基于STC89C54 的海水养殖水质监测系统的设计

周博昊 王志鹏 高 宁 刘子廷 王素芹*

（江苏海洋大学理学院，江苏 连云港222005）

1 概述

在海水养殖的过程中，为了保证养殖环境的适宜，及时调整水质，需要每天对温度、酸碱度、浊度等参数进行多次测量[1]。随着传感器技术和自动化技术的不断发展，越来越多的养殖用户选用自动监测系统，但由于造价昂贵，大部分用户选择相对廉价的人力测量。结合目前离线式实验室检测存在的测试周期长，数据反馈速度慢等问题[2]，本文设计了基于STC89C54 的海水养殖水质监测系统，以提高海水养殖的经济效益。

2 系统方案选择

2.1 设计构想

采用STC89C54 单片机作为本系统的核心控制芯片，通过系统中放置的环境传感器采集养殖环境的数据，经A/D 转换器送入到核心单片机处理，处理后的数据单片机会发送到液晶屏实时刷新显示，也会通过串口通讯技术与手机蓝牙连接。在数据显示界面用户可以清楚的看到养殖环境实时参数的变化。用户可在软件中修改某一参数的警报阈值，系统将在软件程序烧录成功后对超出阈值的参数发出警报，在液晶屏和手机终端显示警报内容。

2.2 硬件选择

选用STC89C54 单片机作为核心控制芯片，采用E-201-C型PH 复合电极作为PH 传感器（输出电压0～840mV），内阻一般为几十MΩ 到几百MΩ。DS18B20 温度传感器、TSW-30 浊度传感器和TDS（总溶解固体）传感器采集养殖环境数据，除温度数据直接由I2C 串行总线技术送往单片机外，其他参数的数据先经A/D 转换器PCF8591 进行A/D 转换后，再通过I2C 串行总线技术送到单片机，进行协调处理。处理后的数据将显示在LCD 液晶屏，同时利用串口技术将数据发送到手机终端，方便用户查看了解养殖环境变化。

STC89C54 通过PH 传感器采集水中酸碱度的精准数据，分析当前环境中酸碱度是否处于养殖要求的范围。通过温度传感器、浊度传感器、TDS 传感器采集温度、浊度、TDS 值，判断这些参数是否超出预设的危险值，并进行实时监测和报警。

系统将不停的刷新实时监测数据，并在获取数据的第一时间对数据进行与危险值的比对，若有超出阈值的参数，则及时报警。

3 海水养殖水质监测系统的设计

3.1 系统总体设计

海水养殖水质监测系统主要由四部分组成：数据采集模块、信号转换模块、单片机运算与控制模块、通知与显示模块。整体设计如图1 所示。

图1 系统整体设计图

3.2 系统的程序流程设计

如图2 所示，系统在上电初始化后，将不间断的采集养殖环境的数据，送往单片机进行发送显示和判断，单片机处于不停接收、判断、发送的工作状态，手机终端也将收到实时数据，实现了系统的自动化。

图2 系统程序流程设计图

4 系统功能

4.1 环境监测功能

通过PH 传感器、温度传感器、浊度传感器、TDS 传感器实时采集养殖环境的数据，每个传感器都有对应的外围电路，负责将传感器采集到的电流信号转换为电压信号，再通过A/D 转换将模拟量转换为数字量送入单片机。浊度传感器内对立放置了红外发射二极管和光敏二极管，当水中污物或是杂质增加时，穿过水体入射到光敏二极管的光线将减少，得以实时采集水体浊度数据。PH 传感器负责采集水中酸碱度数据，温度传感器以DS18B20 为传感器芯片，加以不锈钢封装，可适于水下监测。TDS 传感器采集溶解性固体总量数据。

为了减少单片机的运算负担，加入PCF8591 作为A/D 转换器，从而减少了单片机的运算量，提高了单片机的工作效率，保证了显示实时数据的精度。

4.2 通知与显示功能

数据采集模块的所得到的温度、TDS、浊度、酸碱度数据可以实时显示到系统的液晶显示屏上，方便用户及时查看。系统蓝牙当用户离开显示屏，在养殖区域内进行巡查时,同样可以通过手机查看上述数据，当系统检测到某一参数或多个参数超出用户预设的危险值时，系统会自动报警，提示用户养殖环境的具体参数异常。

5 改进与提升

在海水养殖水质监测系统设计中，因降低成本只实现了对温度、浊度、TDS、酸碱度的测量，后续可以加入盐度、溶解氧、氨氮含量的数据采集。同时，替换性能更好的核心控制芯片还可以使系统接入物联网，提高便利性，对养殖环境的增氧、投料等功能也是需要进一步考虑的[3]。