水质监测系统的硬件设计

水质监测系统的硬件设计

以单片机为主要控制器件

主要包括硬件电路的设计和系统程序的设计。硬件电路主要包括传感器的选取，单片机的选取与应用，A/D 转换的选用，电源设计，显示部分设计等；软件设计主要包括主程序设计和子程序设计，监测结果通过显示模块显示。

以下是系统的框图，本系统是基于单片机技术的水质监测系统，传感器采集目标对象的信息，将信息送到A/D 的模拟通道中，由单片机通过程序将经过A/D 模数转换后的信息读到自己内部的寄存器中，单片机通过自己内部的ROM 中的程序，将输入的信息处理，然后将得到的信息通过显示装置显示出来。

单片机的最小系统有三部分组成，即电源，时钟电路和复位电路。其中单片机的电源引脚与5V 电源连通即可，而时钟电路和复位电路还需接口扩展，这也是单片机的基本电路操作。

时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，时序是指令执行中各信号之间的相互关系。单片机本身就如同一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。 显示电路设计

本系统实现的功能要求对待测场所的环境温度实现实时监控和显示，因此，需要有显示电路的设计，来完成这一功能。

传输模块

随着数字技术的发展和计算机日益广泛的应用，现在一个系统往往由多台计算机组成，需要解决多站、远距离通信的问题。这就是迫切需要一种总线能适合远距离的数字通信。RS232线路简单，应用广泛，但距离受限，数据传输效率也不很高。RS-422 使用差分信号，差分传输使用两根线发送和接收信号（共4 线），对比RS-232，它能更好的抗噪声和有更远的传输距离。在工业环境中更好的抗噪性和更远的传输距离是一个很大的优点。在RS-422标准的基础上，EIA 研究出了一种支持多节点、远距离和接收高灵敏度RS-485总线标准。在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485收发器。RS-485收发器采用平衡发送和差分接收，因此具有抗干扰的能力，加上接收器具有高的灵敏度、能检测抵达200mv 的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。使用RS-485总线，一对双绞线就能实现多站联网，构成分布式系统，设备简单、价格低廉、能进行长距离通信的优点使其得到了广泛的应用。

数码管介绍

单片机应用系统中，LED数码管一般用做简单显示输出设备，一般用于显示数字和简单信息。LED数码管显示器具有显示清晰、亮度高、操作简单、接口方便等优点，基本可以满足普通单片机系统的需要而被广泛使用。 LED数码管是由发光二极管按一定的结构排列而成的显示器件。通常使用的是带有小数点的８段数码管，分为共阳极和共阴极数码管两种

A/D转换：由于单片机只能识别数字信号所以必把传感器输出的模拟信号进

行数字化处理，因此，在智能仪器的输入通道中加入能把模拟信号转换成数字信号的芯片即A/D转换芯片。使用A/D转换器时需要根据实际所需精度与分辨率的不同选择不同的A/D转换芯片，确定采样频率一保证单片机的实时行要求。由于环境对A/D转换器存在一定影响，一次在选择A/D转换器的时候必须考虑环境因素。还应根据单片机接口特征选择A/D转换器的输出状态。A/D转换器与单片机的接口一般要完成的操作有单片机发出启动转换信号，单片机取回转换结束状态信号，读取需要转换的数据。由于A/D转换对于提高数据精度具有较大影响，因此需要选择一款精度较高的器件。

以ADC0832作为A/D转换芯片为列。ADC0832是一8位分辨率、双通道A/D 转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。ADC0832 具有以下特点：(1)8位分辨率；

(2)双通道A/D转换;(3)输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；

(4)5V电供电时输入电压在0~5V之间；(5)工作频率为250KHZ，转换时间为32μS;(6)一般功耗仅为15mW；

单片机对ADC0832的控制原理：正常情况下单片机与ADC0832的接口应该为4条数据线，分别是DI、CS、DO、CLK。但因为DI端和DO端在通信时未同时有效地并与单片机的接口是双向的，固电路设计时可以将DI和DO并联在一根数据线上使用。

采集数据

DS18B20 是DALLAS 半导体公司生产的，是一种单总线温度传感器，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器，有两种封装形式分别为3脚PR-35封装和16脚SSOP封装。本文采用的是3脚PR-35封装，其具有以下特点：采用了单总线技术，传感器直接以二进制输出被测温度，可通过串行口线，也可与单机通过I/O 口连接；测量温度范围为：- 55℃～+125℃，测量精度高达+0.5℃；内含寄生电源，在两线方式下可通过数据线提供寄生电源，而不需要再单独供电；转换时间在分辨率为12位（即0.0625℃）时最大为750ms；用户可分别对每个器件设定温度上下限；DS18B20 在使用时不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内；电源极性接反时，芯片不会因发热而烧毁，但不能正常工作；每个DSl8B20 器件对应一个唯一的64 位长的序号，该序号值存放ROM中，可通过序号匹配实现多点测温。引脚排列如图3-10所示：

VDD：接电源引脚，电源供电3.0～5.5V；

DQ：数据的输入和输出引脚；

GND：接地