基于单片机的水质检测系统的设计与实现

摘要在经济技术快速发展的现代中国社会，社会生活的快捷方便使得人们的生活水平愈来愈高，人们的生活质量和前进的动力越来越在智能便利方面体现出来。水作为人类必不可少东西，水质的一个好坏很大程度上会影响一个人的身体健康程度。而目前水资源情况不容乐观，水源污染已成为社会密切关注的话题，而传统人工测量或者肉眼观察是困难且不是行之有效的方法，因此基于智能检测技术的水质检测设备开发刻不容缓。本次课题设计的基于单片机的水质检测系统采用单片机技术对饮用水的水质进行智能，主要通过主控模板、交互模板选择然后利用总原理框架对系统硬件软件精心设计准确的检测和判断。采用变光型浊度传感器和A/D转换芯片完成了对于水质数据的一个采集和处理，实现了对于水质的实时检测和结果显示。经过多次系统测试验证，本次设计的基于单片机的水质检测系统对于家庭饮用水资源的水质数据采集检测达到了预期的设计要求，可基本实现对于饮用水资源的水质检测。关键词：单片机；浊度传感器；水源污染绪论研究背景中国虽然说是地大物博的国家，但是水资源的分布很分散，因为人类所造成的各种环境污染问题，包括水资源已经受到很严重的污染。这些环境的污染导致了各种问题，最大的问题是波及到人类的健康生活。在这些问题下引起了社会对污染的重视，其中包括了水污染的控制。因为纯净的水资源再生起来太过于长久，所以该如何处理废水将有效的帮助我们解决这些问题，要想把废水处理首先要检测废水。在这基础上本次设计研究的就是水质的检测，如废水中含有什么会产生污染，还有其含量等等。水是生命源泉，从各种资料当中可以知道水对于人类的重要性，地球上很大一部分虽然是水但是能够真正用到的水资源却有限，面临当今社会各种水资源因为各种问题被破坏，保护好水资源是当今社会不可忽略的一个问题。由于人类的保护意识不够再加上各种问题导致了水资源污染，污染又导致了水资源会越来越缺乏。可以说水是万物的源泉，对于生活在地球上的人来说水资源是我们不可缺少的资源。虽然现在各种技术越来越发达但相反生活当中的污染更严重了，所以要怎么把所拥有的技术运用到保护水资源上也是该考虑的问题。废水该怎么处理，废水中是否有对环境有重大影响的元素及其含量，直接关系到生活环境，所以在这次研究的就是关于水质检测的系统从而了解关于废水的检测处理。研究目的和意义现在水源污染已经成为社会密切关注的话题，所以对水质进行检测成了保护水资源的一项重要措施，另外通过对水质监测系统的研究，可以对监测和测控有一个更深入的了解，尤其是在电子测控方面，应用到电子测试的一些基本知识随着各种传感器技术与无线传输技术的飞速发展，基于单片机技术的实时监测系统已经运用于社会的各界的不同行业，各种环境数据的采集以及各种采集模式能够根据产品所应用环境进行完美结合，各种硬件监测设备在我们的生活中变得十分重要。低至家庭日常生活高至航空航天都无法离开各种环境指标的监测，硬件的检测技术与无线传输技术在各类型产品中已经被广泛运用，例如生命体征监测，智能化火灾预警、远程报警监控设备等给人们的生活带来非常大的便利以及提供了可靠性极高的财产与生命保障。本次设计基于单片机的水质检测系统设备在依靠与单片机技术这一基础上，将传感器与外围电路配合，将感应的模拟信号转变成数字信号也是非常重要的，这样对传感器的模数转换器的应用也会得到认识上的提升，另外就是单片机的学习尤为重要，可以丰富自己的设计能力和单片机程序语言的设计能力。国内外水质检测系统的发展和现状国外水质检测系统的发展和现状对于水质监测传统的方法就是现场取样，然后使用化学反应的方法检测水源水质状况，由于人工检测不可避免的会带来操作误差，随着技术的发展，出现了机器检测。早期的机器检测就是携带机器对于需要检测的水质，可通过机器快速得到检测结果，但是这种方法出现了很多缺点。检测数据参数单一同时无法连网数据难以共享，这就造成数据汇总带来很多麻烦。若水源突然变坏或者水质参数出现异常而无法及时得到最新水质数据。这将导致水源只能先污染后治理，往往带来严重的污染，才会引起相关部门的注意，到最后成了难以解决的重大污染而听之任之的做法，给环境带来巨大的危害[1]。