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单片机水质监测Proteus仿真程序 电阻模拟水质浊度和PH值

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ID:511094 发表于 2019-11-17 19:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
测量水温，通过可调电阻模拟水质浊度和PH值，将采集的水质参数显示在LCD1602上，同时通过串口上传数据

T  温度
Z 浊度
P PH值
上传信息 :  T26Z60P7.5
信息表示：表示温度26°   浊度60%   PH值为7.5

proteus仿真软件没有浊度采集传感器和PH测量传感器，所以通过可调电阻模拟，通过AD采集电压进行显示，浊度为0%~100%，表示浊度程度不同，
PH值为0~10，表示PH值不同。
数据信息通过串口上传，通过虚拟串口模拟，另一端使用串口调试助手显示，波特率为9600

仿真原理图如下（proteus仿真工程文件可到本帖附件中下载）
通信效果.png 虚拟串口软件配置.png 计算机设备管理.png

单片机源程序如下:
  1. #include <reg51.h>        
  2. #include "lcd.h"
  3. #include "UART.h"
  4. #include "Delay.h"
  5. #include <intrins.h>
  6. #define uchar unsigned char
  7. #define uint unsigned int
  8. #define ulong unsigned long
  9. #define NACK        0
  10. #define ACK                1
  11. #define MEASURE_TEMP        0x03        //000 0001  1
  12. #define MEASURE_HUMI        0x05        //000 0010  1
  13. #define STATUS_REG_W        0x06        //000 0011  0
  14. #define STATUS_REG_R        0x07        //000 0011  1
  15. #define RESET                        0x1E        //000 1111  0
  16. ulong volt;//测量的电压值
  17. sbit Data=P2^3;   //定义数据线
  18. sbit CLK=P3^3;//定义时钟信号口
  19. sbit DIN=P3^4;//定义2543数据写入口
  20. sbit DOUT=P3^5;//定义2543数据读取口
  21. sbit CS=P3^2;//定义2543片选信号口
  22. sbit Data_P    = P2^4;                        // SHT11传感器的数据管脚
  23. sbit Sck_P     = P2^3;                        // SHT11传感器的时钟管脚
  24. sbit BEEP =P2^5;
  25. uchar tmpe,h;
  26. uchar rec_dat[9];   //用于显示的接收数据数组
  27. uchar temp_max = 50;
  28. ulong C2_max = 7500000;
  29. ulong LUX_max = 8500000;
  30. ulong C2_now = 0;
  31. ulong LUX_now = 0;
  32. unsigned char temp;                                                        // 保存温度
  33. unsigned char humi;                                                  // 保存湿度

  35. enum { TEMP,HUMI };
  36. typedef union                              //定义共用同类型
  37. {
  38.         unsigned int i;
  39.         float f;
  40. }value;


  43. int display = 0;
  44. void delay(uchar ms)
  45. {  // 延时子程序
  46. uchar i;
  47. while(ms--)
  48. {
  49.   for(i = 0;i<250;i++);  
  50. }
  51. }

  53. char ShtWriteByte(unsigned char value)
  54. {
  55.         unsigned char i,error=0;
  56.         for(i=128;i>0;i>>=1)  // 高位为1，循环右移
  57.         {
  58.                 if (i&value)
  59.                         Data_P=1;               // 和要发送的数相与，结果为发送的位
  60.                 else
  61.                         Data_P=0;
  62.                 Sck_P=1;
  63.                 _nop_();                                                // 延时3us
  64.                 _nop_();
  65.                 _nop_();
  66.                 Sck_P=0;
  67.         }
  68.         Data_P=1;                                            // 释放数据线
  69.         Sck_P=1;
  70.         error=Data_P;                                  // 检查应答信号，确认通讯正常
  71.         _nop_();
  72.         _nop_();
  73.         _nop_();
  74.         Sck_P=0;
  75.         Data_P=1;
  76.         return error;                                 // error=1 通讯错误
  77. }

