传感器说明书

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1、东北电力大学-I- 目录一、设计目的及意义. . 2 二、水质的监测 . . 3 2.1 检测方法介绍 .3 2.2 水质监测方案的制定 .3 2.3 水环境监测质量控制工作中的控制.3 2.4 水质在线监测技术系统框图.3 三、 仪器及电路的选择 .4 3.1 传感器的选择及原理 .4 3.2 单片机的选择及原理. 5 3.3 数/ 模转换器的选用 . 9 3.4 电路的选择 . 10 四、系统汇编语言 . . 14 4.1 水质监测主程序流程图. 14 4.2 程序清单 . 14 4.3 系统的调试 . 17 五、对本设计的评价 . . 18 六、 对本次设计的感想体会 .19 七、参考文

2、献 .20 东北电力大学-II- 一、设计的目的和意义水是人类赖以生存和发展的物质基础，饮水安全则是影响人体健康和国计民生的重大问题。 各行各业都需要用水， 所以我们必须对水质进行检测来达到我们的要求。近年来由于我国工业水平的迅猛发展导致严重的水污染及水资源短缺，严重制约着经济的发展和危害着人类的健康，这迫使水体多参数自动控制系统成为社会热点问题，人们十分渴望水体的合理利用。因此，本设计的出现具有重要的意义。第一，了解污水水质，为污水处理技术方案提供依据。 因为描述定义一种污水， 主要就是从其常规水质指标角度来说的，常规水质指标包含了污水的基本特征和信息。污水的水质特征决定了他适合采用什么处理

3、方法，常规指标提供了最基本和最重要的依据。第二，为水处理工艺提供参考。以生物法处理废水为例，各个工艺单元都对进水水质有相关的要求， 出水水质也要达到设计效果， 所以就要在各个工艺节点对水水质进行检测，并以此判断运行是否正常。总的来说，常规水质监测是用来反映水质基本特征的。为行政的、经济的、技术的表征污水提供化指标。另外， 通过对水质监测系统的研究， 可以对检测和测控有一个更深入的了解，尤其是在电子测控方面， 应用到电子测试的一些基本知识， 配合对单片机的研究，可以对自己在监测和测控方面进行很大的提升。而且在当今时代监测和测控的技术逐渐的仪表化。另外， 研究如何将传感器与外围电路配合，将感应的模

4、拟信号转变成数字信号也是非常重要的， 这样对传感器和数模转换器的应用也会得到提升，对单片机的学习尤为重要， 可以丰富自己的设计能力和单片机程序语言的设计能力。东北电力大学-3- 二、水质的监测2.1 检测方法介绍水质监测是指对水样的各项指标进行测试，可以根据这些指标进行分类， 对水体质量进行判断和综合评价。其检测内容可以是PH 值、各种溶于水的自由离子、细菌总数及矿化度等。使用电子设备进行水质检测，主要是利用各类传感器对水中的参数进行检测。其检测内容可以是浑浊度、电导率、温度等。2.2 水质监测方案的制定水质监测方案的确定步骤有：进行采样前的调查研究，明确监测目的，收集资料；确定监测项目；设定

5、监测网点（设置监测断面和采样点）；确定采样时间和频率；选择采样及监测的技术；数据处理；提出监测报告要求；制订质量保证程序、措施及方案实施计划。2.3 水环境监测质量控制工作中的控制水环境监测的过程控制指的是对实验室监测和现场监测过程的控制。着重把握好以下几个方面：一， 对水质监测点位置的设置。 水质监测站点测得的监测数据应能体现水质情况。二，水质样品的实时采集。三，对水质样品的质量控制。样品在采集、 运输、保存、交接、制备和分析测试过程中， 应遵守既定操作流程，确保样品的质量。基础环节不能忽视。2.4 水质在线监测技术系统框图水质在线监测系统是环境监测原理、现代传感器技术、自动控制技术、网络通

6、信、软件工程、 大型数据库系统和环境评价管理交叉发展的产物。其基本框图如下图 2.1 图 2.1 水质在线监测系统基本框图采 样 传 感器数据采集模块处理器模块其他模块接口存储模块网络模块东北电力大学-4- 三、仪器及电路的选择3.1 传感器的选择及原理1、传感器的介绍传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。我国国家标准 (GB766587)中说，传感器 (Transducer/Sensor) 的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置”。我们的定义是：传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量

7、装置。这一定义包含了以下几方面的意思：传感器是测量装置，能完成检测任务；它的输出量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等等，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量；输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。关于传感器，我国曾出现过多种名称，如发送器、传送器、变送器等，它们的内涵相同或相似，所以近来已逐渐趋向统一，大都使用传感器这一名称了。从字面上可以作如下解释：传感器的功用是一感二传，即感受被测信息，并传送出去。关于传感器，我国曾出现过多种名称，如发送器、传送器、变送器等，它们的内涵相同或相似，所以近来已逐渐趋向统一，

