本 科 毕 业 设 计（论 文）学院(部)电子信息学院题 目水环境监测系统的设计与实现目录摘要1Abstract2第一章 绪论31.1 课题的背景与研究意义31.2 水情监测技术的发展现状31.3 本文的研究内容与论文结构安排4第二章 系统的功能及设计方案62.1 系统的功能、监测参数及传感器选型62.2 系统的设计方案7第三章 系统的硬件电路的设计83.1 主控电路（STC89C52RC）83.1.1 电路设计83.1.2 系统整体控制流程93.2 监测参数的采集电路103.2.1 电路设计103.2.2 监测参数的数据采集流程123.3 监测参数的显示133.3.1 电路设计133.3.2 监测参数的数据显示流程14第四章 系统调试与结果分析144.1 调试方案154.1.1 水位的测试154.1.2 pH值的测试164.2 测试分析与结论16第五章 监测参数的标定175.1 水位的标定175.2 pH值的标定19第六章 工作总结21参考文献22致谢23摘要水是一种宝贵的资源，随着社会经济的快速发展以及人口的增多，大量水资源被使用，而工业、养殖业的发展和生活污水，造成水质污染、水资源的低效利用等一系列环境问题。因此，对水环境的监测极其重要。本文基于单片机STC89C52RC，设计并实现水环境监测系统。论文的主要内容包括：硬件电路设计、软件控制和系统测试。系统硬件电路由三部分构成：（1）水环境参数采集电路，由pH值传感器、液位传感器分别采集水环境的pH值和水位参数，经ADC PCF8591转换为数字信号；（2）单片机STC89C52RC，对系统的采集、显示等电路进行控制；（3）水环境参数显示电路：将监测水环境的pH值和水位参数显示在LCD1602。系统的软件采用C语言，实现水环境参数的采集、显示等控制功能。论文对测试的pH值和水位数据进行标定。系统的测试结果表明：本文设计的水环境监测系统，可以实现水环境的pH值和水位参数采集与显示，系统具有实时监测、操作简便等特点，满足系统的设计要求。关键词：液体高度；pH值；A/D转换；STC89C52RC；LCD160234AbstractWater is a valuable resource. With the rapid development of society and economy and the increase of population, a large amount of water resources are used, while industrial and aquaculture development and domestic sewage have caused some environmental issues like water pollution and the inefficient use of water resources. Therefore, monitoring the water environment is extremely important.This article designs and implements the system of monitoring water environment based on the microcomputer STC89C52RC. The main content of the paper includes: hardware circuit design, software control and system testing. The system hardware circuit consists of three parts: (1) water environment parameter acquisition circuit, which collects the pH and water level parameters of the water environment by the pH sensor and the liquid level sensor and is converted into a digital signal by the ADC PCF8591; (2) the single-chip microcomputer STC89C52RC, which controls system acquisition, display and other circuits; (3) water environment parameter display circuit: the pH and water level parameters of the monitoring water environment are displayed on the LCD1602. The software of the system adopts C language to realize functions such as collection and display of water environment parameters, and calibration of test data.The test results of the system show that the water environment monitoring system designed in this paper can realize the collection and display of pH and water level parameters of the water environment. The system has the characteristics of real-time monitoring, easy operation and so on, and meets the design requirements of the system.Key words:water level, pH , A / D conversion; STC89C52RC；LCD1602第1章 绪论本章节主要介绍了水环境监测系统的背景和研究的意义，同时简述了课题当前的发展现状，并以此为依据提出了本文的设计思路和文章大致的结构安排。