鉴于此，世界各国都在采取积极的应对方案，结合嵌入式技术为核心，结合化学方法原理，以传感器检测为依托结合单片机应用，为水源水质高效检测提供了重要手段。当前世界很多国家都建立了水质在线自动监测系统WPMS(WaterPollutionMonitoringSystem)。WPMS有一个中心控制站控制若干个子基站，子基站可建立连接组成一个系统网络，可随时准确检测该地区水质状况。当然不同国家建立的系统，采用的设备、建设费用、技术方法和管理模式等方法均有所不同[2]。对于水源方面问题，发达国家较早注意到这一点，例如部分发达国家像美和欧洲等国家，从1970年开始，便陆续建立了各自的水质监测系统，在水质监测方面一直处于世界领先地位。美国是世界上最先开始，将水源保护提高到国家法律层面并出台水源保护法的国家之一[3]。20世纪中期美国在全国建立6000多个关于环境方面的检测点，其中一部分是关于水质检测点，到了1975年，各检测点可以连网，组成了国家水质监测网，对于河流水质、地表水、地下水质等自动监测[4]。20世纪中期，日本也相继开展水质监测设计，并开发出了一套完整的水质检测系统方案[5]。各国都在积极采集分析水源数据，各国都建立了以水质监测指标及其特定参数的水质监测系统，欧美多国近年来，都在大力研究水质监测方法，改善监测技术，使水质监测更加准确，更加普及[6]。国内水质检测系统的发展和现状目前，发展中国家普遍面临着水质紧缺性现状，制约着发展中国家经济的发展，一方面储水量少，一方面水污染在逐渐的加重，发展中国家为了发展本国经济，常常忽略环境保护，尤其水源方面污染在逐渐加重。近年来，环境污染带来的问题越来越多，已影响到人们的生活，不得不引起国家的注意，对于污染如何有效治理、如何使用有效监控技术和有效的分析预防成为各国政府的首要任务。针对我国目前环境水质现状问题大大超出我们的想象，我国面临着多地区环境污染形势相当严峻[7]。水质遭到严重破坏，不合格的劣质水分布全国各地，不经过高效的过滤设备，很难供人生活。我国水质监测较发达国家起步晚，总的来说，许多地方企业保护水源意识淡薄，为了追求一时的经济效益，减少投入购买污水处理设备，常常将工厂使用过的水排放环境中去，虽然现在很多企业设置排污监测仪器，环保部门具有监测到企业排污量收取排污费用，这样一方面造成只要交钱就可以排放污水的意识，另一方面监测仪器简单，监测数据不准，监测参数少，对于排放的污水很难做到全面的监测衡量。政府部门发现这样只治标不治本的做法，不能长久下去，与当前国家所提倡的可持续发展相违背。我国早期的建立的水污染监测系统设立在黄浦江河流域的企业排水点。该系统得已实际的运行，标志着我国进入水质监测的智能化时代，对我国水质监测上升了一个新的高度，同时也为我国在这一方面提供了宝贵的理论经验[8]。我国相继在一些大城市建立了水质监测系统，该系统无需人工操作的自动实时在线可长时间监测，随着大规模的推广系统初具规模，国内的监测设备使用量在不断的增加，这大大提高了工作效率和解放了人力，但是系统使用的一些传感器、嵌入式芯片和专业性通信方式和上位机还是靠国外进口，不能对于国内检测水源环境设计出符合实际情况的仪器，所以在系统工作时出现故障情况时有发生，导致水质监测系统检测数据出现偶尔的错误，严重影响了检测数据的正确性和可靠性，同时对于监测设备不能与多部门联网，检测数据不能及时共享，为此，国家在逐渐的建立更加完备的系统，从1999年开始，国家环保部门开始在淮河流域、长江流域和珠江三角洲区域等多地建立水质自动监测站点，通过卫星通信将检测数据上传至国家监测数据中心，首次实现国内多地区联网[9]。当前国内水质在线监测系统分为远程服务器和检测终端两部分，上位机服务器是基于联网的计算机通过网络接收监测数据和应用软件开发的系统软件，下位基站基于联网的计算机平台结合传感器对水质参数数据的检测系统构成[10]。从系统运行整体来看，这种系统存在一些弊端：首先，下位监测点系统中通过外拉电线对设备供电，一旦出现意外停电，设备就处于瘫痪状态，无法正常工作。其二，信通信道单一，通信费用高，一旦网络出现异常，数据就终止发送，有线的数据传输，增加了布线成本和通信费用。