8、大都使用传感器这一名称了。从字面上可以作如下解释：传感器的功用是一感二传，即感受被测信息，并传送出去。传感器是直接进行测量的环节。2、传感器的选择传感器可分为化学传感器、 光导纤维传感器和生物传感器。本次选用的传感器是化学传感器。化学传感器是利用化学反应产生的电信号或其他信息（如光效应、热效应、场效应及质量变化等） 来进行测定的。 被分析物透过选择性薄膜后发生特定化学反应，产生的信息被相应的化学或物理换能器转变成可定量或可处理的电信号，经过二次放大后得到显示。如硝酸盐氮、各种金属离子（如Ag+、Pb2+、Cd2+、Ca2+等）都可通过特定电极引起电化学反应来检测。这类传感器是在水质自动监测中应

9、用最广的传感器。化学传感器的技术原理图示如下图3.1。东北电力大学-5- 图 3.1 化学传感器的技术原理图本设计选用的是玻璃电极，其测量的线性范围是19.5pH。PH 玻璃电极是20 世纪初出现的电化学式传感器，它有多种形式，其中目前应用广泛的是这样一种结构，它包括：电极引线，电极帽，铅玻璃，PH 敏感玻璃膜，内参比液，Ag-AgcL 电极。首先把 PH 敏感玻璃膜的配料熔融为液态玻璃体。然后用铅玻璃管（对 H 离子无响应）蘸取融化的玻璃体趁热吹成珠泡形，冷却后装入内参比液和 Ag- AgcL 参比电极，接好电极引线，封上电极帽后就是PH 玻璃电极。PH 敏感玻璃电极对试液中的H 离子具有选

10、择性响应。 PH 玻璃电极的主要干扰离子是 Na，当它与 H 共存于试液时， Na 离子会造成测量误差， 此误差称为咸误差。玻璃电极属于固态膜电极，PH敏感玻璃膜的主要成分是SiO2。不存在自由活动的带电载体，因此没有导电性，干玻璃不能响想H 离子。需在蒸馏水中泡24 小时之后，膜表面形成水化层，在界面处有离子交换反应并形成电位差。3.2 单片机选择及工作原理1、单片机的介绍单片机也称为微控制器或嵌入式微控制器。其内部结构与普通计算机结构类似，也是由中央处理器（CPU） 、存储器和输入 /输出（ I/O）3 大基本部分构成。实际就是把一台普通计算机经过简化，浓缩在一小片芯片内， 形成了芯片级计

11、算机，即单芯片微型计算机，简称单片机。具有性能高，价格低；体积小，可靠性高；低电压，低功耗的特点。单片机内有两个存储器， 一个用于存放程序，称为程序存储器；另一个用于程序运行时暂时存放数据，称为数据存储器，也称寄存器。 在寄存器中有一部分寄存器具有特殊功能，称为特殊功能寄存器（如P0、P1、P2、P3 端口寄存器）。单片机的主要功能是通过向特殊功能寄存器写入0 或 1 二进制数来实现的。2、单片机的分类按用途分类选择性薄膜换能器二次仪表电信号化学信息被 测 分析物东北电力大学-6- 单片机按用途可分为两大类： 专用型单片机和通用型单片机。专用型单片机用途比较专一，出厂时程序已经一次性固化好、不

12、能再修改， 电子表里的单片机就是其中的一种，其特点是生产成本低，适合大批量生产。通用型单片机的用途很广泛，使用不同的接口电路、编写不同的应用程序就可实现不同的功能。按位数分类单片机按位数可分为有低档的4 位机、8 位机，高档的 8 位机、16 位机、32位机。其中，低档的4 位机、 8 位机属于早期生产的初级单片机，寻址范围不大于 4KB，且无串行口。当前广泛应用的是高档8 位机，这类单片机已能满足控制领域中多数场合的需求。按系列分类单片机按系列可分为80C51 系列、 PIC 系列、 AVR 系列等。目前最常用的单片机有如下几种： Intel 公司生产的 80C51 系列、MCS96 系列单

13、片机。Atmel 公司生产的 AT89 系列（ 80C51内核） 、AVR 系列单片机。Microchip 公司生产的 PIC 系列单片机。Motorla 公司生产的 68HCXX 系列单片机。Zilog 公司生产的 Z86 系列单片机。Philips 公司生产的 87、80 系列（ 80C51 内核）单片机。Siemens公司生产的 SAB80 系列（ 80C51内核）单片机。NEC 公司生产的 78 系列单片机。80C51 单片机与 AT89C51 的别：80C51 单片机由于应用早，影响很大，已成为了事实上的工业标准。最早是由 Intel 公司开发和生产，后来许多著名厂商如Atmel 等公司申请了版权，生产了各种与80C51 兼容的单片机系列。虽然制造工艺不断的改进，但内核却没有变化，我们称这些与 80C51 内核相同的单片机为80C51 系列单片机或 51 系列单片机。AT89C51 单片机是 Atmel 公司 1989 年的产品， Atmel 率先把 80C51 内核与Flash技术相结合，推出了AT89 系列单片机。AT89C51 与 80C51 单片机的基本机构是一样的，编程所使用的指令及单片机的管脚都与 80C51相同，即完全兼容。由于采用了Flash工艺制作内部存储器（也称闪速存储器），用户可以用电方式进行反复快