  79. char ShtReadByte(unsigned char ack)
  80. {
  81.         unsigned char i,val=0;
  82.         Data_P=1;                                                 // 释放数据线
  83.         for(i=0x80;i>0;i>>=1)        // 高位为1，循环右移
  84.         {
  85.                 Sck_P=1;
  86.                 if(Data_P)
  87.                         val=(val|i);            // 读一位数据线的值
  88.                 Sck_P=0;
  89.         }
  90.         Data_P=!ack;                            // 如果是校验，读取完后结束通讯
  91.         Sck_P=1;
  92.         _nop_();                                                        // 延时3us
  93.         _nop_();
  94.         _nop_();
  95.         Sck_P=0;
  96.         _nop_();
  97.         _nop_();
  98.         _nop_();
  99.         Data_P=1;                                                 // 释放数据线
  100.         return val;
  101. }


  104. void ShtTransStart(void)
  105. {
  106.         Data_P=1;
  107.         Sck_P=0;
  108.         _nop_();
  109.         Sck_P=1;
  110.         _nop_();
  111.         Data_P=0;
  112.         _nop_();
  113.         Sck_P=0;
  114.         _nop_();
  115.         _nop_();
  116.         _nop_();
  117.         Sck_P=1;
  118.         _nop_();
  119.         Data_P=1;
  120.         _nop_();
  121.         Sck_P=0;
  122. }

  124. void ShtConnectReset(void)
  125. {
  126.         unsigned char i;
  127.         Data_P=1;                                    //准备
  128.         Sck_P=0;
  129.         for(i=0;i<9;i++)          //DATA保持高，SCK时钟触发9次，发送启动传输，通迅即复位
  130.         {
  131.                 Sck_P=1;
  132.                 Sck_P=0;
  133.         }
  134.         ShtTransStart();           //启动传输
  135. }

  137. char ShtMeasure(unsigned char *p_value, unsigned char *p_checksum, unsigned char mode)
  138. {
  139.         unsigned error=0;
  140.         unsigned int i;
  141.         ShtTransStart();                  // 启动传输
  142.         switch(mode)                       // 选择发送命令
  143.         {
  144.                 case 1 :                                           // 测量温度
  145.                         error+=ShtWriteByte(0x03);
  146.                         break;
  147.                 case 2 :                                           // 测量湿度
  148.                         error+=ShtWriteByte(0x05);
  149.                         break;
  150.                 default:
  151.                         break;
  152.         }
  153.         for(i=0;i<65535;i++)
  154.                 if(Data_P==0)
  155.                         break;                                          // 等待测量结束
  156.                 if(Data_P)
  157.                         error+=1;                           // 如果长时间数据线没有拉低，说明测量错误
  158.         *(p_value) =ShtReadByte(1);                  // 读第一个字节，高字节 (MSB)
  159.         *(p_value+1)=ShtReadByte(1);                 // 读第二个字节，低字节 (LSB)
  160.         *p_checksum =ShtReadByte(0);          // read CRC校验码
  161.         return error;                                                                          // error=1 通讯错误
  162. }

  164. void CalcSHT11(float *p_humidity ,float *p_temperature)
  165. {
  166.         const float C1=-4.0;                                 // 12位湿度精度 修正公式
  167.         const float C2=+0.0405;                        // 12位湿度精度 修正公式
  168.         const float C3=-0.0000028;        // 12位湿度精度 修正公式
  169.         const float T1=+0.01;                                 // 14位温度精度 5V条件 修正公式
  170.         const float T2=+0.00008;                 // 14位温度精度 5V条件 修正公式
  171.         float rh=*p_humidity;                                 // rh: 12位 湿度
  172.         float t=*p_temperature;                        // t:  14位 温度
  173.         float rh_lin;                                                                // rh_lin: 湿度 linear值
  174.         float rh_true;                                                        // rh_true: 湿度 ture值
  175.         float t_C;                                                                         // t_C : 温度 ℃
  176.         t_C=t*0.01 - 40;                                                 //补偿温度
  177.         rh_lin=C3*rh*rh + C2*rh + C1;                                        //相对湿度非线性补偿
  178.         rh_true=(t_C-25)*(T1+T2*rh)+rh_lin;                //相对湿度对于温度依赖性补偿
  179.         *p_temperature=t_C;                                         //返回温度结果
  180.         *p_humidity=rh_true;                                 //返回湿度结果
  181. }

