基于单片机智能水池设计

于沁雯

（四川工商学院计算机学院，四川 成都 611745）

1 绪论

1.1 智能水池系统的研究背景

在现代社会的活动中，不断增加的的活动种类以及数量，使得我们对水资源的质量和品质得到了很大程度上的变化，人们如果不对水资源进行保护和管理的话，将会在未来对于我们的生活得到更进一步的危害。综上，我们可以通过对水资源的检测来判断水的质量，从而达到我们对于水的监控。在国内的一些生产厂家中，现在大部分都是在生产一些单一参数的水质检测仪，在最近的几年中也不乏有一些生产厂家试图去生产水质自动化检测的装置。

1.2 智能水池系统的研究意义

在智能水池系统中的水的质量检测中对我们的生活也是有着非常重要的意义：智能水池系统能够确定水当中的污染物的种类数量以及分布有哪些，从中可以分析出来污染物的来源和途径等等是什么。水池中的水污染物对人体造成的危害可以通过我们的智能水池系统来判断出，水池中的生产以及如何对水资源的污染物进行防止和处理也是可以通过在智能水池系统，所以我们因此也达到了在对人们身体安全的情况下，能够让智能水池系统生产和发展达到利益的最大化。在最后我们要对周边附近的地方观察和评估从而确定是否可以进行水产业进行开发，从而进一步去避免因为我们的盲目而对一些资源方面的浪费。

1.3 智能水池系统的研究需要完成的任务

该智能水池系统可以实现对浑浊度以及温度的实时显示，在该系统中通过对按键的设置来调节浑浊度的阈值，若超出阈值的设置将发出警报。通过LCD1602液晶显示器中可以显示出浑浊度和温度以及对阈值的选择；通过按键模块设计，使用按键选择调解的浑浊度的最大值或者最小值，通过功能为上下按键来调解浑浊度的大小；运用蜂鸣器模块，若浑浊度超出阈值时将进行警报；通过浑浊度测试仪来测量待测液体的浑浊度，反应该待测液体的浑浊度。

2 智能水池系统的硬件设计

2.1 单片机最小系统

在这个控制系统当中，智能水池系统中用到的的单片机最小系统是整个系统中的主要核心模块，在这个单片机里的最小系统中的重要包括成分都有电源电路的部分、STC89C52单片机的核心模块、复位电路的部分以及晶振电路的部分而组成，单片机的最小系统能够通过I/O口和其他各种外围电路相结合，然后通过软件程序的编写来实现想要的不同种类的功能，该系统如图2-1所示。

图2-1 单片机最小系统示意图

2.2 电源电路

STC89C52单片机是一个运用5V电源供电，运用一般手机充电器的头可以输出电压为5V的特性，能够直接给智能水池系统供电，智能水池系统中电源电路中采用了DC电源接口能够更加方便和稳定的供电，再通过连接自锁开关，能够更好的控制电源的开关。智能水池系统中的电源电路的设计图如图2-2所示。

图2-2 智能水池系统电源电路示意图

2.3 晶振电路

其中这个单片机必须能够连接晶振电路才能够在正常工作的情况下，从而作用才能进行有时钟信号。同时在该系统中的晶振电路部分会有时钟信号的产生，这也是通过通电并启动后会有震荡而得来的，因此这就是来维持正常的基准信号。在系统中的晶振部分的电路如图2-3所示。

图2-3 智能水池系统晶振电路示意图

2.4 复位电路

在此次系统中为了能够得到最初的状态，从而用复位电路使单片机和其他模块初始化。采用手动复位的方式，通过按键的形式从而来达到复位的目的。运用按键开关连接电阻和电容的方式实现复位模块。当通过改变按键的时侯RST引脚就会有电平的变化是由低电平变为高电平，也将会实现复位。智能水池系统复位电路如图2-4所示。

图2-4 智能水池系统复位电路示意图

2.5 显示模块

LCD1602液晶显示器在智能水池系统中的模块是显示模块。它是由主电路、液晶显示屏等的元器件组合而成的。其中点阵型液晶显示模块的字符通常都是由许许多多的5×7或者5×11的形式来组合在一起的。液晶显示屏上的字符和行间距都可以通过字符位来显示出每一个字符以及它们之间的间隔。16×2在点阵型液晶显示屏中可以理解为它每行有16个字符以及能够显示两行。LCD1602液晶显示器引脚如图2-5所示。

