师范学院本科毕业论文 毕 业 设 计（论文）2013 届 题 目 基于AT89C2051的TDS水质测试仪 专 业 电子信息工程 学生姓名 学 号 指导教师 论文字数 完成日期 2012-12-20 II本科毕业论文基于AT89C2051的TDS水质测试仪摘 要：近些年来水环境的污染使得人们对水质越来越关注。水质检测仪对帮助人们了解水质情况起到了重要的作用。TDS水质检测仪以其结构简单，精巧实用，精度高，成本低，反应快等优点备受关注。TDS水质测试仪由于探头极化现象，寄生电容，温度对测量精度的影响, 使其存在测量精度低、温度补偿不够的缺点。针对这些现象，为了能够更精确测量水质，本研究分析了TDS测量的原理，对各种测量方法进行比较论证，设计了一款基于电导率测量原理和温度补偿误差的TDS水质测量仪。该电路设计以AT89C2051 单片机为核心，由传感器探头、电导率信号采集电路、温度补偿电路、控制电路、数码管显示电路和报警电路组成。系统引入了温度测量环节，通过软件算法补偿因温度变化引起的测量误差。关键字： TDS , 水质检测 , 单片机 , 温度补偿 TDS Quality Dosimeters Based on AT89C2051Abstract：In recent years water environmental pollution makes it increasingly concerned about water quality. Water quality testing instruments played an important role in helping people to understand the water quality. TDS water quality tester concern its structure is simple, compact, high-precision, low cost, fast response. TDS water tester due to the polarization of the probe, the parasitic capacitance, the temperature on the measurement accuracy, it exists the disadvantage of low measurement accuracy, the temperature compensation is not enough. For these phenomena, in order to be able to more accurately measure the water quality, this study analyzed the TDS measurement principle, a comparative demonstration of various methods of measurement, design a TDS water quality measuring instrument based on conductivity measurement principle and temperature compensation error. The circuit design AT89C2051 microcontroller as the core, the probe by the sensor, the conductivity signal acquisition circuit, temperature compensation circuit, control circuit, digital display and alarm circuits composed. The system introduces aspects of temperature measurement, the measurement error due to temperature changes caused by the software algorithm compensation.Key words：TDS Water quality testing MCU Temperature compensation目 录第一章 绪 论11.1 基于AT89C2051的TDS水质测试仪的研究背景11.2 基于AT89C2051的TDS水质测试仪的发展现状11.3 论文研究目标与主要研究内容2第二章 系统硬件电路设计32.1 系统主要设计方案32.2 系统整体框图32.3 AT89C2051单片机简介32.4 TDS值测量原理及电路42.4.1 TDS值测量原理42.4.2 TDS值测量电路42.5 温度补偿原理与电路72.5.1 温度补偿原理72.5.2 温度测量电路82.6显示电路82.7 按键与报警电路9第三章 系统软件设计113.1 系统总体流程图113.2 电导率测量123.3 DS18B20温度采集123.4 TDS值测量133.5 数码管显示143.6 按键与报警15第四章 实验结果与结论16参考文献18致 谢19附 录20I第一章 绪 论1.1 基于AT89C2051的TDS水质测试仪的研究背景水作为一种重要的资源，与人们的生活和生产都有着密切联系。