其三，数据储存量小，需要定期删除以前的保存数据来保存新的数据，不利用数据长时间留存[11]。本系统设计的优点：一是下位机单片机采集数据系统封装小，可由太阳能电池进行供电，由于STM32功率小，性能高，可长时间稳定工作[12]。二是上位机利用C#开发的软件，更加方便管理人员操作[13]。四是通过SQL数据库，对采集数据可以长时间保存和C#软件紧密结合，大大提高了开发速度和为管理操作人员提供简洁易懂的人机交互界面，提高管理水平和工作效率[14]。五是系统扩展性，本系统后期可进行水质元素（氮、氧、碳元素及其化合物）成分定量分析，增加系统监测的完整性和高效性[15]。研究主要工作本次基于单片机的水质检测系统设计要通过硬件与软件的联合开发才能实现基本的数据采集与传输要求，在此过程中要进行相关硬件与软件的开发流程：1.硬件电路设计：通过相关资料的研究，选择出适合本系统的各个硬件组成部分，再对各硬件部分进行对比与讨论，进而选择出最适合本系统的硬件传感器、显示器。再根据自己所选择的硬件模块，通过论文、论坛、相关电子类书籍等途径进行电路设计与搭建的学习。2.模块实验调试在完成硬件模块的选择以及电路的搭建之后，通过不同的软件编程对各个模块进行初始化工作，完成对应的检测工作，确定各硬件模块工作正常。论文结构安排本文的内容分为六个章节。第一章绪论，介绍了本设计的研究背景和目的意义，然后从国内外本课题的发展现状作了概述，分析当前使用的系统的不足和本设计的改进后的优点，最后针对全文每一章节研究内容和组织结构做了概括总结。第二章系统方案设计，介绍了系统整体设计及各个部分的方案优缺点讨论进而选择最后使用的方案。第三章系统硬件设计，论述了系统所要实现的技术指标模块进行具体性能以及各个部分的硬件设计电路图与电路设计原理。第四章系统软件设计，在完成硬件各模块的选择的基础上，选择合适的编译软件以及相应编程语言的介绍并简述软件逻辑工作流程，通过对编译环境的搭建和系统架构的选择，来一步步的测试调试。第五章系统性能测试。将硬件系统与软件系统进行联合调试，对系统的整体的工作过程进行测试。

系统方案设计本章主要介绍系统方案设计时主体思路及各模块选型及总原理框架。总设计方案设计本次基于单片机的水质检测系统的设计与实现主要使用单片机及少数外围原器件再配合外加的数据测量传感器构成的水质监测系统，大大简化了内部电路的结构，把各种处理功能放在单片机内，功能强大，再加上单片机可编程使得系统更加灵活，并且外接电路简单而且成本低。本系统以51系列AT89C52单片机为控制核心，对水源进行采集，再通过变光型浊度传感器对采集到的水源进行处理产生模拟信号，之后再通过模拟信号转变成数字信号转换器，转变之后的信号再传给单片机，单片机接收到信号之后进行处理后再显示模块进行显示，利用单片机智能控制来实现最终的水质监测的功能。为了方便系统的开发和研究，主要的研究内容可以分为以下几个方面：（1）选择浊度传感器，实时监测水质的浑浊度以及光线强度。（2）围绕单片机进行相关逻辑模块衔接处理，完成本系统的主要工作。（3）设计AD转换电路，对于浊度传感器测量的模拟信号转换成单片机能处理的数字信号。（4）设计数据显示电路，将浊度传感器实时监测的数据显示出来供用户查看。主控模块的选择在此设计中，有两个选项可以选择主控制模块：解决方案1：使用STM32系列微控制器。该内核使用由ARM生产和开发的Cortex-M3内核，并且属于ARM系列，能够与要的进行各种微信号的处理，由于其特殊的处理芯片选择，能够对于各模块的具体操作进行高效的回应。高效干扰保护和高稳定性是本芯片最主要的特点。由于具有占据很高市场份额，快速发展和很高利用率的一系列优点，该单片机具有大量数据，非常适合开发人员。解决方案2：使用AT89C52微控制器。AT89C52微控制器是基于52核心设计的微控制器。AT89C52微控制器还具有丰富的内部资源和异步串行通信接口，可用于本设计中.AT89C52微控制器的功耗较低，适用于智能家居设备。AT89C52单片机可以存储8，000个字节的程序，并且此设计可能需要控制功耗，但是它的要求不是很高。