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51單片機簡易水情檢測系統(tǒng)設(shè)計 附源程序

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ID:597842 發(fā)表于 2019-8-8 17:33 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
系統(tǒng)方案

本系統(tǒng)主要由STC89C52RC芯片組為核心、PCF8591模塊、液位傳感器模塊、Ph值傳感器模塊、6V電池組供電組成，下面分別論證這幾個模塊的選擇。

1、方案的論證與選擇

方案一：由STC89C52RC芯片組為核心、PCF8591模塊、重力傳感器模塊、Ph值傳感器模塊、6V電池組供電組成，

方案二：由STC89C52RC芯片組為核心、PCF8591模塊、超聲破傳感器模塊、Ph值傳感器模塊、6V電池組供電組成，

方案三：由STC89C52RC芯片組為核心、PCF8591模塊、液位傳感器模塊、Ph值傳感器模塊、6V電池組供電組成，

分析方案一，使用重力傳感器，但重力傳感器不能在水庫，河流等復(fù)雜地區(qū)使用，只能用于實驗階段，所以放棄方案一。

分析方案二，使用超聲波傳感器，超聲波傳感器在水庫，河流等復(fù)雜地區(qū)不好固定，所以方案二也不考慮。

方案三使用液位傳感器模塊，方便參賽使用，最后選擇方案三。


（2）水位傳感器
水位傳感器工作原理，用靜壓測量原理：當(dāng)液位變送器投入到被測液體中某一深度時，傳感器迎液面受到的壓力公式為：Ρ = ρ .g.H + Po式中：
　　P ：變送器迎液面所受壓力
　　ρ：被測液體密度
　　g ：當(dāng)?shù)刂亓铀俣?/div>
　　Po ：液面上大氣壓
　　H ：變送器投入液體的深度
　　同時，通過導(dǎo)氣不銹鋼將液體的壓力引入到傳感器的正壓腔，再將液面上的大氣壓 Po 與傳感器的負(fù)壓腔相連，以抵消傳感器背面的 Po，
使傳感器測得壓力為：ρ .g.H ，顯然 , 通過測取壓力 P ，可以得到液位深度。
功能特點：
　　穩(wěn)定性好，滿度、零位長期穩(wěn)定性可達(dá) 0.１%FS/ 年。在補償溫度 0 ～ 70 ℃范圍內(nèi)，溫度飄移低于 0.１%FS ，在整個允許工作溫度范圍內(nèi)低于 0.３%FS 。
　　具有反向保護(hù)、限流保護(hù)電路，在安裝時正負(fù)極接反不會損壞變送器，異常時送器會自動限流在 35MA 以內(nèi)。
　　固態(tài)結(jié)構(gòu)，無可動部件，高可靠性，使用壽命長。
　　安裝方便、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟耐用。
（3）Ph值測量
Ph值傳感器工作原理，在傳感器內(nèi)部的 pH 放大器是一個能通過數(shù)據(jù)采集器監(jiān)測的有標(biāo)準(zhǔn) pH 電極的電路。傳感器連接線的末端是一個BTA 插頭或一個 5-針的 DIN 插頭來與數(shù)據(jù)采集器連接。  在 pH 7 的緩沖溶液中，它將產(chǎn)生一個 1.75 伏特的電壓。pH 值每增加1，電壓增加0.25 伏。pH 值每減少1，電壓降低 0.25 伏。  這個凍膠填充的 pH 值傳感器的設(shè)計測量范圍為：0 到 14。它在玻璃感應(yīng)電極頭延長出一個凍膠體，是初中、高中、大學(xué)中進(jìn)行科學(xué)研究、環(huán)境測量的良好的設(shè)備。凍膠填充的參考半電化池是密封的，所以它無需重充。
2、水位高度的計算
    由于本次使用的水位傳感器量程有限，故以容器150mm高度線做為0刻度線，水位傳感器檢測數(shù)據(jù)+150mm為最終結(jié)果，具體高度以12864液晶顯示屏顯示為準(zhǔn)。
3、Ph值的計算  
   在 pH 7 的緩沖溶液中，它將產(chǎn)生一個 1.75 伏特的電壓。pH 值每增加1，電壓增加 0.25 伏。pH 值每減少1，電壓降低 0.25 伏。
4、供電電池組電壓的計算  

