1、苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计学号 137304233 苏州市职业大学毕业设计题目 基于单片机的 _ TDS水质测试仪设计 学生姓名： 专业班级： 学院 (部) ： 电子信息工程学院 校内指导教师： 校外指导教师： 完成日期： 2016 年 5 月 苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计I摘要本设计通过研究分析 TDS（溶解性总固体）测量的原理，设计了一款以AT89S51单片机为核心的水质测试仪。本设计通过电导率测量电路实现电导率信号的采集，并采用温度传感器进行温度测量，使用温度补偿方法减小温度对电导率测量值的影响，通过单片机程序进行相关计算得出 TDS值。设计包括信号采集电路、按键电
2、路、测温电路、液晶显示电路。选用 AT89S51作为该水质测试仪是由于其结构简单，操作容易，低成本。测量的 TDS值对帮助人们了解水质情况起到了非常重要的作用。了解检测的水中各种参数，通过这些了解到水质的基本信息，并作出相应的调整计划。水质合格了，这样我们的生活才会有保障。关键词：水质检测 AT89S51 程序编写苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计IIAbstractThis design through the study and analysis of the principle of TDS (total dissolved solids) measurement, the desi
3、gn of a AT89S51 microcontroller as the core of the water testing instrument. This design by conductivity measurement circuit to achieve conductivity signal acquisition, and the temperature sensor for temperature measurement and temperature compensation method to reduce the temperature influence on t
4、he conductivity measurements, through the SCM program for correlation calculation to obtain the value of TDS. The design includes signal acquisition circuit, key circuit, temperature measurement circuit, liquid crystal display circuit. AT89S51 as the water quality testing instrument is because of it
5、s simple structure, easy operation, low cost. Measurement of the TDS value to help people understand the situation of water quality has played a very important role. Understanding of the detection of various parameters in the water, through these basic information to understand the water quality, an
6、d make the appropriate adjustments. The water quality is qualified, so our life will be guaranteed.Key word: Water quality testing, AT89S51, Program writing苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计III苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计目 录摘 要Abstract1 绪论11.1 影响水质因素11.2 水质检测的意义22 系统的设计内容及方案32.1 设计内容32.2 设计方案33 硬件电路设计 4 3.1 元件选择 43.1.1 AT8
7、9S51芯片43.1.2温度传感器 DS18B2053.2 单片机最小系统63.3 TDS测量电路63.4 温度测量电路83.5 按键测量电路93.6 电源电路93.7 系统主电路104 系统软件设计114.1 程序设计114.2 系统程序流程115 测试结果175.1 软件调试175.2 硬件调试175.1 调试结果17致 谢18参考文献19苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 0 页 共 19 页1、绪论TDS是英文 total dissolved solids的缩写，中文解释为溶解性总固体，又称总含盐量，定义为水中含有各种溶解性矿物盐类的总量，它包含无机盐和有机物的总量，测量单位为毫
8、克/升（1mg/L=1ppm） ，它表明 1升水中溶有多少毫克溶解性总固体，或者说 1升水中的离子总量。通俗的说，TDS 值代表了水中溶解物杂质含量，TDS 值越大，水中溶解物杂质越多，说明水中的可导电物质的杂质含量大。就自来水而言，TDS 值越高越表明水不纯（不考虑有机物污染的前提） 。通过检测溶解性总固体（ TDS） ，可以分析水的总矿化度。TDS 水质测试仪就是一种通过测量水的电导率来反映水质矿化程度的仪器。本设计研究的 TDS水质测试仪主要对检测溶解于水中的总固体含量从而达到对水质进行检测试的仪器，该仪器是通过测量水的电导率来间接的反映 TDS值。水的导电性越好，TDS 值越大。理论上
9、相同的水质不同的温度下的 TDS值是一致的，而电导率与 TDS值却是不一样的，温度影响溶液的电导率的。要求同样的水质不同的温度下测定的值都要一致，所以要精确测量不同水质不同水温下的 TDS值，必须有温度补偿，通过测定的水温来进行 TDS值的校正。目前市场上的 TDS检测都是采用探针的方式，采用直流的方式，直接加电压于探针两极，测定两电极间的电压，得出电导率，再通过计算得出水的 TDS值 1。本设计研究的 TDS水质测试仪只能检测到移动的电离子。随着社会的发展和科学的进步，TDS 水质测试仪的发展越来越完善，它可以在保证基础性能上简化一些功能，这样的话不仅能适应很多环境，而且也具备了很强的价格优
