水质自动监控系统的设计与实现

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1、水质自动监控系统的设计与实现

2、第1...lunouseg(this)">水库、工厂化养鱼池等多种水体的水质连续监控；在环境保护方面，建立各种水质无人测站以监测和记录江、河、湖泊、地下水以及海岸沿线各点的水质变化，把数据通过各种通讯方式实时传输到监控中心进行处理等。传统的水质监测方式由于测试周期长、不能实时监测等原因，已不能适应水产科研以及环境保护等方面的需求。本系统以单片机为主控制器，结合最新的外围器件，可实现同时监测溶解氧、温度、pH值、电导率、氨氮等11路参数的变化，同时显示在液晶显示器上，

3、并按设定的时间间隔记录在EEPROM中；也可通过RS-232串口与远程计算机通信，完成数据传输、远程控制、远程校正等功能；还可以通过控制接口控制报警器、增氧机、循环泵等设备，完成自动控制功能。1系统原理系统硬件结构框图如图1所示。主控制芯片选用ATMEL公司的89C52。系统主要组成部分包括：传感器、信号调理部分、单片机、非易失EEPROM、模/数转器、实时时钟、液晶显示器、电源监控、键盘、8位双向I/O口、8位开关控制输出以及同计算机连接的通信接口等。传感器信号将各参数的变化转变为相应的微弱的

4、电流或电压信号，经精密放大器调理是标准的0～5V电压后，送到模/数转换器转换成相应的数字电压值，再送入单片机中进行处理。单片机依据不同的传感器进行数值滤波、补偿等运算后送入液晶显示屏实时显示，同时按照设定值，定时存入在非易失EEPROM中。这些数据可以通过本机按键在液晶显示屏上直接读取或清除，还可以通过RS-232接口由计算机直接读取数据。系统由4个按键完成自动校准、校零、采集数据及存储数据时间间隔设定、数据读取及清除等功能。电源可用交流电或电池供电，由专门的电源监控电路监测供电状况并自动切换。

5、当电池电压低于所定标准电压时，在液晶显示上显示出来，表明需要更换电池。500)this.style.ouseg(this)">2关键器件及关键技术2.1传感器2.1.1温度传感器根据水质监测的需要，我们选用了美国Dallas公司一线数字温度计DS1820，大小如一个三极管，为单总线数字传输。读写温度变换的功率来自来数据线而不需要额外电源，每一个DS1820含有一个唯一的硅串行数，同一总线上可有多个DS1820。这些特点可满足多种需要，如不增加信号线，在探头按需要可串接多个DS1820，以便同时对

6、上、中、下各层水的温度以及气温等进行监测。在使用中发现，DS1820的测量值与实际值有一定的误差，每个误差都不一样。为了能够互换而不修改程序或进行校准，把误差值经特殊变换存在DS1820中原来作为存储高低温度触发的TH、TL两个字节中，这两个字节为EEPROM，即使掉电也不会丢失，在单片机读取测量温度的同时一并读入，去除误差，得到实际值。这样就可以更换探头或DS1820而不需要重新校准。2.1.2溶解氧传感器溶解氧传感器为自制的极谱型薄膜电极。仪器对电极加上0.7V的直流电压称为极化电压，水或空

7、气中的氧透过薄膜在电极上产生如下反应：阴极：O2+2H2O+4e---->4OH-阳极：4Ag+4Cl----->4AgCl+4e氧在阴极上还原，电极输出电流，在一定温度下其大小与被测样品氧浓度呈线性关系。以输出电流为y轴，氧浓度为x轴作图可得一直线，该直线通过零点。不同的温度其直线的斜率不同，这就是溶氧电极的温度系数。产生温度系数的原因有两个：一是电极薄膜氧的透过速率随温度而变化，温度每升高一度大约变化3%，氧电极的电流也相应增加，即溶解氧浓度不变而温度变化，引起电极灵敏度变化，造

8、成读数误差；二是水中的溶解氧的饱和溶解度随温度的不同而不同，由于此种电极是对氧分压敏感元件，因此不同的温度下相同的氧分压输出相同的电流，但其溶解氧实际浓度值不是同的。为了准确读出溶解氧值，在传统的仪器中把热敏电阻做在电路中进行温度补偿，但需要对电路反复调试，其补偿范围及精度受到限制。在本系统中对温度和溶氧分别采集，用软件进行补偿，不需要对电路进行温度补偿调试。在软件设计中采取三种方法对温度系数进行补偿：第一，根据国标中有关各温度下被空气饱和的水中溶解氧的实际值，做出温度与饱和溶解氧的曲一，得到拟

9、合方程存到单片机中，消除影响温度系数的第二个原因；第二，测出探头在各温度下被空空气饱和的水中的模/数转换值，做出温度与转换值的曲线，得到拟合方程存到单片机中，消除影响温度系数的第一个原因；第三，实际使用时把在空气中进行饱和校正时的参数实时加入到拟方程中，消除了探头使用中的误差。在软件中还加入了对盐度、气压的补偿。正是利用单片机的运算功能，使得温度变化可以得到补偿，这些功能在传统的仪器中是很难做到的。pH值、电导等选用成品探头，根据不同探头的特点，设计不同的信号调理电路，变换为0～5V的标准输入电