黄跃娟 张娜 陆祖钊 刘铁辉 卑煦
哈尔滨华德学院 150025
摘要：本文采用单片机作为主控制芯片设计了一款能够自动检测水的PH值、含氧量、电离子参数、温度等功能的水质检测仪。文中采用PH值传感器、含氧传感、电导传感器、温度器作为参数检测传感器，通过AD完成对传感器数据的采集，单片机进行转换，最终通过液晶进行显示。同时采集到的信息可以通过键盘实现存储与查询，极大的方便了对水质检测。
关键词：水质；含氧量；PH值；温度
1、引言
环境与水生动物之间具有十分密切的关系。因为鱼类等水生动物是生活在水中的，所以，作为环境性疾病病因的环境因子都是通过水而对水生动物产生作用的，这一点是与陆生动物的环境性疾病显著不同的。环境因子是多种多样的，鱼生活在水里，那就与水质息息相关，水质好他就能在水里健康的成长，水质不好他就会死去这是自然规律，鱼的生存法则，所以鱼的生活环境就是水质，我国是世界上从事水产养殖历史最悠长的国家之一，养殖经验丰富，养殖技术普及。改革开放以来，我国渔业调整了发展重点，确立了以养为主的发展方针，水产养殖业获得了迅猛发展，总体来看，我国是一个水产养殖业的大国，但是这种水产养殖业建立在什么之上呢，建立在我国对水质监测的控制上，只有水质好了才能养出好的水产品，所以水质的检测尤为重要。
2、系统设计方案
水质检测是指对水样的各项指标进行测试，可以根据这些指标对水质进行分类，对水质质量做整体进行研究做综合测评了。其检测内容可以分为：PH值、各种溶于水的自由离子（比如氨氮、氯离子、高锰酸根离子、硝酸根离子、磷离子、氟化物和氰化物等）、细菌总数及矿化度等。本文对系统方案进行了设计，采用DS18B20温度传感器检测温度；采用电位器模拟传感器、AD采集数据的方式实现数据的采集数据；采用STC89C52单片机作为主控芯片；采用LCD1602实现人机交互显示信息；采用键盘实现存储、查询；采用单片机EEPROM实现数据存储。
本文最终采用STC89C52单片机作为主控制芯片设计了一款能够自动检测水的PH值、含氧量、电离子参数、温度等功能的水质检测仪。系统采用电位器模拟传感器加AD采集的方式采水质参数、温度器作为参数检测传感器，最终通过1602液晶进行显示。同时采集到的信息可以通过键盘实现存储与查询，极大的方便了对水质检测。
3、系统硬件设计
（1）液晶显示电路设计
LED数码管显示模块可以和单片机STC89C52直接接口，DB0~DB7 与单片机的P0.0~P0.7连接以便数据的传送与接收，4管脚、5管脚、6管脚分别与STC89C52单片机的P2.7口、P2.6口、P2.5口连接。
.png)
（2）水质参数检测电路设计
纯水本身也可以导电。但是导电能力没有那么强，以为水中含有游离的电子导致他能到点，但是游离的电子较少，所以导电能力没有金属导电能力那么强，水质越纯，温度越低，电离度越低。因此水的导电率越低。超纯水几乎不能导电。由于不同水中的游离电子数不同所以导电能力不同，污染的水中的电子较多，所以导电能力较强，但是游离电子的变化太小，检测不出来，所以本设计通过检测不同水质下水中的电阻，从而得出其电导，判断水质是否纯净。溶液导电能力以电阻值来表示，导电能力强电阻值小。纯水导电性微弱。水质一但变化，水质的电阻值就会变化，水质的电导率就会变化。设计中采用AD采集电位器数据获取传感器数据。
.png)
（3）按键电路设计
按键电路的工作原理：I/O口默认状态为高电平，当有按键按下是会将I/O口电平拉低，及按下为低电平，不按为高电平。单片机就是通过检测高低电平变化来实现控制的。本系统采用六个按键作为参数设置输入方式。
.png)
（4）温度检测电路设计
温度检测电路设计采用集成温度传感器 DS18B20 。该传感器结构简单，不需外接电路，数据传输采用 one-wire。总线，可用一根 I/O数据线即供电又传输数据，在-10 ℃ --+85℃范围内精度为±0.5℃，分辨率较高，重复性和可靠性好。
DS18B20为单总线器件，数据和命令在一根线上传输，先向温度传感器写入转换命令，延长一段时间，再发送读命令，将温度值读回单片机，单片机进行数据处理，送显示。
当总线上有一个温度传感器是，读取温度的时序过程是：复位→忽略ROM匹配(0xcc)→温度转换(0x44)→延时→复位→忽略ROM匹配→读指令→分别读取温度两字节→温度转换与显示，
.png)
4、系统软件设计
本系统程序设计部分主要包括主程序、DS18B20温度转换函数、温度读取函数、按键扫描函数、EEPROM读写子程序、AD数据采集子程序等。系统的主流程图主要实现温度读取与转换、水质参数读取与转换、液晶显示驱动、水质数据存储与查询等关键任务。
.png)
5、小结
本文利用了单片机，显示屏（LCD1602），A/D0832，LM358，DB18B20，W103，LED,串口转USB口，键盘等实现了水质的温度等一些其他值的检测，本次设计的难点除了是电位计和传感器接口与A/D的连接，中间需要放大电路，这是为了稳定两者之间的差值，防止烧坏仪器。进行了多组数据检测更加实际、更加直观，精准的检测水质。
参考文献
[1] 张纯,吝伶艳.矿井污水处理在线监控系统的开发[J]. 煤炭技术. 2015(07)
[2] 范凌霄,李强,刘利敏,连晓圆,李阳.基于泥浆法酸性污水处理的自动控制系统设计[J]. 有色金属(选矿部分). 2017(06)