1.1 课题的背景与研究意义在社会经济的快速发展以及人口增多的同时，大量水资源被使用，而工业、养殖业的发展和生活污水，造成水质污染、水资源的低效利用等一系列环境问题。水是一种宝贵的资源，当前水质污染日益严重，对人们赖以生存的水资源造成了严重危害1。因此，对水环境的监测极其重要。水位和酸碱度测量技术已经广泛应用于石油、医药制品、工业、化妆品等各个行业中2。以往专职人员来对水位及酸碱度都是局限于人工测量方法，不仅测量精度误差大，而且工作效率低。采用单片机为核心的水环境监测系统，具有可靠高、成本低、精度高、实时、效率高等特点。随着社会和科技的进步，智能化便利化的电子系统开始逐渐进入我们的生活，如微型计算机的出现，给家用电器、通信设备、以及智能化仪器仪表等领域带来了一次新的技术革命。其中，单片机是一个主要分支，广泛应用于各个领域,包括计算机的网络通信和数据处理及传输，各种智能IC卡，摄像机、显示屏、红绿灯的控制，全自动的洗衣机、汽车系统的控制等3。 用单片机对水环境进行监测是将监测区域内的酸碱度、水位等水情信息的实时数据传输到信息采集中心。水环境监测相关部门能够及时掌握河道的水位、水质情况，对水环境的险情采取相关措施，从而减少损失，提高水资源的利用率。1.2 水情监测技术的发展现状当前，水环境监测系统已经结合了光纤通信、电子、传感器和计算机科学等多个领域，利用多种技术联合，共同提高了水环境监测系统的准确性和实时性，并且大大扩展了水环境监测的范围Error! Reference source not found.。八十年代以来，由于远程遥控，数据传输以及单片机技术的进一步发展，水环境监测信息的传输问题得到了有效解决，现场监测设备采集的信息能够通过有线或无线的方式传输给信息处理中心4。通过调制解调器拨号的方式和各个控制点，有线采集信息可以由主控计算机分别传输数据，但是有线传输的缺点还是监测的范围不够广，有限传输局限于传输线的长度。相较之下，无线通讯传输安全，可靠性高，因此无线通讯技术更为便利。我国对于水环境监测技术的研究还是处于起步阶段，国内很多地方的水库、湖泊都是通过一些人工监测来进行对水情数据的采集，这种方法造使水环境的监控不够及时，准确性差，远远不能满足当下信息时代人们对于水环境监测系统的需求6。目前应用于水环境监测系统的监测机理大致可分为两类：非接触式和接触式。其中非接触式的水位计主要有超声波水位计和智能雷达物位计两种。超声波水位计的工作原理就是通过压电晶体将电能转换成机械能，再以超声波的方式向水面发射，部分能量被反射，量程范围较广。智能雷达物位计的工作原理就是通过雷达发射出去的信号和接收到信号的时间来计算出传感器与被测物之间的距离。它们在进行液位测量的过程中与液体直接接触，因此在选择的时候要对被测物质的性能及温度要有所了解。如今，水环境监测系统的发展趋势都是向信息化、数字化、智能化方向发展。虽然国外应用这些水环境监测装置的技术较为成熟，但是一些发达国家在应用水环境监测技术上还是存在着较大的差别，在技术性能上，北美和欧洲的产品代表着当今世界的的先进水平。1.3 本文的研究内容与论文结构安排本文基于单片机STC89C52RC，设计并实现水环境监测系统。论文的主要内容包括：硬件电路设计、软件控制和系统测试。系统硬件电路由三部分构成：（1）水环境参数采集电路，由pH值传感器、液位传感器采集水环境的pH值和水位参数，经ADC PCF8591转换为数字信号；（2）单片机STC89C52RC，对系统的采集、显示等电路进行控制；（3）水环境参数显示电路：将监测水环境的pH值和水位参数显示在LCD1602。本文的结构安排如下：第一章：绪论。介绍了水资源的紧缺及水情监测技术的国内外发展现状，阐述了本课题（水环境监测系统的设计与实现）的研究意义、本文的研究主要内容及论文各章节安排。第二章：系统的功能及设计方案。介绍了系统的功能及设计方案，阐述监测参数与传感器的选型。第三章：系统的硬件电路的设计。介绍了水环境监测系统的硬件电路的设计，包括主控电路、监测参数的采集电路、显示电路等。第四章：系统调试与结果分析。介绍了系统调试的方案， 还有测试结果以及对测试结果的分析。第五章：监测参数的标定。介绍了水深、pH值参数的标定及误差分析。第六章：工作总结。详细总结了设计过程中各个阶段所完成的任务和失败的经历等。最后阐述了作品的缺陷和改良方向。第二章 系统的功能及设计方案本章节主要介绍了系统的功能、传感器的选型和系统设计方案的主要框架。根据系统要实现的功能，来进一步确定系统的结构组成。2.1 系统的功能、监测参数及传感器选型水环境监测系统是利用水位传感器和pH值传感器将采集的水位、pH值信号，通过A/D转换器至STC89C52RC，在LCD上显示监测的水位和pH值。监测参数：水位、pH值水位传感器选型