《基于单片机的光电浊度测试》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的光电浊度测试（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 毕业设计（论文） 基于单片机的光电浊度测试仪设计 院 别控制工程学院 专业名称测控技术与仪器 班级学号5100909 学生姓名凌云志 指导教师张宝健 2014 年 6 月 16 日 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 I 页 基于单片机的光电浊度测试仪 摘 要 水体浊度是由微小颗粒，通过淤泥、粘微生物和有机物等悬浮物造成的，它的浊 度大小不仅与水中悬浮物质的含量有关，它们的大小、形状及折射系数等也对浊度产 生较大影响。我们日常测评水质重要的指标可以通过测试水的浊度。随着人们生活水 平日益提高，所以对与水质的要求也相应变的更加严格，从而对浊度测量的精度准确 度也提出了更高的要求。因此为了改
2、变目前大量采用国外浊度仪的现状，我国应该自 主开发高性能的高精度的浊度测量仪器。水浊度检测系统以单片机控制技术为核心， 经过信号采集、处理由液晶显示屏显示出来，来实现对水的浑浊度检测。采用 AT89S52 单片机，围绕浊度检测系统进行了硬件和软件设计，目的就是设计实现一个具有一定 实用性的水浊度检测系统。本浊度设计系统可以直观的反映出水的浊度以及超过一定 浊度限值报警。它主要由通过单片机控制的显示模块、数据采集模块和前置放大模块 组成，采集模块通过光电式水浊度传感器进行水浊度检测，再由显示模块和报警电路 进行预警。 关键词： 单片机，液晶显示屏，前置放大模块，浊度传感器 东北大学秦皇岛分校毕业
3、设计（论文） 第 II 页 Microcontroller-based photoelectric turbidity tester Author:Ling Yunzhi Tutor:Zhang Baojian Abstract Turbidity is fine particles, such as silt, clay, organic matter and microorganisms caused by not only the content of suspended substances in the water, but also to their size, shape and
4、 refractive index and so on. Water turbidity indicator of water quality is a very important merits. As peoples living standards are improving, so the water quality requirements have become more stringent, and thus the accuracy of turbidity measurement accuracy is also put forward higher requirements
5、.To change the current status quo extensive use of foreign turbidity, the urgent need to develop high-performance turbidity measuring instruments. Water turbidity detection system with single-chip microcomputer control technology as the core, after signal acquisition, processing by LCD display, to a
6、chieve the water turbidity detection.AT89S52 SCM, around by turbidity the system hardware and software design, the purpose is designed and implemented a certain practical data acquisition system. The turbidity can directly reflect the design of the system water turbidity and turbidity exceeds a cert
7、ain limit alarm. It is mainly composed by microprocessor controlled display module, data acquisition module and preamp modules, acquisition module is detected by photoelectric water turbidity water turbidity sensor, and then by the display module warning and alarm circuits. Key Words:Microcontroller
8、 Unit, LCD, Preamplifier module, Turbidity sensors 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 III 页 目 录 1 绪 论.1 1.1 课题提出的目的及意义1 1.2 国内外研究现状1 1.3 发展趋势2 1.4 本课题研究的主要内容3 2 总体方案设计.6 2.1 方案比较6 2.1.1 方案 16 2.1.2 方案 26 2.2 方案论证7 2.3 方案选择7 3 单元模块设计.9 3.1 单片机模块9 3.1.1 单片机最小系统电路设计.9 3.1.2 AT89S52 介绍10 3.2 模数转换模块12 3.2.1 A/D 转换电路设计.