上述两种类型的微控制器相比，两种类型的微控制器都具有设计优势，但是AT89C52微控制器具有更高的成本效益，并且AT89C52微控制器的处理能更适合本次系统的开发。因此在多种因素以及我们系统开发出来的健壮性以及高效性我们选择通过AT89C52作为主逻辑处理系统。交互模块的选择由于本系统要进行感应信号测量的计数值显示，所以要选择合适的显示模块进行数据的显示，显示功能又称为人机交互功能，在系统的开发中是必不可少的一部分，它能够提供给用户对于整个系统中的数据最直观的显示。目前市场上显示模块的种类可以说是琳琅满目，所以本系统在设的过程有以下三种方案。方案一：数码管。数码管是人们在进行数字显示时最常用的模块之一，其内部集成8段发光二极管，这8段二极管可以通过共阳极连接或者共阴极连接，用户可以通过操控这8段发光二极管进而组成自己想要显示的字符，操作简单，且电流消耗小，缺点是其显示位数较少，想要增加显示字符数比较浪费单片机的I/O口资源，或者选择采用锁存器等数据处理单元，增加系统的成本。方案二：LCD。LCD是一种液晶显示屏，目前常见的种类有LCD1602，LCD12864等，它的优点在于显示能力强大，可以根据软件编程对每个字符的显示位置进行更改，这一特点使得用户能够充分利用LCD的显示资源，同时LCD一般采用并行串口通讯方式，能够显示通过取模软件所生成的大部分字符，而且LCD还可以通过外围电路手动控制显示的对比度、亮度等，是目前使用比较广泛的显示器。方案三：OLED显示屏。OLED是一种新型的显示方案，在显示时无需使用背光源、其具有对比度高、体积轻薄等先进优点，是目前平面显示器的新兴技术，一般通过IIC或者SPI通讯方式进行数据的传输，具有更新速度快、温度范围广等优良特性，而且OLED是十分省电的。缺点就是在进行OLED显示设计时，由于其并不具备背光功能，所以其在没有任何程序进行驱动的时候是没有任何显示的，所以在进行基于OLED显示系统设计时，很容易遇见OLED不显示内容的情况，而对于这种情况我们又不能清楚的排查是其硬件或者软件原因，有可能会导致开发进度的缓慢进行。综合以上几种方案的优缺点，我们最终选择LCD作为本系统的显示模块，因为LCD是一款能够做到多个参数调节的显示器，我们可以根据系统的不同应用场合对LCD的对比度、亮度等进行调节，而且本系统所需要显示的参数并不复杂，以LCD的显示能力完全可以完成本系统的显示功能。在进行对本系统需要显示的参数分析后，决定使用LCD1602作为显示模块。LCD1602是一款16x2的显示液晶屏，可以通过外部引脚对其对比度以及亮度进行调节，使用并行串口通讯方式传输数据，且基于AT89C52的LCD1602显示程序是目前嵌入式行业的入门程序，我们可以很容易的获取相关显示资料，而且LCD1602具有较小的体积，能够减小系统的整体重量，提升产品的便利性。总原理框架图本次基于单片机的水质检测系统设计以52单片机为主控板，外接浑浊度传感器对水质的浑浊度和光照强度实时监测，采用ADC0832将传感器测量出的模拟信号转换为单片机可以识别处理的数字信号得到浑浊度和光照强度数值，再通过显示屏显示出来。功能模块图如下图所示：图2-1硬件模块框架图本章小结本章节介绍了本次课题设计的总体设计方案及各个部分的方案优缺点讨论进而选则最后使用的方案。通过分析整个系统所需要实现的基本主控模块，数据测量模块、硬件控制、硬件检测模块等技术产品的选择，并按照系统所需要的技术指标对各模块进行对比选择出最合适的模块并简述整体的工作流程，最后对于整体设计的一个硬件框架进行了描述。