图2-5 LCD1602液晶显示器的引脚图

2.6 按键模块

此按键模块设置为独立按键，因为需要的按键功能不需要太多，所以运用三个按键连接I/O口来构成独立键盘设计。独立按键判断是否被触发是根据读取到的高低电平来决定的。单片机刚通上电时，I/O口是通过被连接上高电平，当它的电平是从高转化为低的时候，那么按键将会被触发；若按键被释放时，被触发的电平也将会恢复成为高电平。按键K3是一键多义，当第一次按下时是更改浑浊度阈值，第二次按下时是更改PH的阈值，按键K2是“+”，按键K4是“—”。智能水池系统按键电路如图2-6所示。

图2-6 智能水池系统按键电路示意图

2.7 温度传感器模块（DS18B20）

DS18B20温度传感器在能够编程的分辨率里达到9到12位的设备中进行温度读数。也正是因为它是一条口线的连接方式，从而它必须先完成ROM的设定，才能够将记忆和控制的能力进行正常的使用。

当我们完成了温度的测量出的数据时候，那么存储在它的存储器当中。一般测量出的结果都会被防止在存储器中，然后对其进行一系列的指挥从而更好的进行阅读存储。其中它的引脚图如图2-7所示；DS18B20温度传感器原理图如图2-8所示。

图2-7 DS18B20温度传感器引脚图

图2-8 DS18B20温度传感器示意图

2.8 数模转换模块

ADC0832数模转换是8位的A/D转换器，它的连接方式是通过三线接口的方式然后再与单片机相连接。这个模块通常一般是能够适应模拟量相关的转换要求。它还能够减少数据带来的误差并且转换的速度又快又稳，可以通过双数据来进行数据校验工作。它的数模转换是能够使得电压的输入在0~5V之间，ADC0832引脚如图2-9所示。

图2-9 ADC0832的引脚图

2.9 报警模块

它是一种直流电压供电是蜂鸣器的供电原理。我们通常情况下的类型是有压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器的这两种类型是蜂鸣器的种类。蜂鸣器是可以通过电信号从而产生的磁场，然后在与磁铁一起推动线圈上的鼓膜，从而有了振动发声。在报警模块中三极管相当于一个开关，如果基极作为一个高电平的时候，那么导通三极管就会产生提示音，然后再通过蜂鸣器的鸣叫来听是否有异常情况。智能水池系统报警电路如图2-10所示。

图2-10 浑浊度测量仪模块实物

图2-10 智能水池系统报警电路示意图

2.10 浑浊度测量仪模块

浑浊度测量仪模块是可以通过检验液体中的透光程度以及散射程度来进一步的判断出待测液体的浑浊度的情况。在它的内部结构中，其实是有一个红外线的对管的，但是如果当光能够穿过一定量的水的时候，我们就可以通过的光透过的情况从而来进行判断待测液体的污浊程度。浑浊度传感器模块是能够将输出来的电流信号转变为电压信号，同时在通过单片机中的A/D转换来进行处理。具体浑浊度测量仪模块实物图如图2-13所示。

3 智能水池系统的软件编程设计

3.1 主程序设计方案

我们首先对智能水池系统中的不同模块之间进行初始化。设置浑浊度的阈值，我们在通过对浑浊度传感器在想要进行测量的待测液体中测量，这样我就可以实时出反映的温度以及浑浊度，对于设置的阈值，如果浑浊度传感器测量待测液体时超出了阈值的测量，则蜂鸣器就会报警。通过蜂鸣器的报警以及液晶显示屏上的内容，进而可以相对准确的来判断出浑浊度是否超出设定值。通过流程图的形式更加清晰的展示了我的主程序的设计方案，所以智能水池系统主程序设计方案流程图如图3-1所示。

图3-1 智能水池系统主程序设计方案流程图

3.2 LCD1602显示程序设计

设置液晶显示屏上显示的内容是LCD1602显示程序设计主要的方面，以及设置显示方式。通过对LCD1602显示程序设计来达到对浑浊度以及温度的实时显示的展现，并且我们通过在对按键方面的设置来显示出设置的浑浊度的阈值。LCD1602显示程序设计如图4-3所示。

