基于單片機(jī)的魚塘水質(zhì)檢測系統(tǒng)Fishpondwaterqualitytestingsystembasedonsinglechipmicrocomputer目錄1前言 [21],該系統(tǒng)采用AT89S52為核心處理器，對溫度、溶解氧、PH值和鹽度等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，然后用RS485總線將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，用有線通訊的方式實(shí)現(xiàn)了水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測，但是存在布線困難、成本高等問題。1.2.2水產(chǎn)養(yǎng)殖中水質(zhì)檢測的基本趨勢在不再遙遠(yuǎn)的未來，智能、方便、成本低且實(shí)用的水質(zhì)檢測系統(tǒng)將成為科學(xué)養(yǎng)魚的不可缺少的系統(tǒng)。本課題設(shè)計的系統(tǒng)基本能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時的魚塘水質(zhì)檢測，利用51單片機(jī)及相對應(yīng)的傳感器，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時實(shí)地的復(fù)雜需求，有一定的市場應(yīng)用前景2設(shè)計內(nèi)容與方案2.1設(shè)計內(nèi)容本設(shè)計通過研究51單片機(jī)系列的的STC12c5a16s2芯片，將其作為系統(tǒng)的控制核心，然后通過串口一來接受PH傳感器模塊的數(shù)據(jù),串口二接受濁度傳感器所傳來的數(shù)據(jù),通過芯片本身所擁有的AD轉(zhuǎn)換功能實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換，和溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)分別進(jìn)行一定的處理后得到相應(yīng)的PH值，濁度值與溫度值，將其在LCD1602上顯示，且值在一定范圍內(nèi)時，LED顯示模塊亮燈。2.2設(shè)計方案3系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計3.1單片機(jī)核心芯片模塊選擇3.1.1STC12c5a16s2單片機(jī)簡介STC12c5a16s2單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S，即25萬次/秒)，針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。我們主要選擇STC12C5A16S2的原因就是它比起其他簡單的51單片機(jī)芯片來說，擁有多串口，多AD轉(zhuǎn)換通道，使得采集數(shù)據(jù)更加方便高效3.1.2STC12c5a16s2單片機(jī)最小系統(tǒng)圖3.1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路晶振電路是為了提供一個好的穩(wěn)定的時鐘信號,從X1,X2進(jìn)入單片機(jī).復(fù)位電路是保證單片機(jī)不可控的關(guān)鍵.電源電路使其正常運(yùn)行單片機(jī)芯片則是其工作的核心3.2溫度測量模塊功能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，而且型號也是多種多樣的，有LTM8877，LTM8874等等。 圖3.2.1LTM8877圖3.2.2LTM8844在這里我們主要為了在水里面測溫度，所以我們主要使用LTM8877型號的傳感器，方便實(shí)用。DS18B20的引腳介紹序號名稱引腳功能描述1GND地信號2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，開漏單總線接口引腳，當(dāng)被用在寄生電源下，也可以向器件提供電源3VDD可選擇的VDD引腳，當(dāng)工作于寄生電源時，此引腳必須接地DS18B20的工作流程

圖3.2.2DS18B20的工作流程3.3ph值測量模塊功能PH采集模塊由PH探頭（傳感器）及調(diào)理電路組成，PH探頭采用E201-C-9電極，如圖3-8所示。3.3.1PH傳感器介紹E201-C-9電極是由玻璃電極和參比電極組合在一起的復(fù)合電極，它是一種PH值測量傳感器。其主要技術(shù)參數(shù)如下：測量范圍：0~14測量溫度：0~80°C零點(diǎn)：PH=7±0.25堿誤差：<=15mVPTS:>=98.5響應(yīng)時間：<=1min內(nèi)阻：<=250MQ3.3.2調(diào)理電路該調(diào)理電路由AD14繪制后如下3.3.3流程圖通過該電路，能將PH傳感器探頭的測量信號放大后輸入處理器的AD轉(zhuǎn)換接口，該電路通過校正之后，根據(jù)電壓與PH值對應(yīng)表和AD轉(zhuǎn)換電壓范圍可知，使用該電路的PH測量范圍為7±3,這對于魚塘的水質(zhì)監(jiān)測已滿足應(yīng)用需求，此外縮小量程便提高了監(jiān)測精度，這也是該電路考慮的原因之一3.4濁度測量模塊功能3.4.1濁度測量模塊介紹 該傳感器由傳感器及相關(guān)電路模塊組成（這個濁度傳感器模塊購買時商家并不提供電路原理圖，故而無法畫出電路原理圖）3.4.1.1TSW-30該傳感器模塊配套濁度傳感器型號為TSW-30，具體可見如下附圖3.4.1.2調(diào)理電路模塊電路處理模塊如下圖該電路模塊引腳定義如下序號引腳定義功能描述備注1VCC供電電壓正極，5V不可使用3.3V2A0模擬信號輸出輸出電壓范圍0?5V3DO數(shù)字信號輸出小于設(shè)定值輸出高電平：大于設(shè)定值輸出低電平3GND供電電壓負(fù)極3.4.2濁度值采集3.4.2.1標(biāo)準(zhǔn)曲線傳感器模塊輸出電壓與渾濁度關(guān)系如下圖所示。