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51单片机简易水情检测系统设计 附源程序

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楼主
ID:597842 发表于 2019-8-8 17:33 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
系统方案

本系统主要由STC89C52RC芯片组为核心、PCF8591模块、液位传感器模块、Ph值传感器模块、6V电池组供电组成，下面分别论证这几个模块的选择。

1、方案的论证与选择

方案一：由STC89C52RC芯片组为核心、PCF8591模块、重力传感器模块、Ph值传感器模块、6V电池组供电组成，

方案二：由STC89C52RC芯片组为核心、PCF8591模块、超声破传感器模块、Ph值传感器模块、6V电池组供电组成，

方案三：由STC89C52RC芯片组为核心、PCF8591模块、液位传感器模块、Ph值传感器模块、6V电池组供电组成，

分析方案一，使用重力传感器，但重力传感器不能在水库，河流等复杂地区使用，只能用于实验阶段，所以放弃方案一。

分析方案二，使用超声波传感器，超声波传感器在水库，河流等复杂地区不好固定，所以方案二也不考虑。

方案三使用液位传感器模块，方便参赛使用，最后选择方案三。


（2）水位传感器
水位传感器工作原理，用静压测量原理：当液位变送器投入到被测液体中某一深度时，传感器迎液面受到的压力公式为：Ρ = ρ .g.H + Po式中：
　　P ：变送器迎液面所受压力
　　ρ：被测液体密度
　　g ：当地重力加速度
　　Po ：液面上大气压
　　H ：变送器投入液体的深度
　　同时，通过导气不锈钢将液体的压力引入到传感器的正压腔，再将液面上的大气压 Po 与传感器的负压腔相连，以抵消传感器背面的 Po，
使传感器测得压力为：ρ .g.H ，显然 , 通过测取压力 P ，可以得到液位深度。
功能特点：
　　稳定性好，满度、零位长期稳定性可达 0.１%FS/ 年。在补偿温度 0 ～ 70 ℃范围内，温度飘移低于 0.１%FS ，在整个允许工作温度范围内低于 0.３%FS 。
　　具有反向保护、限流保护电路，在安装时正负极接反不会损坏变送器，异常时送器会自动限流在 35MA 以内。
　　固态结构，无可动部件，高可靠性，使用寿命长。
　　安装方便、结构简单、经济耐用。
（3）Ph值测量
Ph值传感器工作原理，在传感器内部的 pH 放大器是一个能通过数据采集器监测的有标准 pH 电极的电路。传感器连接线的末端是一个BTA 插头或一个 5-针的 DIN 插头来与数据采集器连接。  在 pH 7 的缓冲溶液中，它将产生一个 1.75 伏特的电压。pH 值每增加1，电压增加0.25 伏。pH 值每减少1，电压降低 0.25 伏。  这个冻胶填充的 pH 值传感器的设计测量范围为：0 到 14。它在玻璃感应电极头延长出一个冻胶体，是初中、高中、大学中进行科学研究、环境测量的良好的设备。冻胶填充的参考半电化池是密封的，所以它无需重充。
2、水位高度的计算
    由于本次使用的水位传感器量程有限，故以容器150mm高度线做为0刻度线，水位传感器检测数据+150mm为最终结果，具体高度以12864液晶显示屏显示为准。
3、Ph值的计算  
   在 pH 7 的缓冲溶液中，它将产生一个 1.75 伏特的电压。pH 值每增加1，电压增加 0.25 伏。pH 值每减少1，电压降低 0.25 伏。
4、供电电池组电压的计算  