  183. unsigned char TempCorrect(int temp)
  184. {
  185.         if(temp<0)        temp=0;
  186.         if(temp>970)  temp=970;
  187.         if(temp>235)  temp=temp+10;
  188.         if(temp>555)  temp=temp+10;
  189.         if(temp>875)  temp=temp+10;
  190.         temp=(temp%1000)/10;
  191.         return temp;
  192. }

  194. unsigned char HumiCorrect(unsigned int humi)
  195. {
  196.         if(humi>999)  humi=999;
  197.         if((humi>490)&&(humi<951))  humi=humi-10;
  198.         humi=(humi%1000)/10;
  199.         return humi+4;
  200. }

  202. void ReadShtData()
  203. {
  204.         value humi_val,temp_val;          // 定义两个共同体，一个用于湿度，一个用于温度
  205.         unsigned char error;                                                          // 用于检验是否出现错误
  206.         unsigned char checksum;                                                  // CRC
  207.         unsigned int temp1,humi1;                                                // 临时读取到的温湿度数据

  209.         error=0;                                                                                 //初始化error=0，即没有错误
  210.         error+=ShtMeasure((unsigned char*)&temp_val.i,&checksum,1);         //温度测量
  211.         error+=ShtMeasure((unsigned char*)&humi_val.i,&checksum,2);         //湿度测量

  213.         if(error!=0)                                                           //如果发生错误，系统复位
  214.                 ShtConnectReset();
  215.         else
  216.         {
  217.                 humi_val.f=(float)humi_val.i;                                 //转换为浮点数
  218.                 temp_val.f=(float)temp_val.i;                                  //转换为浮点数
  219.                 CalcSHT11(&humi_val.f,&temp_val.f);          //修正相对湿度及温度
  220.                 temp1=temp_val.f*10;
  221.                 temp=TempCorrect(temp1);
  222.                 humi1=humi_val.f*10-50;
  223.                 humi=HumiCorrect(humi1);
  224.                 humi1=humi1-1;
  225.         }

  227. }


  230. void read2543(uchar addr)
  231. {
  232.         uint ad=0;
  233.         uchar i;
  234.         CLK=0;
  235.         CS=0;//片选段，启动2543
  236.         addr<<=4;//对地址位预处理
  237.         for(i=0;i<12;i++) //12个时钟走完，完成一次读取测量
  238.         {
  239.                 if(DOUT==1)
  240.                         ad=ad|0x01;//单片机读取ad数据
  241.                 DIN=addr&0x80;//2543读取测量地址位
  242.                 CLK=1;
  243.                 ;;;//很短的延时
  244.                 CLK=0;//产生下降沿，产生时钟信号
  245.                 ;;;
  246.                 addr<<=1;
  247.                 ad<<=1;//将数据移位准备下一位的读写
  248.         }
  249.         CS=1;//关2543
  250.         ad>>=1;
  251.         volt=ad;//取走转换结果
  252.         volt=volt*1221;//例子的满量程为5V，转换分辩率为12位（2的12次方=4096） 。即最大值是255，5/4096=1221mV,即例子中的1V代表实际1221mV        
  253. }

  255. void main(void)
  256. {

  258.         LcdInit();
  259.         ShtConnectReset();
  260.         UART_Init();

  262.         
  263.         while(1)
  264.         {
  265.             ReadShtData();

  267.                 DisplayListChar(4,0,"temp:");
  268.                 DisplayOneChar(10,0,(char)(temp/10+'0'));
  269.                 DisplayOneChar(11,0,(char)(temp%10+'0'));
  270.                 DisplayOneChar(12,0,(char)(' '));
  271.                 DisplayOneChar(13,0,(char)('C'));
  272.                 Uart1Send( 'T' );
  273.                 Uart1Send( (char)(temp/10+'0') );
  274.                 Uart1Send( (char)(temp%10+'0') );
  275.                
  276.                 read2543(0);//调用2543驱动程序测量地址为
  277.                 LUX_now=volt*2;
  278.                 DisplayListChar(0,1,"ZD:");
  279.                 DisplayOneChar(3,1,(char)(volt*2/1000000+'0'));
  280.               DisplayOneChar(4,1,(char)((volt*2/100000)%10+'0'));
  281.                 DisplayOneChar(6,1,(char)('%'));
  282.                 Uart1Send( 'Z' );
  283.                 Uart1Send( (char)(volt*2/1000000+'0') );
  284.                 Uart1Send( (char)((volt*2/100000)%10+'0') );