濁度值與模塊輸出電壓滿足如下關(guān)系：KU68.865TU上式中TU為當(dāng)前濁度值，U為當(dāng)前溫度條件下模塊的輸出電壓值，K為截距值，需通過標(biāo)定方法得到。(此模塊出廠前已經(jīng)事先校正)3.4.2.2溫度校準(zhǔn)公式輸出電壓值大小受溫度影響,測量時需進(jìn)行溫度補(bǔ)償以保證測量精度。溫度校正公式：25T0192.0U）（上式中U為溫度變化引起的電壓差；T為當(dāng)前測量溫度值。3.4.2.3濁度值采集流程圖 單片機(jī)接受由濁度傳感器模塊傳來的模擬信號并由單片機(jī)的某路AD轉(zhuǎn)換通道轉(zhuǎn)換并作溫度補(bǔ)償后，處理后得到濁度值3.5LED燈顯示3.5.1.Led顯示原理圖：3.5.2原理Led燈顯示模塊使用三個共陽極的并各自接有1千歐姆電阻的l發(fā)光二極管，當(dāng)主控模塊給予低電平時亮燈否則熄滅。主控模塊接收到AD轉(zhuǎn)換后并處理好的PH值與濁度值，和DS18B20模塊傳來的處理好的溫度值之后，判斷是否在設(shè)定好的范圍之內(nèi)，若在一定范圍內(nèi)給予該對應(yīng)端口低電平亮燈，否則熄滅。3.5.3流程圖3.6LCD1602模塊顯示功能Lcd1602原理圖LCD1602詳細(xì)引腳說明引腳作用第1,2GND為地電源,VCC接5V正電源第3VO為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5R/W為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)6E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令第7～14DB0～DB7為8位雙向數(shù)據(jù)線15,16背光源正,負(fù)極Lcd1602顯示流程圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1程序設(shè)計第一步：打開Keil軟件，開始編寫核心代碼第二步：在計算機(jī)上，利用keil軟件對所敲入的源代碼進(jìn)行整合編譯，變成可執(zhí)行的可以運(yùn)行在單片機(jī)上的目標(biāo)代碼第三步：在線調(diào)試，發(fā)現(xiàn)有可能放下的錯誤，不斷調(diào)試至正確。第四步：在檢查好硬件后，用下載線和下載程序?qū)ex文件燒錄至單片機(jī)中。4.2軟件代碼詳見附錄一5測試結(jié)果致謝我的畢業(yè)設(shè)計是在唐少先老師的精心指導(dǎo)和耐心解答下完成的。因?yàn)槲医?jīng)驗(yàn)的不足和知識的缺乏，在此次畢業(yè)設(shè)計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，這在我的畢設(shè)中起到事半功倍的效果。感謝所有教授我的老師，若是沒有這四年知識的積累，我是沒有這么大的動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，使我及時完善論文的不足之處。感謝我們班主任王老師，大學(xué)這四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，了解了解我們的情況。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！參考文獻(xiàn)李成春.基于CC2430無線多參數(shù)傳感器檢測網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計[D].江蘇大學(xué),2010.GislasonD.ZigBeeWirelessNetworking.[M],Newnes.2008.8:42-44.王紅旗.基于無線射頻技術(shù)的魚塘pH自動監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J].四川理工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2010,23(05):598-601.PHILIPS公司.LPC2114/2124/2212UserManual,2004.ARM公司,TheARM-THUMBprocedureCallStandard,2000.吳明輝等.基于ARM的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用.人民郵電出版社，2004CallwayE,GrodayP,HesterL.HomeNetworkingwithIEEE802.15.4:Adevelopmentsforlow-ratewirelesspersonalareanetworks.[J].IEEECommunicationMagazine,2002,40(8):70-77.周立功等.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程.北京航空航天大學(xué)出版社，2012.劉波文.ARM嵌入式項(xiàng)目開發(fā)實(shí)戰(zhàn)精講.北京航空航天大學(xué)出版社，2011.晏陽,李坤杰，周平.基于光伏供電的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)檢測平臺設(shè)計[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2018,57(20):128-131.