   本次电池组由4节干电池组成，电压为6V，因部分元器件最高工作电压为5V，故使用1K电阻对其进行分压，使其最后输出电压降为5V。

三、电路与程序设计
1、电路的设计
（1）系统总体框图

系统总体框图如图所示

       系统总体框图

（2）水位检测子系统框图

1、水位检测子系统框图

水位检测子系统框图

（3）PH检测子系统框图

1、PH检测子系统框图

   PH检测子系统框图

2、程序的设计（1）程序功能描述与设计思路

1、程序功能描述

根据题目要求软件部分主要实现键盘的设置和显示。

1）键盘实现功能：设置频率值、频段、电压值以及设置输出信号类型。

2）显示部分：显示电压值、频段、步进值、信号类型、频率。

2、程序设计思路

（2）程序流程图

1、主程序流程图

2、水位检测子程序流程图

3、PH检测子程序流程图

4、电压检测子程序流程图

四、测试方案与测试结果1、测试方案

（1）硬件测试

  搭建基本框架，将各个模块连接在STC89C52单片机上。

（2）软件仿真测试

  根据题目要求，用ISIS仿真软件画出原理图，进行仿真。

（3）硬件软件联调

  将总程序录在STC89C52单片机芯片中，把所有需要的元器件都接在系统上，测试各部分功能。

2、测试条件与仪器

测试条件：检查多次，仿真电路和硬件电路必须与系统原理图完全相同，并且检查无误，硬件电路保证无虚焊。

测试仪器：水位传感器、PH传感器、钢尺、PH试纸、万用表。

3、测试结果及分析（1）测试结果
     经PH计和PH试纸、钢尺、和万用表检测结果与水位、PH、电压传感器检测结果的对比，误差均没有超过题目要求的最大允许误差。

（2）测试分析与结论

根据测试数据，可以得出以下结论：

1、加入液体后，在1分钟内可以完成水位测量并显示，误差小于5mm。

3、电池组输出电压可以准确测量并显示，误差不大于0.01V。

综上所述，本设计达到设计要求。


附录1：电路原理图



单片机源程序如下:
  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;  //写24c02的标志
  11.     //串行数据输入端


  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                 //定义器件地址
  24. #define nops()  do{_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();} while(0) //定义空指令

  26. sbit SCL = P2^1;       //I2C  时钟
  27. sbit SDA = P2^0;       //I2C  数据
  28. sbit RS=P2^6;
  29. sbit RW=P2^5;
  30. sbit EN=P2^7;
  31. uchar code table1[] = "  水情检测系统  ";
  32. uchar code table2[] = "水位： ";
  33. uchar code table3[] = "Ph值： ";
  34. uchar code table4[] = "电压： ";
  35. void delay(uint16 n)
  36. {
  37.         while (n--);
  38. }
  39. void delay1()   //延时4-5个微秒
  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()//开始信号
  51. {
  52.   SDA=1;
  53.      delay1();
  54.    SCL=1;
  55.      delay1();
  56.    SDA=0;
  57.      delay1();
  58. }

  60. void stop()      //停止信号
  61. {
  62.   SDA=0;
  63.      delay1();
  64.    SCL=1;
  65.      delay1();
  66.    SDA=1;
  67.      delay1();
  68. }


  71. void respons()//应答  相当于一个智能的延时函数
  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，再在最低位接受当前位
  102.               SCL=0;
  103.              delay1();
  104.    }
  105.   return k;

  107. }

  109. void write_byte(uchar date)       //写一字节数据
  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时sda能变化值
  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 接下来三位全部被接地了 所以都是0 最后一位是写 所以为低电平
  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);      //把最后一位变成1，读
  154.       respons();
  155.          date=read_byte();
  156.   stop();
  157.     return date;

  159. }

  161. void uart_init(void)
  162. {
  163.     ET1=0;
  164.     TMOD = 0x21;        // 定时器1工作在方式2（自动重装）
  165.     SCON = 0x50;        // 10位uart，允许串行接受

  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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沙发
ID:449081 发表于 2019-8-23 16:46 | 只看该作者
棒很好很有用
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板凳
ID:607879 发表于 2019-9-5 14:16 | 只看该作者
请问液位传感器模块、Ph值传感器模块、6V电池组供电组成是装在哪的，学渣看不懂啊大哥
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地板
ID:607879 发表于 2019-9-5 14:51 | 只看该作者
图片有些模糊，能将元器件的型号规格 列一下吗，谢谢
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5#
ID:712010 发表于 2020-4-4 14:23 来自手机 | 只看该作者
木炭 发表于 2019-9-5 14:16
请问液位传感器模块、Ph值传感器模块、6V电池组供电组成是装在哪的，学渣看不懂啊大哥

你好，请问问题解决了吗，能共享一下吗
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6#
ID:927341 发表于 2021-6-20 20:16 | 只看该作者
代码里面没有，头文件呀
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7#
ID:927341 发表于 2021-6-20 20:17 | 只看该作者
hdl123 发表于 2019-8-23 16:46
棒很好很有用

能不能分享一下代码里面的头文件，谢谢
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8#
ID:927341 发表于 2021-6-22 11:33 | 只看该作者
hdl123 发表于 2019-8-23 16:46
棒很好很有用

你好，请问一下，这个的源程序可以分享一下吗
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9#
ID:927341 发表于 2021-6-22 12:21 | 只看该作者
程序里面的头文件可以分享一下吗
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