系统硬件设计本章主要介绍系统硬件设计过程，选择主控模板、光照采集模板、浊度传感器模块以及显示模块。主控模块主控模块采用的是AT89C52单片机以及其外部晶振电路与复位电路组成。AT89C52是一款8位单片机，外部晶振电路的设计是为了在电路其他需要较低频率使用的部分而进行设计，在本系统中使用12Mhz与两个30uF电容组成的并联型晶体谐振电路，使用晶体谐振电路使得整个系统的稳定性以及准确度得到较大提高。避免了在外部电路需要较低频率时钟时在程序内部进行分频的繁琐操作，在进行电路的搭建时，应注意晶振电路应尽可能的靠近主控芯片，以免对时钟的准确性造成影响，而且能够提高整个系统的稳定性。晶振电路电路图如图3-1所示。图3-1晶振电路对于复位电路，此电路位于每台单片机内用于微处理器的初始化，此电路的作用等同于对微处理器重启，设计此电路的目的是为了防止系统由于操作错误或者程序逻辑错误导致死循环而准备的，当AT89C52单片机的RST被置高时，系统将从原始状态重新开始运行，故此电路在系统的调试与工作过程中十分重要。复位电路电路图如图3-2所示。主控模块总体电路图如图3-3所示。图3-2复位电路图3-3主控模块电路光照采集模块本设计中下位机的光照采集模块使用的是光敏电阻传感器，光敏电阻是用硫化镉或硒化镉等半导体材料制成的特殊电阻器，其工作原理是基于内光电效应。光照愈强，阻值就愈低，随着光照强度的升高，电阻值迅速降低，亮电阻值可小至1KΩ以下。光敏电阻对光线十分敏感，其在无光照时，呈高阻状态，暗电阻一般可达1.5MΩ。光敏电阻的特殊性能，随着科技的发展将得到广泛应用。光敏电阻作为敏感元件对于光照的强弱具有明显的特性变化，光敏电阻器是利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。还有另一种入射光弱，电阻减小，入射光强，电阻增大。感光电路原理图如图3-4。图3-4感光电路浊度传感器模块浊度传感器采用TSW-30型号，这款浊度传感器采用光学原理，通过溶液中透光率及散射率两个数据综合判断水中浑浊度情况。传感器内部采用红外线对射管，光线通过一定量的水后，透过的光线越多表明水的污浊程度越清澈，反之则表明水越浑浊。另一的接收端接收的光线越多，电流越大。这款浊度传感器有两路输出，分别是AO模拟量输出，DO数字量输出，AO则是输出转换后的模拟电压量，DO输出高低电平，高低电平取决于模块上电位器设置的阈值，高于阈值是DO口输出低电平，同时点亮模块的led进行提醒。浑浊度传感器模块可以将传感器测量输出的电流信号变换成电压信号，通过单片机来进行AD数模转换，由于本次采用的AT89C52单片机内部没有带AD转换器，因此外接一个ADC0832的8位数模转换器，将传感器测量出的模拟电压值转换成数字电压值送入单片机处理。浊度传感器原理图如图3-5。图3-5浊度传感器显示模块本文选择用的是能够同一时刻显示两行多字节的LCD1602液晶显示屏，其显示屏能够实现多数据的同时提示以及对于用户能够实现简单的逻辑编程，而不用实现其硬件多个连接口的设置，更能够让用户集中思绪处理整体的逻辑交互提示工作，而不至于忽视系统的着重点。本次字符液晶可以显示32个字符，位置地址显示地址如表3-1所示：3-1位置显示地址显示字符第一行地址1H2H3H4H5H6H第二行地址0H1H2H3H4H5H6H显示字符012··第一行地址7H8H9HAHH··第二行地址7H8H9HAHBH··通过各种电信号的处理以及总芯片的逻辑处理进行各种不同字符的输出控制，可以显示不同的字符。电路原理图如图3-6所示。图3-6显示模块本章小结本章介绍了本次系统设计所用到的硬件模块，分析了各个硬件模块如主控模块，显示模块，浊度传感器模块，光照采集模块等模块的硬件模块特点特性和使用方法，通过对系统所要实现的技术指标模块进行具体性能的介绍，同时还介绍了各个部分的硬件设计电路图与电路设计原理。

系统软件设计在本章中系统采用的STC89C52单片机，拥有二十多个引脚，通过连接外部器件使形成一个电子产品，这套系统连接了显示屏电路、报警电路、按键电路、感光电路和浊度检测电路，通过连接这些电路来形成一个用主芯片52组成的基于单片机水质检测系统的设计与实现。软件设计思路编写软件keil软件：本程序设计软件使用的是keil的多文件编译集成软件，使用keil编译软件的主要原因之一是它已经提供了一个丰富的软件库和一个强大的软件集成程序开发工具μvision4。它提供了使用简单易于操作的windows应用界面。通过多文件编译代码的方式来自动生成16进制的hex文件供开发板的烧写软件人员进行读写并将其烧录下来到用于开发板的硬盘或单片机上。