   本次電池組由4節(jié)干電池組成，電壓為6V，因部分元器件最高工作電壓為5V，故使用1K電阻對其進(jìn)行分壓，使其最后輸出電壓降為5V。

三、電路與程序設(shè)計
1、電路的設(shè)計
（1）系統(tǒng)總體框圖

系統(tǒng)總體框圖如圖所示

       系統(tǒng)總體框圖

（2）水位檢測子系統(tǒng)框圖

1、水位檢測子系統(tǒng)框圖

水位檢測子系統(tǒng)框圖

（3）PH檢測子系統(tǒng)框圖

1、PH檢測子系統(tǒng)框圖

   PH檢測子系統(tǒng)框圖

2、程序的設(shè)計（1）程序功能描述與設(shè)計思路

1、程序功能描述

根據(jù)題目要求軟件部分主要實現(xiàn)鍵盤的設(shè)置和顯示。

1）鍵盤實現(xiàn)功能：設(shè)置頻率值、頻段、電壓值以及設(shè)置輸出信號類型。

2）顯示部分：顯示電壓值、頻段、步進(jìn)值、信號類型、頻率。

2、程序設(shè)計思路

（2）程序流程圖

1、主程序流程圖

2、水位檢測子程序流程圖

3、PH檢測子程序流程圖

4、電壓檢測子程序流程圖

四、測試方案與測試結(jié)果1、測試方案

（1）硬件測試

  搭建基本框架，將各個模塊連接在STC89C52單片機上。

（2）軟件仿真測試

  根據(jù)題目要求，用ISIS仿真軟件畫出原理圖，進(jìn)行仿真。

（3）硬件軟件聯(lián)調(diào)

  將總程序錄在STC89C52單片機芯片中，把所有需要的元器件都接在系統(tǒng)上，測試各部分功能。

2、測試條件與儀器

測試條件：檢查多次，仿真電路和硬件電路必須與系統(tǒng)原理圖完全相同，并且檢查無誤，硬件電路保證無虛焊。

測試儀器：水位傳感器、PH傳感器、鋼尺、PH試紙、萬用表。

3、測試結(jié)果及分析（1）測試結(jié)果
     經(jīng)PH計和PH試紙、鋼尺、和萬用表檢測結(jié)果與水位、PH、電壓傳感器檢測結(jié)果的對比，誤差均沒有超過題目要求的最大允許誤差。

（2）測試分析與結(jié)論

根據(jù)測試數(shù)據(jù)，可以得出以下結(jié)論：

1、加入液體后，在1分鐘內(nèi)可以完成水位測量并顯示，誤差小于5mm。

3、電池組輸出電壓可以準(zhǔn)確測量并顯示，誤差不大于0.01V。

綜上所述，本設(shè)計達(dá)到設(shè)計要求。


附錄1：電路原理圖



單片機源程序如下:
  1. #include <reg52.h>
  2. #include <intrins.h>
  3. #include <I2C.H>
  4. #define uint unsigned int
  5. #define uchar unsigned char
  6. #define uchar unsigned char
  7. #define uint unsigned int
  8. #define  PCF8591 0x90    //PCF8591 地址

  10. bit write=0;  //寫24c02的標(biāo)志
  11.     //串行數(shù)據(jù)輸入端


  14. typedef unsigned char uint8;
  15. typedef unsigned int uint16;

  17. #define  PCF8591 0x90    //PCF8591 地址                                                         

  19. unsigned char code smg1[]="0123456789.mmVV";
  20. unsigned int  val;
  21. unsigned char ge,shi,bai;

  23. #define SLAVEADDR  0x98                 //定義器件地址
  24. #define nops()  do{_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();} while(0) //定義空指令

  26. sbit SCL = P2^1;       //I2C  時鐘
  27. sbit SDA = P2^0;       //I2C  數(shù)據(jù)
  28. sbit RS=P2^6;
  29. sbit RW=P2^5;
  30. sbit EN=P2^7;
  31. uchar code table1[] = "  水情檢測系統(tǒng)  ";
  32. uchar code table2[] = "水位： ";
  33. uchar code table3[] = "Ph值： ";
  34. uchar code table4[] = "電壓： ";
  35. void delay(uint16 n)
  36. {
  37.         while (n--);
  38. }
  39. void delay1()   //延時4-5個微秒
  40. {;;}