9、12 3.2.2 ADC0832 介绍.13 3.3 信号采集模块设计15 3.3.1 水浊度检测原理.15 3.3.2 传感器信号采集模块设计.16 3.3.3 传感器介绍.17 3.4 电源电路模块设计19 3.5 前置放大电路设计19 3.6 存储器接口设计20 3.7 其它模块设计21 3.7.1 矩阵键盘设计.21 3.7.2 显示电路设计.22 3.7.3 串口通信电路设计.23 3.7.4 报警电路设计.24 4 系统软件设计.25 4.1 水浊度数据采集程序设计26 4.1.1 模拟量采集程序设计.26 4.1.2 A/D 转换程序设计.26 4.1.3 水浊度比较处理程序设计
10、.27 4.1.4 键盘扫描程序设计.28 4.1.5 存储程序设计.29 4.2 显示子程序设计30 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 IV 页 4.3 通信程序设计31 5 系统功能、指标参数.33 结 论.34 致 谢.36 参考文献.37 附 录.38 附录 A38 附录 B46 附录 C47 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 1 页 1 绪 论 1.1 课题提出的目的及意义 当前，单片机已经与我们的生活息息相关，它成为了生活中不可或缺的一部分。 许多领域都离不开单片机，比如飞机的仪表需要单片机进行实时控制，计算机的通讯 与数据传输需要单片机，工业过程需要单片机进行的自动控
11、制，各种由单片机制作的 智能 IC 卡、电子宠物都充斥着我们的日常生活。因此，对单片机的开发与利用，可以 让我们更加高效，丰富的生活。 浊度的定义是：表示当光线透过试液时，试液中的悬浮物对光线的阻隔程度。虽 然浊度同水中的悬浮物质的数量有关系，浊度与水中的悬浮物质的含量这两个定义并 不对等，所以直接用浊度来表示水中杂质的含量的做法实不可取的。水浊度的测量方 法：由于光线穿过测量水样会发生散射与透射现象，所以我们可以利用这种现象将对 水质浊度的测量，转换为对传感器检测的电信号的测量与控制。 由于水中存在大量悬浮物如泥土、浮游物、沙粒等，而这些悬浮又为病毒等有害 微生物提供了较为安全的生存环境，所
12、以在较常规的消毒过程中这些隐藏的微生物很 难被祛除。因此，水质浊度在生产、生活中的作用就尤为重要。目前，人们对生活水 平的档次要求很高，所以对饮水卫生安全更加重视，这也就造成了对水浊度的关注度 更加迫切。本设计通过将水浊度转化为电信号（光学散射式浊度测量法），通过 51 单 片机的处理，测得水质相应浊度。通过对水浊度的检测，人们可以更加放心用水，更 加有效用水。 1.2 国内外研究现状 国内浊度仪器的现状：我国的浊度仪与国外的相比较，处于很大劣势，并且技术 性能差距很大，也就造成了我国从事水质分析仪器这方面的企业就寥寥无几，也就使 我国的浊度仪更加落后于国外。长此以往，国内浊度仪的前景可想而知
13、。国人对浊度 仪的研究随着科学技术和跨国企业的发展，才逐渐认真起来。即使在这样的情况下， 国产的浊度仪不论是型号还是使用上都与国外的差距甚大，并且操作麻烦不便捷，测 量范围也很有限，所以在自来水厂、工厂上很难普及使用，这些都制约了国内浊度仪 的发展。另外，国内的浊度仪还面临着光源的稳定性，寿命的长短、传感器的不能稳 定性测量等重要问题。同时，浊度仪的核心部件的短缺也是限制国内浊度仪发展的重 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 2 页 要问题。比如，浊度仪关键的部分浊度传感发送器需要 800nm 波长的红光二极管，这 是高性能浊度传感器必须的。在这之前，800nm 波长的红外 LED 发光器
14、件由国内产出 的非常少，绝大部分的器件都被固定的几个外国制造厂商浊度仪垄断，但是它们在市 场上并不随意出售。所以，想在市场上直接购买这种 LED 发光器件成为了一个几乎不 能解决的问题。因此，国产的器件只能退而求其次；为了降低仪器的生产成本，生产 的浊度仪无论是精度还是准确度都差强人意并且可操作性不好，这样的后果也就使国 内这样的分析和监测工具在市场上的占有率大大降低，使我国的精密仪器水平整体下 降。近些年来，国人在国外先进浊度仪技术的基础上，推陈出新研发出了一些浊度仪 器品种。虽然这些浊度仪和进口的有差距，但相比于以前却有了长足的进步。它的适 用范围有很大提高，这也就在一定程度上填补了我国浊
15、度仪的空白。但是国内的浊度 仪设计还不能让人满意，与达到生产要求还相差甚远，所以国内的浊度仪研究任重道 远。 国外浊度仪器的现状：相较于由于没有仪表生产基础与经验的国内生产的落后， 单一的浊度仪，国外的浊度仪技术更加先进、性能更加优良，仪表的品种更加丰富多 样。那些国外先进的浊度仪都有一个共同点：均与单片机紧密相连。先进的国外浊度 仪在测量前能够无需重新设定参数和更换检测探头，而只需能通过按下转换功能键进 行直接测量。这就大大增大了检测仪器的使用范围，另外这种检测仪的操作更加简便， 容易上手，更适用于大众的生产生活中。并且这些几乎所有的产品都具有自动清洗的 功能，可以使仪器在粘性产业领域，生产
16、污水等更恶劣的工业环境使用。检测人员可 以对自动清洗程序进行设定，这样使浊度仪能够长期、稳定、连续地运行得到了保证。 1.3 发展趋势 随着人自身对健康的关注和社会上日益严重的水资源短缺和水质恶化，使人们更 加了解到的质检测仪器的发展已迫在眉睫。从 1995 年至 1999 年这四年里，年均销售 额在全国的水质分析设备约为$ 217 亿，与中国的平均销售额只有大约$ 20 亿，占多个 项目的全球总销量的 3.8 ，因此，中国的水质量检测仪器的主要来源都是从国外购 买。“十二五”期间，国家要求县以上的所有用于城市污水处理厂必须采用在线监测， 所以水质检测仪器的需求数量巨大。进口发达国家的检测设备大约占国内检测仪器的 95 ，而国内的仪器的质量较差，精度较低，维修成本偏高，价格较贵等缺点，企业 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 3 页 与工厂更加倾向于进口的检测仪器。所以，国产的浊度仪相较于国外的市场占有率较 低。 随着我国综合实力的整体提升，半导体技术的研制与开
