基于AT89C51的水质监测系统的设计

现代检测技术与系统研究报告题目：基于AT89C51的水质监测系统的设计

学院：电气工程学院

年级专业：仪器仪表工程

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学生姓名：

日期：2013.12.14

一、绪论

1.1 课题的研究背景和意义

针对客观环境运用物理、生物或化学等的现代科技手段，间断地或连续地对水体污物及其有关的组成成份鉴定和测试，通过仪器的检测或实验进行定性、定量和系统的描述，做出正确的环境质量评价称作水环境监测。

我国不仅存在水资源短缺和空间、时间分布不平衡的严重问题，而且更普遍存在着水质性缺水的危机。而当今世界的水环境也面临着两大问题，水资源的短缺和水污染的加重。工业生产废水和城乡生活污水向江河湖泊及土壤中的大量持续排放，使得地下水质和地表水质日益下降，更加剧了水资源的紧张，破坏了水环境，危害着人类及大自然生态系统的健康。随着人们环保意识的提高，以及国家对水污染问题也越来越重视，水质监测的要求也越来越高了，因此，需要有先进的水质监测成套系统才能满足日益丰富的社会要求。

水质监测系统能做到实时，连续监测和远程监控，达到及时掌握主要流域重点断面水体水质状况，预警预报重大流域性水质污染事故，以便使水厂在发生重大水污染时掌控水源水质状况，做到防范、解决突发水污染事故的目的等。水质监测工作是水体污染防治工作和水环境保护工作的重要部分。但是，目前在我国水环境监测的实际工作中，大量采用的监测方法己经不能满足环保事业不断发展的社会需求，因此研究水质监测系统，发展水质监测技术十分重要。

1.2 国内外水质监测技术的现状

1.2.1国内水质监测技术的现状

许多年以来我国的环境监理工作一直采用传统的环境水质监测工作，主要以人工现场采样、实验室仪器分析为主。虽然在实验室中分析手段完备，但实验室监测存在监测频次低、采样误差大、监测数据分散、不能及时反映污染变化状况等缺陷。难以对水质监测现场信息正确及时的了解。我国环境水质监测仪器以往主要依赖进口，从2000年开始，成熟的国产化设备才开始在全国范围内大规模推广。

目前国家环保总局设置的水质监测断面，基本上分布在水量相对充沛、监管相对严格的大江大河或主要水系的干流，对于支流的监测几乎属于空白领域。在小城镇以及广大农村地区，实际的污水排放量以及支流、内河的受污染程度，很可能要更为严重。水质监测现状揭示了我国水污染的严重程度和水质监测的建设的落后。因此，治理水污染，做好水质监测，改进水质设备及水质监测方法是我们当前需要解决的问题。

近年来，水质自动监测技术在许多国家地表水监测中得到了广泛的应用，我国的水质自动监测站的建设也取得了较大的进展。但是至今，还没有可普遍应用于基层水环境在线监测与数据远程传输、处理的水质监测完备平台在国内产出。并且，近年发展起来的各式数据传输网络，大多数是上下环境监测部门之间的数据传输，基于基层水质的实时采集监测与水质分析系统环节还很薄弱。

1.2.2 国外水质监测技术的现状

在国外，早期的河流水质监测办法是选取河流断面定点定时采集水样，带至实验室分析。这种人工抽查方法不能及时准确的掌握不断变化中的水质数据。为了尽早发现水质的异常变化，提高下游水质污染防治预报，及时追踪污染源，研究水的稀释及水环境的自我净化规律，国外在完善实验室监测同时，发展了水质移动监测系统和水质自动监测系统。

水质移动监测系统是一个以移动监测车为基本监测单元，采用便携水质实验室及现场水质参数分析仪采集水质变化，运用GPS(Global Positioning System)全球卫星定位系统和GPRS/GSM（General Packet Radio Service/global system for mobile communications)无线数据通讯装置进行信息通信的水质检测、分析系统。解决了偏远地区及水域水质监测的困难。

水质自动监测系统，常用在监测水质污染及一些特定指标。通过在片区域或一个水系放置若干有连续自动监测仪器的监测站来采集被检测物的变化信息，再传送到统一的控制中心，实现随时对该片区域或一个水系的水质进行连续自动的监测。

二、基于单片机的水质监测系统设计

设计思路：以单片机为主要控制器件设计一种水质监测系统，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。

2.1 水质pH值监测系统

2.1.1 水质pH简介

这次设计选择的监测项目为反映水质综合性状况的水质监测项目，水质pH 值。氢离子浓度指数的数值，即俗称为“pH值”，是表示溶液碱性或酸性程度的数值，为溶液所含氢离子浓度的常用对数的负值。总的来说，水中的p H值主要是由水中的氢离子数量的多寡决定。

因为水中的PH值可以体现出水中的酸碱度，湖水中水的PH值从一定的程度上反映了水质的好坏。所以，水中的PH对于生活在水中的动植物有着重要的影响。

人体健康与PH间的直接关系不明显，一般pH值在6.5～9.5范围内时不太影响健康。生活饮用水pH值的国家标准是6.5～8.5之间。但现在大部分人觉得饮用弱碱性水比较健康。

水处理工程会影响水的PH值，软化水质提高pH，氯化作用降低pH。pH升高水会产生苦味，色度会增加。pH<7时，被污染的水会生成硫化氢二散发出臭鸡蛋味；pH值在5.5～8.2之间是最为适合铁细菌生长而形成“红水”。另外PH值还影响水的混凝、沉淀、过滤过程而影响水中杂质含量。

2.1.2 系统原理框图

下图2-1是水质pH值监测系统的设计框图，本系统是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程序存储器中的的程序，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。

系统原理框图：

图2-1 水质pH值监测系统原理设计框图

2.2 硬件设计与选择

(1) 单片机的选择

单片机也称为微控制器或嵌入式微控制器。其内部结构与普通计算机结构类似，也是由中央处理器（CPU）、存储器和输入/输出（I/O）3大基本部分构成。实际就是把一台普通计算机经过简化，浓缩在一小片芯片内，形成了芯片级计算机，即单芯片微型计算机，简称单片机。具有性能高，价格低；体积小，可靠性