基于单片机技术的水体多参数自动监测系统设计

【摘 要】 我国严峻的水污染及水资源短缺情况，迫使水体参数监测成为社会热点问题。本系统主要实现对水体的温度、电导率、溶解氧、ph值参数监测，首先由传感器原始信号转换为电信号，经调理后进行a/d转换，送入单片机lcd显示，还可以实现对异常信号的报警。本系统的特点是结构简单、成本低、易于实现控制。同时，该设计传感器采用的材质抗氧化和抗腐蚀能力很高，可以在一些比较恶劣的环境下工作。

【关键词】 单片机技术 水环境 水质监测系统 1 引言

随着工业技术的不断发展，新的水环境污染不断涌现出来，水环境问题成为一个不可忽视的社会问题，水环境可持续发展已经成为一个国家发展的重要基础。水环境监测作为环保各项工作的数据来源、污染度量及环境决策与管理的依据，在环保工作中具有重要作用。因此，研究水质在线监测具有重要的意义和实用价值[1～2]。 本设计是基于c8051f020的单片机的一种水质监测系统的设计，该系统可以实现对水体的温度、电导率、溶解氧、ph值的参数进行检测。此外，本系统还含有显示电路和警报电路，可以对检测到的数据进行显示和报警。同时现场监测数据提高了仪表的性价比，易于管理和仪表的维护，通过现场试验分析各参数的测量达到了现场分析的要求。 2 系统硬件设计方案

水质监测仪的硬件部分主要由单片机电路、电源电路、信号调理电路、lcd显示电路、a/d转换电路、开关电路等组成。 2.1 传感器模块

本设计采用美国global water公司的wq系列水质参数检测传感器，可专门应用于水环境的测量，它们的精度高、测量准确、可靠性高，而且价格相对较低。

本系统选用的wq4ol型溶解氧传感器，测量范围：0～l00%满量程，精度为±0.5%。

本系统采用玻璃复合电极原理制造的wq201型ph值传感器，测量范围为0～14，精度可达±0.1，具有温度补偿功能。 电导率测量选用wq301型电导率传感器，其测量范围是：0～500ms/s，精度为±1%。

测量水温选用热电阻式的wq101型温度传感器，其测量范围是-50℃～50℃，精度为士0.1℃。

上述传感器均有线性的4～20ma输出，满足设计要求[3]。 2.2 模/数转换器

adc0808精度为8位的cmos器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的adc部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行a/d转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。具体连接参见图1。 2.3 控制模块

c8051f020 器件是完全集成的混合信号系统级mcu芯片，具有64个i/o引脚。具有高速、流水线结构的 8051 兼容的 cip-51 内核；全速、非侵入式的在系统调试接口（片内）等特性。 2.4 lcd模块

1602字符液晶为业字符型液晶，能够同时显示16列2行即32个字符。其模块内部的字符发生存储器（cgrom）已经存储了160个不同的点阵字符图形，每一个字符都有一个固定的代码。具体连接参见图1。 2.5 报警模块

本设计采用的是电磁式蜂鸣报警器。由单片机的p2.7引脚控制，当p2.7输出高电平时，三极管t1截止，没有电流流过线圈，蜂鸣器不发声；当p2.7输出低电平时，三极管导通，这样蜂鸣器的电流形成回路，发出声音[4]。具体连接参见图1。 3 系统软件设计

该水质监测系统设计要完成对水质参数温度、ph、电导率及溶氧量数据的采集、处理、显示等操作，需要实现水质参数信号的采集与a/d转换、单片机数据处理、数据显示、报警与工作状态显示等基本功能。 4 系统仿真结果

采用proteus作为仿真软件，编制keil c51应用程序，对本系统ph值测量进行仿真，如图1所示。 5 结语

通过仿真可以看出，本系统结构简单、易于实现控制。同时，该设计传感器采用的材质抗氧化和抗腐蚀能力很高，可以在一些比较恶劣的环境下工作，使用广泛。 参考文献：

[1]陈光，刘廷良，刘京 等.浅谈我国水质自动监测质量保证与质量控制[j].中国环境监测，2006， 30（1）：55-58.

[2]刘慧根.水和废水监测分析方法[m].北京：中国环境科学社，2002：142-146.

[3]stephen g kochan.cation conductivity monitoring. hagden books indianapolis：indiana， u.s.a， [j].2008，152（5）：32.

[4]崔玉玲，班建民.基于网络的分布式水质监测选通的设计[j].微计算机息，2006（31）：27-30.