keil软件能将所有的工程代码进行分类并通过对c语言程序中的多文件编程的基础知识，还能轻松的编写和移植大批量关于工程的文件。编译过程：调试器μvision4拥有一个强大的项目管理器，能够有效的让8051的项目设计过程变得简单，编写程序时需要有以下的步骤和方法来控制它的进行。(1)在项目中选择你要创建的硬件工程，然后在项目中选择与硬件相对应的硬件工程库。(2)在项目中新建一个源文件并把它重新加入到自己的项目中。(3)在项目中增加并重新配置你所选择的应用程序启动代码。(4)对你所使用的硬件工程库进行相应的设置或者工具选项。仿真软件仿真软件介绍：本系统在由英国公司开发的EDA工具Protues仿真软件上进行系统的软硬件联合调试实验，Protues是一款比较好的仿真工具，同时支持KEIL、IAR等编译器的代码下载与调试。仿真步骤：本实验是为了验证系统的软硬件电路能够正常运行，能够达到正常的浊度和光照处理以及显示功能。在进行实验的过程中，需要注意元器件的摆放位置以及电器连线的规范性，可根据情况合理进行总线连接，同时对各个模块的摆放要求层次分明，按照数据流的顺序进行拜访，同时不允许出现元器件重叠现象，在对传感器进行仿真时，要对各个模拟传感器输入口备注说明文字。实验步骤分为以下几步：1.将系统使用的元器件在库中找到并将其放置在仿真界面上。2.将各个模块进行分层次布置，然后按照原理图进行电气连接。3.向单片机内烧写系统程序。4.开始仿真，观察实验结果。画图软件AultiumDesignerautiumdesigner(ad)这是一套专门为电子产品设计和开发而进行设计的电子产品软件，这款电子产品软件最初的版本是由protel软件开发有限公司设计和开发的。这款电子产品软件主要是运行在auwindows操作系统上，因为其他的操作系统不被社会公众广泛使用。目前该软件主要集成了电路原理图设计、pcb电路绘图、连续电路仿真和原理图编辑等多种设计技术，采用的主要是电路逻辑拓扑自动原理图布线和设计电路自动输出的两种方式进行电子产品的设计和实践开发，为设计各种电子产品和设计的人员和开发者提供了一个好的电子产品设计和实践平台，避免了直接自己动手设计和实践的巨大成本。电子产品设计工作人员在安装和使用电子产品软件时，可以清楚地直接看到电路的设计和质量，大大提高了电子产品设计工作人员的质量和工作效率。目前采用ad的最高产品设计版本是最新的ad20.0.9，本产品设计软件采用了ad17.0.1。aultiumdesigner主要功能：(a)嵌入式电路板设计原理及结构图的设计(b)印刷电路板及线框图设计(c)嵌入式电路信号的模拟及仿真(d)fpga及相关逻辑器件及结构图设计(e)高级电路信号完整性设计分析。程序流程通过编程先使各个模块进入初始化状态，能够开始工作。然后通过先编程采集浊度的函数来获取浊度，再获取光照，通过中断来一直判断设置的浊度和光照的阈值有没有大于预期阈值，如果大于就报警，如果不大于不做任何响应，通过这个方法来完成一个小型的控制系统编程。图4-1系统程序流程图仿真过程利用Protues软件进行仿真，仿真结果如图所示。仿真的步骤是通过按下水质检测的按钮开始进行水质检测的仿真，然后仿真图上面的显示屏就开始就行水质检测的数值变化，当检测到的水质数值超过最开始软件编程设置的阈值，就将进行蜂鸣器报警从而来完成仿真。光照强度也是通过设置阈值，然后判断阈值来完成这个功能。图4-2系统仿真图电路图设计此次电路图设计采用的是AD这款软件，这款软件是为电子产品设计开发专门研究的一套电子软件，方便之处就在于可以便捷的作图和布线，避免实际操作损失材料资源。图4-3采用的是STC89C52单片机，拥有二十多个引脚，通过连接外部器件使形成一个电子产品，这套系统连接了显示屏电路、报警电路、按键电路、感光电路和浊度检测电路，通过连接这些电路来形成一个用主芯片52组成的基于单片机水质检测系统。图4-3电路设计图本章小结在完成硬件各模块的选择的基础上，选择合适的编译软件以及相应编程语言的介绍并简述软件逻辑工作流程，通过对编译环境的搭建和系统架构的选择，来一步步的测试调试，不断练习来完成软件设计部分的编程，从而最终实现基于单片机的水质检测系统的工作流程。

