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51單片機簡易水情檢測系統設計 附源程序

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ID:597842 發表于 2019-8-8 17:33 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
系統方案

本系統主要由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，河流等復雜地區使用，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，河流等復雜地區不好固定，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 ：當地重力加速度
　　Po ：液面上大氣壓
　　H ：變送器投入液體的深度
　　同時，通過導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：
　　穩定性好，滿度、零位長期穩定性可達 0.１%FS/ 年。在補償溫度 0 ～ 70 ℃范圍內，溫度飄移低于 0.１%FS ，在整個允許工作溫度范圍內低于 0.３%FS 。
　　具有反向保護、限流保護電路，在安裝時正負極接反不會損壞變送器，異常時送器會自動限流在 35MA 以內。
　　固態結構，無可動部件，高可靠性，使用壽命長。
　　安裝方便、結構簡單、經濟耐用。
（3）Ph值測量
Ph值傳感器工作原理，在傳感器內部的 pH 放大器是一個能通過數據采集器監測的有標準 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 插頭來與數據采集器連接。  在 pH 7 的緩沖溶液中，它將產生一個 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 值傳感器的設計測量范圍為：0 到 14。它在玻璃感應電極頭延長出一個凍膠體，是初中、高中、大學中進行科學研究、環境測量的良好的設備。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，水位傳感器檢測數據+150mm為最終結果，具體高度以12864液晶顯示屏顯示為準。
3、Ph值的計算  
   在 pH 7 的緩沖溶液中，它將產生一個 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電阻對其進行分壓，使其最后輸出電壓降為5V。

三、電路與程序設計
1、電路的設計
（1）系統總體框圖

系統總體框圖如圖所示

       系統總體框圖

（2）水位檢測子系統框圖

1、水位檢測子系統框圖

水位檢測子系統框圖

（3）PH檢測子系統框圖

1、PH檢測子系統框圖

   PH檢測子系統框圖

2、程序的設計（1）程序功能描述與設計思路

1、程序功能描述

根據題目要求軟件部分主要實現鍵盤的設置和顯示。

1）鍵盤實現功能：設置頻率值、頻段、電壓值以及設置輸出信號類型。

2）顯示部分：顯示電壓值、頻段、步進值、信號類型、頻率。

2、程序設計思路

（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

  根據題目要求，用ISIS仿真軟件畫出原理圖，進行仿真。

（3）硬件軟件聯調

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

（2）測試分析與結論

根據測試數據，可以得出以下結論：

1、加入液體后，在1分鐘內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確測量并顯示，誤差不大于0.01V。

綜上所述，本設計達到設計要求。


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的標志
  11.     //串行數據輸入端


  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  數據
  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  ";
  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()//應答  相當于一個智能的延時函數
  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，再在最低位接受當前位
  102.               SCL=0;
  103.              delay1();
  104.    }
  105.   return k;

  107. }

  109. void write_byte(uchar date)       //寫一字節數據
  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();

  317.               while(1);

  319.             
  320. }
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ID:449081 發表于 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，學渣看不懂啊大哥
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ID:607879 發表于 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格 列一下嗎，謝謝
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5#
無效樓層，該帖已經被刪除
ID:712010 發表于 2020-4-4 14:23 來自觸屏版 | 顯示全部樓層
木炭 發表于 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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7#
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ID:927341 發表于 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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10#
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ID:927341 發表于 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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