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首页基于单片机的简易水情检测系统.doc
基于单片机的简易水情检测系统简易水情检测系统主要由MSP430F149单片机系统、TSW-30浊度传感器、DS18B20、HC-SR04等模块组成。TSW-30浊度传感器利用光学原理,通过溶液中的透光率和散射率来综合判断浊度情况。为保证水位高度测量精度,选用HC-SR04超声波传感器,在程序设计中通过超声回波信号包络相关时延估计优化算法可达水位高度检测优于2mm;使用DS18B20数字温度传感器进行温度测量;按要求采用干电池作为电源,为保证传感器可靠稳定工作,采用升压电路将电压由3.7V-4.5V升到5V;为保证测量精度,系统设置有校准系统,通过大量的数据测试实验与系统软硬件优化设计,满足简易水情检测系统各项任务及参数指标要求。
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目录
2.1 方案一...................................................................................................................................2
2.2 方案二...................................................................................................................................2
2.3 方案比较...............................................................................................................................2
3.1 最小系统简单介绍...............................................................................................................4
3.2 水位检测...............................................................................................................................7
3.3 温度检测...............................................................................................................................9
3.4 浑浊度检测.........................................................................................................................10
3.4.1 TSW-30 浊度传感器介绍........................................................................................10
3.4.2 TSW-30 浊度传感器使用简介................................................................................12
3.5 电压模块.............................................................................................................................14
3.6 显示模块.............................................................................................................................15
4.1 程序语言及开发环境.........................................................................................................17
4.2 程序流程图设计.................................................................................................................17
5.1 硬件调试.............................................................................................................................20
5.2 软件调试.............................................................................................................................20
6.1 系统功能.............................................................................................................................21
6.2 参数测试.............................................................................................................................21
6.2.1 水位测量...................................................................................................................21
6.2.2 浑浊度测量...............................................................................................................21
1 前言(绪论)
我国是一个干旱缺水严重的国家,淡水资源总量位列世界第四,人均水资源极其
匮乏。专家称全国 90%的水遭受不同程度污染,60%污染严重。据新华网报道,对
118 个城市连续监测数据显示,约 64%的城市地下水遭受严重污染,基本清洁的地下
水只有 3%。这些数据显示我国水资源问题日趋严重。多处发生的天坑事件,原因是
地下水位沉降,造成土地塌陷。而由于水位下降可能造成的海水倒灌,更加剧水的污
染。为了防止这些问题继续恶化,一方面是国家要加大惩治直接排污企业力度,对企
业排放的污水严格控制。另一方面就是需要我们加强对水质的监测,对于地下水的水
位、温度、浑浊度等水文参数的变化,进行实时监测及数据分析,掌握详细情况,采
取有效措施,保护我们的水资源。目前国内很多地方采用的仍是人工放线测量以及其
他的半人工的方式,监测方式工作量大、工作效率低、出错率高、数据统计时效性低、
误差大,不利于对整体水系的评估。通过对水质浑浊度检测,可以清晰的知道水质是
否符合饮用标准,是否有企业偷排污水,使水质受到了污染,实时监测水质情况,对
于保障居民安全用水具有重要意义。
目前国外地下水监测技术的不断发展,已开发出满足多种采样需求,适应不同监
测点的地下水采样设备,根据采样类型的不同,大致分为四种监测采样设备取样筒式
采样、惯性式采样、气体驱动式采样、潜水电泵式采样。
简易水情检测系统主要由 MSP430F149 单片机系统、 TSW-30 浊度传感器 、
DS18B20、HC-SR04 等模块组成。TSW-30 浊度传感器利用光学原理,通过溶液中
的透光率和散射率来综合判断浊度情况。传感器内部是一个红外线对管,当光线穿过
一定量的水时,光线的透过量取决于该水的污浊程度,水越污浊,透过的光就越少
HC-SR04 超声波传感器用于测量水位高度检测;DS18B20 数字温度传感器测量温度;
为保证传感器可靠稳定工作,采用升压电路将电压由 3.7V-4.5V 升到 5V;为降低功耗,
系统可工作在深度休眠模式,关闭所有的 I/O 通道,此时只有单片机工作,工作电流
小于 50mA;
第 1 页
2 总体方案设计
2.1 方案一
方案一如图 2-1 所示,使用 AT89C52 单片机为主控器,读取温度传感器和超声
波传感器测量数据并处理并显示。外接 ADC0809 对浑浊度传感器和供电电压进行 AD
采样,并把数据传回 AT89C52 单片机进行运算处理并通过 LCD 液晶屏显示测量值。
图 2-1 方案一框图
2.2 方案二
方案二如图 2-2 所示,使用 MSP430f149 单片机为主控器,读取温度传感器和超
声波传感器测量数据并处理,然后通过 LCD5110 液晶屏显示测量温度。使用自带 12
位 AD 对浑浊度传感器和供电电压进行 AD 采样,并把数据传回 MSP430f149 单片机
进行运算处理并通过 LCD5110 液晶屏显示测量值。
图 2-2 方案二框图
2.3 方案比较
MSP430f149 单片机本身自带 12 位 AD 采样,不需要外接 ADC0809 采样,在
硬件方面节约了成本。从精度上选择, 12 位 AD 采样比 8 位 AD 采样精度更高 。
第 2 页
MSP430F149 单片机是 16 位低功耗单片机,AT89C52 是 8 位单片机,从处理数据
速度看 MSP430F149 更胜一筹。经过各方面情况考虑,最终选择采用方案二作为本
次设计的总体方案。
第 3 页
3 单元模块设计
3.1 最小系统简单介绍
主控芯片采用 MSP430f149 单片机(其管脚图如图-1 所示)。单片机亦称单片
微型计算机。它是把中央处理器( CPU)、数据存储器( RAM)、程序存储器
(ROM)、输入 /输出端口(I/0)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片
上的微型计算机。纵观生活的各个领域,从导弹的导航装置,到飞机上各种仪表的控
制,从计算机的网络通讯与数据传输,到工业自动化过程的实时控制和数据处理,以
及我们生活中广泛使用的各种智能 IC 卡、电子 宠物等,这些都离不开单片机。
单片机以体积小、功能全、性价比等诸多优点而独具特色,在工业控制、尖端武
器、通信设备、家用电器等嵌入式应用领域中独占鳌头。如果说 C 语言程序设计课程
设计的基础课,那么单片机以其系统硬件构架完整、价格低廉、学生能动手等特点,
成为工科学生硬件设计基础课。
MSP430 单片机是 TI 公司 1996 年开始推向市场的超低功耗微处理器,另外他还
集成了很多模块功能,从而使得用一片 MSP430#芯片可以完成多片芯片才能完成的功
能,大大缩小了产品的体积与成本。如今,MSP430 单片机已经用于各个领域,尤其
是仪器仪表、监测、医疗器械以及汽车电子等领域。图 3-1 为 MSP430F149 引脚图。
图 3-1 MSP430F149 引脚图
下面来说一下它的主要特点:
第 4 页
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