总体调试本章节主要是对软件和硬件进行调试，将硬件系统与软件系统进行联合调试，对系统的整体的工作过程进行测试。软件调试在确定好主程序和所有子程序，紧接着就是硬件及软件的调试安装工作。单片机调试时需要对模块实物正在进行的应用功能测试并及时得到所预测的数据结果，如何预先想要实现的功能不同，就要去程序上查找模块的使用和功能编写的相关代码，通过检测结果知道哪个模块出现了问题，就在哪个应用程序进行排查和修改。这种方式可以及时的发现问题且在最短时间内解决问题，比从头到尾检查的效率高很多，一般情况下可以很及时的解决单片机的问题，如果遇到实在不能及时解决的情况，就可以发现是否与其他模块有相关问题的关系。比如一个单片机应用程序在运行中延时和状态机中断之间可能会出现矛盾和拖慢系统的整体正常运行的速度等问题，在一般的大项目和大工程中，都不会采用延时而是使用状态机的方式来达到效果，因为这个办法一般不会出错和拖慢系统的整体。最终使用Protues进行仿真的调试，如下图5-1所示，是我在仿真过程中进行的调试时对数值判断和检测进行的一个调试，进行刚刚开始检测的功能调试。图5-1仿真调试图下图为图5-2所示，是调试完框架后，开始对部分功能进行调试和检测的仿真图，下图为先检测浑浊度，然后通过判断阈值是否超出再通过蜂鸣器进行报警的仿真过程图。图5-2浑浊度仿真调试图图5-3是进行光照强度的调试过程图，在对代码进行调试时对所出现的现象的进行的截图，屏幕上显示了数据，目前数据超过设置的阈值，所以进行报警。图5-3光线强度仿真调试图硬件调试如果感觉程序里面的模块都找不到任何错误时，可以去找一下电路板关于焊接的一些问题，看是否存在漏焊，未焊好等情况。电路板的调试检测是一个整体的检测，并不是哪一部分完成好就行。可以对电路板简单的分成几个步骤并对每一部分模块逐一进行排查，这样才能不至于错过一些细节，避免二次的检查。本次的电路板焊接更多的是对电子元器件的模块进行焊接，电路板焊接任务不是特别的困难，但一些焊接的注意事项仍然需要特别注意：(1)判断晶体三极管的好坏用万用表进行检测三极管的电阻值来判断是否有损坏。(2)单片机各引脚连接的器件电路的好坏通过万用表自动测量各个焊接电路板之间是否出现短路和断路，来准确的判断各个电路板的焊接过程是否正常和焊接器件结构是否因为焊接时出现烧坏、漏焊和多焊等异常情况，进行逐一的排查，仔细认真慢慢检查找出问题所在。(3)确定焊接的先后顺序。元器件内部焊接的加工顺序设置应严格遵循先小后大，先低后高的焊接顺序。例如常见的电子元器件中，焊接的部件顺序大致可以划分为：三极焊接管、芯片焊接插座等等。(4)芯片与底座都是有方向的。焊接时，应当注意原理图中元器件的管脚的连接方向，以及PCB图纸中元器件的极性和开口方向，防止焊接出现错误。(5)光学放大镜在保证焊接设备工作安全完成后，用光学放大镜仔细观察查看每一个连接焊点，检查其内部是否存在有可能出现虚焊以及发生短路的特殊虚焊情况并尽可能会有发生。(6)用其他锡接点焊接上面的所用锡时，焊接的每个锡焊点长度不宜尽量不要使用过多，使每个用锡焊点上所用锡焊接的每个锡焊点长度大致变成一个半圆锥形时应以焊接的锡长度为最好。调试过程图5-4焊接调试图图5-5电路板正面图当编程完，拥有了完整程序后就可以按照步骤进行调试和测试，也试了不按照步骤随便乱按键的操作，会不会出现bug的情况。一般都是这样反复测试，慢慢调试程序出现一个完整的小型控制系统。图5-6、5-7是测试后拍的图片，连接电源后，给光敏电阻增加光源，光照强度超过设定的值，蜂鸣器就会响，红灯亮起，把浊度模块放入有杂质的水中，光线透不过去，超过一定的数值，蜂鸣器就会响起。效果都能达到预期效果，没有什么大问题。图5-6电路测试图图5-7电路测试图本章小结本章在完成各模块逻辑软件调试之后，将硬件系统与软件系统进行联合调试，对系统的整体的工作过程进行测试，判断有哪些部分的不足和bug，通过软硬件的结合来调试出功能和效果，调试结果证明该设计达到预期效果。