10、势，极大的提高了它的性价比！1.1影响水质的因素随着工农业生产的快速发展，以及随着人类的生产和生活，使有限的水资源更加的紧缺。在水资源如此紧张的情况下，我们要更加珍惜水资源，与此同时我们的检测部门也要做好对水质实时的检测工作，为民众的身体健康提供保障。影响水质的因素有很多种，只有经过不断地检测才能知道。就是对采取的水的样品进行各项指标的检测，分类，判断，最后总结出结果。检测的指标有这么几个方向:水的 PH值，高锰酸盐指数，硫化物，石油类，锌，铜等等；这是一般的水，还有地下水的水质会包含 PH值，溶解性总固体，总硬度，氧化物等等；除了这些还有用电子设备检测出来的因素，电子设备就是用不同的传感器进
11、行检测，像 PH值，温度，电导率之类的，一般仪器检测不到的。下面有一苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 1 页 共 19 页张表说明了不同的水质相对应不同的电导率范围。序列 测量内容 相对电导率变化范围1 自来水 -0.002-0.0022 加入 8mg硫酸亚铁 -0.176-0.5673 加入 4mg硫酸亚铁 -0.063-0.2524 加入 4mg氯化钾 -0.509-0.8365 加入 2mg氯化钾 -0.406-0.5316 加入 1mg氯化钾 -0.048-0.2017 加入 2mg磷酸三钠 -0.061-0.1958 生活污水 -0.283-0.2759 某电气公司处理前水样
12、 -0.500-0.62210 某电气公司处理后水样 -0.478-0.41211 加入汽油的水样 -0.448-1.10412 加入煤油的水样 -0.620-0.8201.2水质检测的意义水质检测是针对水中的悬浮物、底泥、化学物质和水生态系统进行统一的苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 2 页 共 19 页检测，以此来监测水中污染物质的种类、浓度及其变化趋势，从而来评价水质状况等工作。主要检测项目可分为两大类：1、反映水质状况的综合指标，如温度、浊度、色度、pH 值、溶解氧、电导率、悬浮物、化学需氧量等；2、以及测试水中的有毒物质，如酚、氰、砷、铅、铬、镉、汞和有机农药等。水质检测对于
13、水污染控制和整个水环境保护方面起着至关重要的作用。对生活中的饮用水来说，如果水中含有有害细菌，如伤寒、霍乱、痢疾等病菌的时候，就会传播传染病。而当水中存在大量浮游微生物(如原生动物、藻类等)时，则会影响水质，并且产生臭味和导致水质颜色变化。那如果当水中混含有某些矿物质的杂质盐，同样也会引起各种各样的病症。好比饮用水中氟的含量如果过多，就会导致牙齿表面产生斑纹，从而会引起一种牙齿上的疾病 斑齿病，严重的患者可能会让牙齿完全溃坏。乃至于日常生活所排出的生活污水，也同样会传播各种疾病。因此，这也可以看出检测饮用水的水质，在人民饮水安全方面具有十分重要的意义。2、系统的设计内容及方案2.1设计内容本设
14、计通过研究单片机的 MSC-51系列的 AT89S51芯片，将其作为系统的控制核心，然后通过按键来选择所需要的通道，并采用温度传感器来进行采集温度数据，再利用 A/D转换器把模拟的信号转换为数字信号，然后把数据进行比较得出水质是否合格的判断！原理并不难，不过单片机的程序设计并不简单，这个需要不断地尝试与实验！2.2设计方案通过电导率采集电路中的信号，然而电导率的测量采用频率法，这个方法就是把电极和待测溶液的等效电阻作为一个多谐振荡电路的阻抗元件，将待测溶液的电导率变化转化为多谐振荡电路的输出频率。这个方法成本比较低，也比较容易实现！频率法 TDS测量电路单片机最小系统电路单片机 液晶显示电路
15、按键电路苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 3 页 共 19 页温度测量电路 图 2-13、硬件电路设计此次设计硬件电路系统的设计主要是由时钟电路、复位电路、温度测量电路、数码管显示电路组成。并且单片机最小系统就是由时钟电路，复位电路和单片机组成。3.1元件的选择3.1.1 AT89S51芯片AT89S51单片机是 MCS - 51系列芯片的一个经典型号,这是具备一个低功耗且高性能 CMOS 8位单片机,芯片上包含 8 K ISP可以擦一次又一次 1000次闪电只读程序内存设备采用 ATMEL公司的高密度非易失存储器制造技术,和 MCS - 51指令系统的标准和 80 C51相兼容的结构
16、,一般 8位 CPU芯片集成和 ISP闪存单元,功能强大的单片机 AT89S51单片机为许多嵌入式控制应用程序提供具有成本效益的解决方案! 图 3-1为 AT89S51的图片图 3-1AT89S51引脚功能：（1）GND：接地（2）P0:8 位的 I/O口，是输出口，每一位都可以驱动逻辑电平。如果要访问外部程序或者数据时，也被看做是低 8位地址数据复用。（3）P1：8 位双向 I/O口，拥有内部上拉电阻，P1 输出可以驱动 4个逻辑电平。如果 P1口写的事 1，那么内部上拉电阻拉高就可以当做输入口用。在编程和校验的时候，P1 口接受低 8位的地址字节。P1 还有另一个功能就如下表 3-1所示
17、表 3-1 P1 口第二功能苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计第 4 页 共 19 页（4）P2：第一功能和 P1一样，8 位双向 I/O口，拥有内部上拉电阻，P1 输出可以驱动 4个逻辑电平。如果 P1口写的事 1，那么内部上拉电阻拉高就可以当做输入口用。（5）P3：同 P1、P2 一样，8 位双向 I/O口，拥有内部上拉电阻，P1 输出可以驱动 4个逻辑电平。拥有内部上拉电阻，P1 输出可以驱动 4个逻辑电平。AT89S51具有完整的输入输出、控制端口、以及内部程序存储空间。而且我们通常意义上的微机原理类似于通过一个外部的、模数转换电路和运算放大器芯片实现的传感器来传输信息的采集，并可
18、以提供一个点阵或液晶显示的液晶和外部按键实现人机交互，可大量的内部输入/输出连接步进电机的精确控制外围设备，具有较强的工业控制能力。3.1.2 温度传感器 DS18B20DS18B20数字温度传感器接线简便，而且封装成后可以应用在多种不同的场合，比如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式等等，而且型号也是多种多样的，有 LTM8877，LTM8874 等等。这型号的外形也是根据不同的环境场合而多种多样的。DS18B20 封装好后可以用于锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，弹药库测温等各种十分极端的温度场合。而且温度传感器十分的耐磨耐碰，体积还小，使用起来也是很方便的，封装外形的形式多种多样的，在各种狭小空间设备数字测温是很方便的。下图为实物图及工作原理图：图 3-2 图 3-3 图 3-4温度传感器的引脚功能介绍：表 3-2温度传感器的引脚功能面对着扁平的那一面，左负右正，一旦接反就会立刻发热，有可能烧毁！同