李進(jìn),徐小龍，曾閔.ZigBee無線網(wǎng)在魚塘水質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用[J].自動化與儀表,2018,33(08):63-67.高偉，高磊，周勇，等.基于ZigBee的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)控制管理系統(tǒng)設(shè)計[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報,2018,20(07):74-82.趙軍,林瀚剛，西熱娜依?白克力.基于ZigBee的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)研制及復(fù)雜環(huán)境下在線測試[J].中國測試,2018,44(05):67-70.王帥，杜宇人,李鵬飛，等.基于多源傳感器的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)[J].農(nóng)家參謀,2018(05):99-100.張瑩,肖令祿.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].渭南師范學(xué)院學(xué)扌艮,2016,31(19):49-53.楊琛，白波，匡興紅.基于物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)[J].漁業(yè)現(xiàn)代化,2014,41(01):35-39.周非凡，王德東.基于GIS與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的魚塘水質(zhì)監(jiān)測與分[J].中國水運(yùn)(下半月),2015,15(02):118-120.鐘鵬.基于水環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋研究及應(yīng)用[D].南京郵電大學(xué),2015.鄒建宇.基于ZigBee和Labview技術(shù)的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)研究[D].中國計量大學(xué),2016.董嘯宇.基于低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水產(chǎn)養(yǎng)殖監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].海南大學(xué),2015.參考文獻(xiàn)徐晨虎，崇慶峰,劉星橋，等.基于ZigBee與Android結(jié)合遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].信息技術(shù),2015(07):40-43.郭孟彩，王宏坡,李唯民，等.養(yǎng)殖水體溶氧量測定方法及其無線監(jiān)測模式的研究進(jìn)展[J].天津農(nóng)學(xué)院學(xué)報,2015,22(04):41-45.王英杰.基于物聯(lián)網(wǎng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖測控系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].江蘇大學(xué),2017.張國杰.基于STM32的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測與預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].杭州電子科技大學(xué),2016.袁崇亮，亓相濤.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].電腦知識與技術(shù),2017,13(20):218-222.掌曉峰.基于物聯(lián)網(wǎng)的中華絨螯蟹水質(zhì)環(huán)境遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)研究[D].上海海洋大學(xué),2016.強(qiáng)云霄，田豐.礦井下ZigBee的Mesh網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].西安科技大學(xué)學(xué)報,2017,37(03):334-338.李金鳳，趙海波，曹順，等.養(yǎng)殖水質(zhì)自動監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].沈陽化工大學(xué)學(xué)扌艮,2017,31(02):171-176.李鑫星，王聰，田野，等.基于ZigBee的多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)扌^,2015,46(81):168-173.[30]孫卓.基于WSN和ZigBee的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].電子設(shè)計工程,2017,25(24):96-100.楊輝，陳根，李波，等.基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)融合的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)[A].CPCC2017[C],中國自動化學(xué)會過程控制專業(yè)委員會:,2017:1.肖令祿.基于ARM和ZigBee的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].