電路圖，使用的元器件原理，軟件部分完成了代碼的編寫和各個(gè)程序流程的說明。采用萬用板設(shè)計(jì)了實(shí)物，并且對(duì)其進(jìn)行了功能上的檢測，設(shè)計(jì)出的實(shí)物可以完成前期期望的功能。本次設(shè)計(jì)雖然較好的完成了期望功能，但是在整個(gè)過程中由于本人技術(shù)上和時(shí)間上的原因，還是有部分模塊沒有完成的較好，其主要表現(xiàn)在：在系統(tǒng)的供電方式上，本次設(shè)計(jì)的實(shí)物板采用的是外接線路供電，這種供電方式和生活中常見的系統(tǒng)供電方式不符，在后續(xù)的設(shè)計(jì)中需要將其改進(jìn)。本次設(shè)計(jì)的實(shí)物較為簡陋，在操作上有些繁瑣，關(guān)于設(shè)備的功能和設(shè)計(jì)上大多都是理論上的分析，缺乏相關(guān)的數(shù)據(jù)支持，得出成果有著一定的局限性，設(shè)計(jì)的內(nèi)容對(duì)當(dāng)下僅有著一定的參考價(jià)值，市場的適用性不強(qiáng)。同時(shí)通過本次的實(shí)物設(shè)計(jì)和焊接