焦仁育 來(lái)源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

     摘要：介紹了基于單片機(jī)的水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施方法。該方法克服了傳統(tǒng)儀器的不足，可實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)控的智能化，滿足了水產(chǎn)科研及環(huán)境監(jiān)測(cè)發(fā)展的需要。

     關(guān)鍵詞：水質(zhì)監(jiān)測(cè)

     單片機(jī) 自動(dòng)控制

     水產(chǎn)科研的不斷深入以及環(huán)境保護(hù)的不斷加強(qiáng)對(duì)水質(zhì)各參數(shù)的連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提出了更高的要求，如：在水產(chǎn)養(yǎng)殖研究中，要求對(duì)池塘、水庫(kù)、工廠化養(yǎng)魚池等多種水體的水質(zhì)連續(xù)監(jiān)控；在環(huán)境保護(hù)方面，建立各種水質(zhì)無(wú)人測(cè)站以監(jiān)測(cè)和記錄江、河、湖泊、地下水以及海岸沿線各點(diǎn)的水質(zhì)變化，把數(shù)據(jù)通過(guò)各種通訊方式實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心進(jìn)行處理等。傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)方式由于測(cè)試周期長(zhǎng)、不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等原因，已不能適應(yīng)水產(chǎn)科研以及環(huán)境保護(hù)等方面的需求。

     本系統(tǒng)以單片機(jī)為主控制器，結(jié)合最新的外圍器件，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)監(jiān)測(cè)溶解氧、溫度、ph值、電導(dǎo)率、氨氮等11路參數(shù)的變化，同時(shí)顯示在液晶顯示器上，并按設(shè)定的時(shí)間間隔記錄在eeprom中；也可通過(guò)rs-232串口與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通信，完成數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程校正等功能；還可以通過(guò)控制接口控制報(bào)警器、增氧機(jī)、循環(huán)泵等設(shè)備，完成自動(dòng)控制功能。

     1 系統(tǒng)原理

     系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。主控制芯片選用atmel公司的89c52。系統(tǒng)主要組成部分包括：傳感器、信號(hào)調(diào)理部分、單片機(jī)、非易失eeprom、模/數(shù)轉(zhuǎn)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、液晶顯示器、電源監(jiān)控、鍵盤、8位雙向i/o口、8位開關(guān)控制輸出以及同計(jì)算機(jī)連接的通信接口等。

     傳感器信號(hào)將各參數(shù)的變化轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的微弱的電流或電壓信號(hào)，經(jīng)精密放大器調(diào)理是標(biāo)準(zhǔn)的0～5v電壓后，送到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字電壓值，再送入單片機(jī)中進(jìn)行處理。單片機(jī)依據(jù)不同的傳感器進(jìn)行數(shù)值濾波、補(bǔ)償?shù)冗\(yùn)算后送入液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)按照設(shè)定值，定時(shí)存入在非易失eeprom中。這些數(shù)據(jù)可以通過(guò)本機(jī)按鍵在液晶顯示屏上直接讀取或清除，還可以通過(guò)rs-232接口由計(jì)算機(jī)直接讀取數(shù)據(jù)。

     系統(tǒng)由4個(gè)按鍵完成自動(dòng)校準(zhǔn)、校零、采集數(shù)據(jù)及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)間間隔設(shè)定、數(shù)據(jù)讀取及清除等功能。電源可用交流電或電池供電，由專門的電源監(jiān)控電路監(jiān)測(cè)供電狀況并自動(dòng)切換。當(dāng)電池電壓低于所定標(biāo)準(zhǔn)電壓時(shí)，在液晶顯示上顯示出來(lái)，表明需要更換電池。

     2 關(guān)鍵器件及關(guān)鍵技術(shù)

     2.1 傳感器

     2.1.1 溫度傳感器

     根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的需要，我們選用了美國(guó)dallas公司一線數(shù)字溫度計(jì)ds1820，大小如一個(gè)三極管，為單總線數(shù)字傳輸。讀寫溫度變換的功率來(lái)自來(lái)數(shù)據(jù)線而不需要額外電源，每一個(gè)ds1820含有一個(gè)唯一的硅串行數(shù)，同一總線上可有多個(gè)ds1820。這些特點(diǎn)可滿足多種需要，如不增加信號(hào)線，在探頭按需要可串接多個(gè)ds1820，以便同時(shí)對(duì)上、中、下各層水的溫度以及氣溫等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在使用中發(fā)現(xiàn)，ds1820的測(cè)量值與實(shí)際值有一定的誤差，每個(gè)誤差都不一樣。為了能夠互換而不修改程序或進(jìn)行校準(zhǔn)，把誤差值經(jīng)特殊變換存在ds1820中原來(lái)作為存儲(chǔ)高低溫度觸發(fā)的th、tl兩個(gè)字節(jié)中，這兩個(gè)字節(jié)為eeprom，即使掉電也不會(huì)丟失，在單片機(jī)讀取測(cè)量溫度的同時(shí)一并讀入，去除誤差，得到實(shí)際值。這樣就可以更換探頭或ds1820而不需要重新校準(zhǔn)。

     2.1.2 溶解氧傳感器

     溶解氧傳感器為自制的極譜型薄膜電極。儀器對(duì)電極加上0.7v的直流電壓稱為極化電壓，水或空氣中的氧透過(guò)薄膜在電極上產(chǎn)生如下反應(yīng)：

     陰極：o2+2h2o+4e---- >4oh-

     陽(yáng)極：4ag+4cl- ---- >4agcl+4e

     氧在陰極上還原，電極輸出電流，在一定溫度下其大小與被測(cè)樣品氧濃度呈線性關(guān)系。以輸出電流為y軸，氧濃度為x軸作圖可得一直線，該直線通過(guò)零點(diǎn)。不同的溫度其直線的斜率不同，這就是溶氧電極的溫度系數(shù)。產(chǎn)生溫度系數(shù)的原因有兩個(gè)：一是電極薄膜氧的透過(guò)速率隨溫