结论现在水源污染已经成为社会密切关注的话题，所以对水质进行检测成了保护水资源的一项重要措施，另外通过对水质监测系统的研究，可以对监测和测控有一个更深入的了解，尤其是在电子测控方面，应用到电子测试的一些基本知识。随着各种传感器技术与无线传输技术的飞速发展，基于单片机技术的实时监测系统已经运用于社会的各界的不同行业，各种环境数据的采集以及模式能够根据产品所应用环境进行完美结合，各种硬件监测设备在我们的生活中变得十分重要。本次设计基于单片机的水质检测系统设备在依靠与单片机技术这一基础上，主要通过主控模板、交互模板选择然后利用总原理框架对系统硬件软件精心设计准确的检测和判断。采用变光型浊度传感器和A/D转换芯片完成了对于水质数据的一个采集和处理，实现了对于水质的实时检测和结果显示。经过多次系统测试验证，本次设计的基于单片机的水质检测系统对于家庭饮用水资源的水质数据采集检测达到了预期的设计要求，可基本实现对于饮用水资源的水质检测。本次的论文完成，离不开指导老师的悉心教导，在写作道路上少走了不少弯路。但由于是第一次写作，还存在一些不足的地方，对于系统的设计与调试花了太多的时间去找原因，相信只要有一颗坚持不懈的顽强毅力和不放弃的精神，在未来向社会贡献一份自己的力量。

附录1：程序#include"sys.h"#include"key.h"#include"1602.h"#include"timer.h"#include"adc0832.h"voidmain(){ lcd1602_init();//初始化1602 write_string_1602(1，0，"Lr：000Tr：000"); write_string_1602(2，0，"Ls：000Ts：000"); Timer_init();//初始化定时器 while(1) { display();//显示 }}#include"1602.h"voidwrite_comm(unsignedcharcom)//写命令{rs=0;//rw=0;en=0;DATA_1602=com;en=1;delay_ms(1);en=0;}voidwrite_dat(unsignedchardat)//写数据{rs=1;//rw=0;en=0;DATA_1602=dat;en=1;delay_ms(1);en=0;}voidwrite_add(uint8_tx，uint8_ty，uint8_tdat)//固定位置显示数据{if(x==1){write_comm(0x80+y);write_dat(dat);}if(x==2){write_comm(0x80+0x40+y);write_dat(dat);}}voidlcd1602_init()//1602初始化{write_comm(0x38);//设置显示模式write_comm(0x0c);//开显示，不显示光标，光标不闪烁write_comm(0x06);//整屏移动 write_comm(0x01);//清屏指令 }voidwrite_string_1602(uint8_tx，uint8_ty，uint8_t*str){ uint8_ti=0; while(str[i]) { write_add(x，y，str[i]); y++;if(y>16){x=2;y=0;} i++; }}unsignedcharad0832read(bitSGL，bitODD){ unsignedchari=0，value=0，value1=0; ADC0832_SCL=0; ADC0832_SDA=1; ADC0832_CS=0; //开始 ADC0832_SCL=1; //第一个上升沿 ADC0832_SCL=0; ADC0832_SDA=SGL; ADC0832_SCL=1; //第二个上升沿 ADC0832_SCL=0; ADC0832_SDA=ODD; ADC0832_SCL=1; //第三个上升沿 ADC0832_SCL=0; //第三个下降沿 ADC0832_SDA=1; for(i=0;i<8;i++) { ADC0832_SCL=1; ADC0832_SCL=0;//开始从第四个下降沿接收数据 value<<=1; if(ADC0832_SDA) value=value|0x01;