  42. void delay_1ms(uint z)
  43. {
  44.   uint x,y;
  45.   for(x=z;x>0;x--)
  46.             for(y=110;y>0;y--)
  47.                   ;
  48. }

  50. void start()//開始信號
  51. {
  52.   SDA=1;
  53.      delay1();
  54.    SCL=1;
  55.      delay1();
  56.    SDA=0;
  57.      delay1();
  58. }

  60. void stop()      //停止信號
  61. {
  62.   SDA=0;
  63.      delay1();
  64.    SCL=1;
  65.      delay1();
  66.    SDA=1;
  67.      delay1();
  68. }


  71. void respons()//應(yīng)答  相當(dāng)于一個智能的延時函數(shù)
  72. {
  73.          uchar i;
  74.    SCL=1;
  75.      delay1();
  76.    while((SDA==1)&&(i<250))
  77.             i++;
  78.        SCL=0;
  79.      delay1();
  80. }

  82. void init()      //初始化
  83. {
  84.    SDA=1;
  85.      delay1();
  86.    SCL=1;
  87.      delay1();   
  88. }

  90. uchar read_byte()
  91. {
  92.     uchar i,k;
  93.          SCL=0;
  94.      delay1();
  95.    SDA=1;
  96.      delay1();
  97.    for(i=0;i<4;i++)
  98.     {
  99.           SCL=1;
  100.              delay1();
  101.            k=(k<<1)|SDA;//先左移一位，再在最低位接受當(dāng)前位
  102.               SCL=0;
  103.              delay1();
  104.    }
  105.   return k;

  107. }

  109. void write_byte(uchar date)       //寫一字節(jié)數(shù)據(jù)
  110. {
  111.         uchar i,temp;
  112.       temp=date;
  113.          for(i=0;i<4;i++)
  114.     {
  115.           temp=temp<<1; //左移一位 移出的一位在CY中
  116.            SCL=0;                      //只有在scl=0時sda能變化值
  117.                  delay1();
  118.            SDA=CY;
  119.             delay1();
  120.            SCL=1;
  121.              delay1();            
  122.    }   
  123.    SCL=0;
  124.      delay1();
  125.    SDA=1;
  126.      delay1();
  127. }



  131. void write_add(uchar control,uchar date)
  132. {
  133.          start();
  134.    write_byte(PCF8591);        //10010000  前四位固定 接下來三位全部被接地了 所以都是0 最后一位是寫 所以為低電平
  135.          respons();
  136.          write_byte(control);
  137.        respons();
  138.          write_byte(date);
  139.   respons();
  140.          stop();

  142. }

  144. uchar read_add(uchar control)
  145. {
  146.    uchar date;
  147.         start();
  148.    write_byte(PCF8591);
  149.        respons();
  150.          write_byte(control);
  151.        respons();
  152.          start();
  153.    write_byte(PCF8591+1);      //把最后一位變成1，讀
  154.       respons();
  155.          date=read_byte();
  156.   stop();
  157.     return date;

  159. }

  161. void uart_init(void)
  162. {
  163.     ET1=0;
  164.     TMOD = 0x21;        // 定時器1工作在方式2（自動重裝）
  165.     SCON = 0x50;        // 10位uart，允許串行接受

  167.     TH1 = 0xFD;
  168.     TL1 = 0xFD;

  170.     TR1 = 1;
  171. }
  172. void delayms(uint x)
  173. {
  174.   uint i,j;
  175.   for(i=x;i>0;i--)
  176.     for(j=110;j>0;j--);
  177. }

  179. void write_com(uchar com)
  180. {
  181.                             RS=0;
  182.                             RW=0;
  183.                             EN=0;
  184.                 delayms(1);
  185.                             P0=com;
  186.                             delayms(1);
  187.                             EN=1;
  188.                             delayms(5);
  189.                             EN=0;
  190.                             delayms(5);
  191. }

  193. void write_dat(uchar dat)
  194. {
  195.                             RS=1;
  196.                             RW=0;
  197.                             EN=0;
  198.                 delayms(1);
  199.                             P0=dat;
  200.                             delayms(1);
  201.                             EN=1;
  202.                             delayms(5);
  203.                             EN=0;
  204.                             delayms(5);
  205. }