河南科學(xué),2017,35(04):548-553.楊旭輝.基于ZigBee的節(jié)能型水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究[D].蘭州大學(xué),2016.王丹丹.基于ZigBee的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[D].哈爾濱理工大學(xué),2018.蔡彬彬，張云.基于無線傳感網(wǎng)的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J].自動化與儀器儀表,2015(07):215-217.附錄附錄一部分軟件代碼附錄二魚塘水質(zhì)檢測系統(tǒng)實(shí)物圖附錄三整體電路原理圖附錄一部分軟件代碼一主函數(shù)代碼voidmain(){ u16T,PH; u16num; floattemp; UartInit(); //串口初始化 init_ad(2); //ADC端口初始化P1^2 若是P15則是 init_ad(5); 下面ad采集一樣需要修改端口 init_ad(4); init1602();//1602初始化 while(1) { delay_ms(1000); // send_num(num); T=readtemp();//測量溫度 if(T>=200&&T<=320)led1=0; elseled1=1; dis_temp(1,1,T);//顯示溫度 num=get_ad(2); temp=1.0*num/1023*5*1;//轉(zhuǎn)化為電壓 如果外部的PH輸出接分壓電阻分壓系數(shù)*2 PH=(21.16-5.72*temp)*100;//放大一百倍系數(shù)根據(jù)自己擬合的曲線修改 if(PH>340&&PH<450)PH=400; if(PH>630&&PH<740)PH=680; if(PH>=860&&PH<950)PH=910; if(PH>590&&PH<860)led2=0; elseled2=1; SendData('T'); SendData('='); SendData(T/100%10+48); SendData(T/10%10+48);SendData('.'); SendData(T/1%10+48); SendData('\r');SendData('\n'); SendData('P'); SendData('H');SendData('='); send_num(PH); //send_numSendData(PH/100%10+48); SendData(PH/10%10+48);SendData('\r');SendData('\n'); write_xypos(1,10); write1602_date('P'); write1602_date('H');write1602_date('='); write1602_date(PH/100%10+48);write1602_date('.');write1602_date(PH/10%10+48); TU=get_ad(4);//濁度的ad計算 TU=(TU*5.0)/1024; TU_calibration=-0.0192*(T/10-25)+TU;//溫度補(bǔ)償 TU_value=-865.68*TU_calibration+K_Value;//計算TU TU_value=(650-TU)*3; if(TU_value>10&&TU_value<100)led3=0; elseled3=1; send_num(TU_value); send_num(1111); if(TU_value<=0){TU_value=0;} if(TU_value>=3000){TU_value=3000;} write_xypos(2,1); write1602_date('T'); write1602_date('U');write1602_date('='); write1602_date((int)TU_value/1000%10+48); write1602_date((int)TU_value/100%10+48); }}二一些重要分函數(shù)代碼1.AD轉(zhuǎn)換函數(shù)代碼voidinit_ad(unsignedcharch)//ch0-7、如需多個通道、需要多次配置{ P1M0|=0x01<<ch; P1M1|=0x01<<ch;//設(shè)置ch通道，開漏輸入 ADC_CONTR=0x80;//啟動電源 delay_ad1ms(200);}unsignedintget_ad(unsignedcharch)//返回測量AD的值{ unsignedintad_value=0; ADC_CONTR|=ch|0x08;//切換通道開始轉(zhuǎn)換while(!(ADC_CONTR&0x10));//等待轉(zhuǎn)化結(jié)束 ADC_CONTR&=0xef;//清除轉(zhuǎn)換完標(biāo)志 _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();//四個延時 ad_value=ADC_RES*4+ADC_RESL; ADC_CONTR&=0x7f;//關(guān)閉AD電源 ADC_CONTR=0x80;//啟動電源 returnad_value;}2.1602顯示代碼voidwrite1602_date(unsignedchardat)//寫數(shù)據(jù){ E=0;//控制使能端口拉低 rs=1;//讀寫端口拉高 Data_port=dat;//把數(shù)據(jù)送到顯示屏端口 LCDdelay_ms(5);//延時一段時間 E=0;//控制使能端口拉低 LCDdelay_ms(5);//延時一段時間 E=1;//控制使能端口拉g高}voidwrite1602_com(unsignedcharcom)//寫命令{ E=0;//控制使能端口拉低 r