图3-2 LCD1602显示程序设计流程图

3.3 ADC0832程序设计

在这个的模块作用下，它不仅能够运行出在一般情况下的模拟量转换，而且它的最高的分辨率也是能够达到256级。正因为如此，这样它是由8位的分辨率A/D转换芯片来构成的此模块。其中它的芯片给的供电额度是在0~5V之间。为了减少相对应的误差，我们可以进行两个数据的输出的目的来达到校验数据的功能，并且它也稳定的发挥同时它的转换的速度也很快的。智能水池系统ADC0832程序设计流程图如图4-4所示。

图4-4 智能水池系统单片机工作检测图

图3-3 ADC0832程序设计流程图

3.4 温度模块程序设计

智能水池系统设计中，正因为温度模块是经过一条路来进行数据的传输，然而这条路径需要通过读和写。注意总线控制器发出的间隙信号才能对DS18B20正确的操作和控制。在程序编写时，要把握好电平根据时间的变化，控制好DS18B20。智能水池系统模块程序设计流程图如图3-4所示。

图3-4 模块程序设计流程图

4 系统调试

4.1 显示器部分调试

对显示器模块进行检查，通过电源的接通，观察一下液晶显示器有没有正常的显示出来，显示屏中的字是否正确显示，显示屏中是否有出现乱码的现象。智能水池系统显示屏显示如图4-1所示。

图4-1 智能水池系统显示器调试图

4.2 浑浊度检测仪模块调试

将浑浊度传感器放入待测液体，测量待测液体的浑浊度值，通过蜂鸣器来对设置的阈值进行反馈。如果待测液体超过对浑浊度传感器设置的阈值，那么蜂鸣器就会报警。智能水池系统模块调试如图5-2所示。

图4-2 智能水池系统浑浊度检测仪模块调试图

4.3 万用表对电路调试

检测电路中的供电情况，万用表调到电压档位，检测单片机的电源引脚与地的引脚，它们之间的电压值，观察显示屏中的电压值是否在5V的左右从而判断是否能正常供电。智能水池系统电源电压测试如图4-3所示。

图4-3 智能水池系统电源电压检测图

检测单片机是否能够正常的进行工作，将万用表调到电压档位进行检测，黑表笔接触单片机30引脚，红表笔接触单片机20引脚，观察万用表显示是否在一点多。智能水池系统单片机工作检测如图5-4所示。

4.4 软件部分调试

硬件检查完可以的情况下，通过Keil软件对代码编程进行测试，根据具体的硬件模块进行软件的仿真。在代码正确的情况下，用仿真软件进行检查，软件能否正常运作。软件代码编程的调试如图4-5所示。智能水池系统仿真如图4-6所示。

图4-5 智能水池系统程序调试图

图4-6 智能水池系统仿真调试图

4.5 功能测试

当接通电源并且打开开关时，初始化屏幕上第一行显示PH：0，Temp：25℃；第二行显示Sta：Manu。第一行PH值是当前未测量待测液体时的初始化的值，25℃为初始化时当前温度值。智能水池系统测试如图4-7所示。

图4-7 智能水池系统测试图

随后准备好的待测液体，将浑浊度传感器放入待测液体中，液晶显示屏将会显示PH值，并且实时显示待测液体的温度。如果PH值超出了设置的阈值时，蜂鸣器将会进行报警。此时检测待测液体PH值为7，当前温度为27℃。智能水池系统功能测试图如图4-8所示。

图4-8 智能水池系统功能测试图

结论

本次课题主要是通过了一个以单片机为核心的智能水池系统，首先描述了智能水池系统目前的国内外发展的情景状况，通过关于单片机的智能水池系统外部元件以及单片机内部的程序编程。主要的硬件部分是通过STC89C52型号的单片机用作于中心控制模块，智能水池系统中通过与复位模块、显示模块、按键模块、温度传感器、浑浊度检测仪一起来构成智能水池系统的硬件电路，再将通过编辑软件程序，来使得能够实现本课题设计需要实现的功能：通过使用按键输入来更改浑浊度和温度的最大值与最小值，运用浑浊度检测仪在待测液体内测量是否达到设置的最值，并通过蜂鸣器来警报，显示模块可以实时观看测量的温度与浑浊度值是多少并在显示屏中显示。最后在对系统的功能进行调试，将分别对硬件部分和软件部分来进行检查，从而达到了最初实现的功能。