在水资源匮乏和水污染日趋加深的今天，水质问题受到了更多的关注，对水质进行检测与分析，了解水质状况，能够更好地保护水资源，控制水污染。TDS(溶解性总固体，又称总含盐量),测量单位为毫克/升（mg/L ）,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。水样经过滤后, 在一定温度下烘干, 所得的固体残渣称为溶解性总固体, 包括不易挥发的可溶性盐类、有机物及能通过过滤器的不溶解微粒等。TDS水质检测方法通常分为两种，分别为称量法和电极测定法。称量法一般采用国标检测方法，分别为105烘干和180烘干两种。称量法测定TDS时，将一定量的水样经过滤，在标准温度下烘干，直接求得TDS值。此测量方法，虽技术要求低，但操作步骤繁琐，对测量环境要求高，抗干扰能力差，且测量时间长。电极法测量TDS是一种电化学分析方法，仪器测量时，将电极置于溶液中，使用交流电源，通过测量电流的大小得到溶液的电阻率，由于温度影响电导率的测量，因此采用热敏电阻对温度进行补偿。运用软件拟合电导率和温度的经验公式的方法补偿温度系数呈现非线性的高纯水。运用电解质溶液导电产生电流，由电阻与电导率之间的关系公式，通过测量电阻间接求得TDS数值的方法。根据此测量方法研制的仪器有着成本低、测量方便，反应速度灵敏，使用范围广，不破坏被测物质样品等特点。1.2 基于AT89C2051的TDS水质测试仪的发展现状目前水质检测的方法有分光光度法、荧光法、原子色谱法、电导率法等。前三种由水体吸收折射光谱，估算水体的溶质和浓度，测量精度准确，但操作不方便，耗时长，成本高。电导率检测法研究成熟、简单易用，使用方便。根据其测量方法研制的仪器具有结构简单、反应速度灵敏、实用性好和成本低廉的特点。电极电导率测量法根据电解质导电原理，通过测量电阻得到电导率，测量电极过程表现为复杂的电化学系统，极化效应、电容效应和温度影响电导率准确测量，使得传统的电导率检测仪精度较低，智能化不够。这些都有待于进一步的研究与改进。电导率测量方法按有无电极分为有电极测量方法与无电极测量方法，其中有电极的电导率测量方法用的较多，按电极在测量电路中的位置可分为电流法、电桥法、分压法、频率法1。电流法，电极一般在运放的输入端，原理是：激励源在电极中产生一个电流，该电流是被测电导率的正比，再经标准采样电阻产生交流电压，最后经放大、整流、滤波转换成直流电压。电桥法在实验分析中电极作为电桥的一臂，高要求的实验室分析常用此方法。分压法是一种研发成熟且应用广泛的测量方法。电极与分压电阻串联，分压电阻可调大小，分出的电压经放大、检波和滤波电路得到相关值。频率法：通过多谐振荡电路将电导率转化为频率信号，电极作为振荡电路的一部分。测得的结果精度高，并且可远程传输。系统结构简单，成本低，易做成便携式电导仪。1.3 论文研究目标与主要研究内容论文研究目标：本毕业论文研究的目标是基于AT89C2051单片机为核心器件，设计一个可测量水TDS值的仪表，论文主要研究的内容及技术参数主要以下几点： （1）根据系统要求，研究TDS值的测量原理及其传感器设计； （2）根据TDS值非线性特点，研究其补偿方法，测量误差小于2%； （3）研究温度与TDS值的关系，研究温度补偿方法； （4）以LED数码管方式显示测量结果； （5）分析系统功能需求，设计各个硬件电路模块电路图及总体电路图；设计系统各子程序流程图及总体程序流程图。主要研究内容：本课题是基于AT89C2051的TDS水质测试仪设计，其具体要研究的内容主要有以下几点：（1）研究AT89C2051单片机原理及其应用；（2）研究数码显示管的显示功能；（3）研究按键模块，并实现应用按键对各个功能的切换；（4）研究电极电导率测量法的原理，温度补偿减小测量误差的方法；（5）研究通过DS18b20测量温度并输送测量信号的方式；（6）研究系统整个电路图的设计及程序设计。第二章 系统硬件电路设计2.1 系统主要设计方案论文利用单片机实现TDS值信号在线采集，并设置温度测量模块, 采用数字温度传感器DS18b20 进行温度测量。通过软件算法补偿由于温度而引起的电导率值测量误差，从而提高了水质测量精度。电路主要包括传感器、信号采集电路、温度补偿电路、控制电路、数码管显示电路和报警电路。设计原理是通过电导率测量电路中的探头采集电导率信号，同时采用温度传感器DS18b20 测量水温，将采集到的信号传送到单片机并对这两个信号进行处理，运用软件算法补偿的方法对温度引起的电导率测量的误差进行补偿，最后将补偿后的结果显示在数码管上。2.2 系统整体框图传感器测量电路单片机数码管显示按键DS18b20报警电路图2-1系统整体硬件框图2.3 AT89C2051单片机简介AT89C2051单片机是CMOS 8位微处理器，有着2k字节的闪速可以重复使用的只读存储器，128字节的随机数据存储器，具有低电压，高性能。生产采用ATMEL公司的高密度非易失性存储技术，与MCS-51指令集兼容。内含通