  207. void init1()
  208. {
  209.               delayms(100);
  210.               write_com(0x30);
  211.               write_com(0x30);
  212.               delayms(1);
  213.               write_com(0x0e);
  214.               delayms(1);
  215.               write_com(0x0c);
  216.               delayms(1);
  217.               write_com(0x06);
  218.               delayms(1);            
  219.               write_com(0x01);
  220.               delayms(1);
  221. }

  223. void hanzi(uchar *ch)
  224. {
  225.               while(*ch!=0)
  226.               write_dat(*ch++);
  227.               delayms(50);
  228. }

  230. void display1()
  231. {
  232.               uchar i;
  233.               write_com(0x80);
  234.               for(i=0; i<16; i++)
  235.               {
  236.                             write_dat(table1[i]);
  237.                             delayms(5);
  238.               }
  239. }

  241. void display2()
  242. {
  243.               uint i,val=45;
  244.               bai=val%1000/100;
  245.     shi=val%100/10;
  246.     ge=val%10;
  247.               write_com(0x90);
  248.               for(i=0; i<6; i++)
  249.               {
  250.                             write_dat(table2[i]);
  251.                             delayms(5);
  252.               }
  253.                             write_dat(smg1[bai]);
  254.                             delayms(5);
  255.                             write_dat(smg1[shi]);
  256.                             delayms(5);
  257.                             write_dat(smg1[ge]);
  258.                             delayms(5);
  259.                             write_dat(smg1[12]);
  260.                             delayms(5);
  261.                             write_dat(smg1[12]);
  262.                             delayms(5);
  263.             

  265. }

  267. void display3()
  268. {
  269.               uint i;
  270.               write_com(0x88);
  271.               for(i=0; i<6; i++)
  272.               {
  273.                             write_dat(table3[i]);
  274.                             delayms(5);
  275.               }
  276.                             write_dat(smg1[6]);
  277.                             delayms(5);
  278.                             write_dat(smg1[10]);
  279.                             delayms(5);
  280.                             write_dat(smg1[3]);
  281.                             delayms(5);
  282. }
  283. void display4()
  284. {
  285.               uint i;
  286.               write_com(0x98);
  287.               for(i=0; i<6; i++)
  288.               {
  289.                             write_dat(table4[i]);
  290.                             delayms(5);
  291.               }
  292.                             write_dat(smg1[4]);
  293.                             delayms(5);
  294.                             write_dat(smg1[10]);
  295.                             delayms(5);
  296.                             write_dat(smg1[8]);
  297.                             delayms(5);
  298.                             write_dat(smg1[0]);
  299.                             delayms(5);
  300.                             write_dat(smg1[14]);
  301.                             delayms(5);
  302.                             write_dat(smg1[15]);
  303.                             delayms(5);
  304. }

  306. void main()
  307. {
  308.               //uint8 ans;
  309.               uart_init();
  310.               init();
  311.               init1();
  312.               display1();
  313.               display2();
  314.               display3();
  315.               display4();

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復(fù)制代碼

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ID:449081 發(fā)表于 2019-8-23 16:46 | 顯示全部樓層
棒很好很有用
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ID:607879 發(fā)表于 2019-9-5 14:16 | 顯示全部樓層
請問液位傳感器模塊、Ph值傳感器模塊、6V電池組供電組成是裝在哪的，學(xué)渣看不懂啊大哥
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ID:607879 發(fā)表于 2019-9-5 14:51 | 顯示全部樓層
圖片有些模糊，能將元器件的型號規(guī)格 列一下嗎，謝謝
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ID:712010 發(fā)表于 2020-4-4 14:23 來自觸屏版 | 顯示全部樓層
木炭 發(fā)表于 2019-9-5 14:16
請問液位傳感器模塊、Ph值傳感器模塊、6V電池組供電組成是裝在哪的，學(xué)渣看不懂啊大哥

你好，請問問題解決了嗎，能共享一下嗎
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ID:927341 發(fā)表于 2021-6-20 20:16 | 顯示全部樓層
代碼里面沒有，頭文件呀
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ID:927341 發(fā)表于 2021-6-20 20:17 | 顯示全部樓層

能不能分享一下代碼里面的頭文件，謝謝
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ID:927341 發(fā)表于 2021-6-22 11:33 | 顯示全部樓層

你好，請問一下，這個的源程序可以分享一下嗎
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ID:927341 發(fā)表于 2021-6-22 12:21 | 顯示全部樓層
程序里面的頭文件可以分享一下嗎
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