  286.                 read2543(1);//调用2543驱动程序测量地址为
  287.                 C2_now=volt*2;
  288.                 DisplayListChar(10,1,"PH:");
  289.                 DisplayOneChar(13,1,(char)(volt*2/1000000+'0'));
  290.                 DisplayOneChar(14,1,(char)('.'));
  291.               DisplayOneChar(15,1,(char)((volt*2/100000)%10+'0'));
  292.                 Uart1Send( 'P' );
  293.                 Uart1Send( (char)(volt*2/1000000+'0') );
  294.                 Uart1Send( '.' );
  295.                 Uart1Send( (char)((volt*2/100000)%10+'0') );

  297.                
  298.                 if(LUX_now>LUX_max || C2_now>C2_max  || temp>temp_max)
  299.                 {
  300.                         
  301.                         BEEP=0;
  302.                 }else
  303.                 {
  304.                         BEEP=1;
  305.                 }

  307.         }                                
  308. }
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ID:614056 发表于 2020-4-14 09:45 | 显示全部楼层
这种方案有几个小问题，1.AD速率比较慢，往往测试时间比较久还得不到稳定的PH值
2.测试精度不高，重复性不好
之前我也是想了很多办法都没有解决好这个问题，后续加了个辅助电路方解决，目前量产中
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ID:666145 发表于 2019-12-17 12:38 | 显示全部楼层
在吗？非常感谢。我下载了。想请教一下。
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ID:605716 发表于 2020-4-9 15:41 | 显示全部楼层
哇，压缩包貌似只能用winrar才可以解压成功
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ID:728691 发表于 2020-4-14 08:12 来自手机 | 显示全部楼层
好资料，51黑有你更精彩!!!
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ID:733754 发表于 2020-4-21 19:12 | 显示全部楼层
你好，我的课题也是跟你几乎一样，也是监测水质然后远程通讯，我想想你请教点问题，大神，哈哈哈
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ID:742174 发表于 2020-5-1 15:40 来自手机 | 显示全部楼层
goalpeak 发表于 2020-4-14 09:45
这种方案有几个小问题，1.AD速率比较慢，往往测试时间比较久还得不到稳定的PH值
2.测试精度不高，重复性不 ...

你好，请问能分享一下吗？
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ID:747608 发表于 2020-5-9 15:16 | 显示全部楼层
dantemaycry 发表于 2020-5-8 12:33
单片机水情监测系统设计   交流交流？

我课题和你一样 交流交流？
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ID:903852 发表于 2021-4-11 18:18 | 显示全部楼层
为什么我打不开这个仿真，本人用proteus8
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ID:328014 发表于 2021-4-11 18:21 | 显示全部楼层
哈哈哈可以 发表于 2021-4-11 18:18
为什么我打不开这个仿真，本人用proteus8

你去百度Proteus8.8白菜直装版,这个版本才能打开,如图
51hei.png
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ID:907892 发表于 2021-4-18 17:35 | 显示全部楼层
为什么我没有仿真，里面打不开
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ID:328014 发表于 2021-4-18 18:36 | 显示全部楼层
槿榆yyds 发表于 2021-4-18 17:35
为什么我没有仿真，里面打不开

8.8版本的仿真,看10楼的回复
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ID:575287 发表于 2021-5-7 16:40 | 显示全部楼层
想问下如何添加溶解氧电路和程序？
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ID:922247 发表于 2021-5-17 11:24 | 显示全部楼层
goalpeak 发表于 2020-4-14 09:45
这种方案有几个小问题，1.AD速率比较慢，往往测试时间比较久还得不到稳定的PH值
2.测试精度不高，重复性不 ...

能分享一下吗
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ID:968818 发表于 2021-9-28 12:56 | 显示全部楼层
测PH的要用那个原件呢哥
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ID:1007991 发表于 2022-4-30 17:41 | 显示全部楼层
大佬能加按键上下限电路吗
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