一种基于单片机的水质检测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于单片机的水质检测系统，包括单片机系统及分别与其连接的TDS测量电路、温度测量电路和数码管显示电路。所述TDS测量电路采用多谐振荡电路检测被测溶液的电导率，包括依次串联的晶体管Q2、测量电极和电容C5，以及555芯片，所述测量电极由两根插入被测溶液的探针组成。本实用新型专利技术通过研究分析TDS测量原理，选择单片机作为系统的控制核心，通过电导率测量电路中的探针实现电导率信号的采集，并采用温度传感器进行温度测量，通过温度补偿方法减小温度对电导率测量值的影响，从而提高水质测量精度，最后将测量值显示在数码管上。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及环境防护设施
，具体涉及一种基于单片机的水质检测系统。
技术介绍
水是生命之源，人类在生产生活中都离不开水。在地球水圈中，水资源的总量为1.37×109km3，其中海水约占总量的97.3％，淡水仅占其2.7％。淡水所占比例不但少，而且大部分分布在地球南北极冰雪覆盖下的冰川、冰盖中，而可利用的淡水资源就只有河流、淡水湖和地下水的一部分，还不到总量的1％。现如今随着社会经济的发展、科学的进步和人民生活水平的提高，环境污染越来越严重，其中，水环境污染最为严重。在水资源日益短缺的今天，水质问题受到了更多地关注，因此对水质进行测试能使我们更好地保护水资源，保证合格的水质，这对正常生产、保证产品质量和人们健康具有非常重要的意义。TDS是英文totaldissolvedsolids的缩写，中文解释为溶解性总固体，又称总含盐量，定义为水中含有各种溶解性矿物盐类的总量，它包含无机盐和有机物的总量，测量单位为毫克/升(1mg/L＝1ppm)，它表明1升水中溶有多少毫克溶解性总固体，或者说1升水中的离子总量。通俗的说，TDS值代表了水中溶解物杂质含量，TDS值越大，水中溶解物杂质越多，说明水中的可导电物质的杂质含量大。就自来水而言，TDS值越高越表明水不纯(不考虑有机物污染的前提)。通过检测溶解性总固体(TDS)，可以分析水的总矿化度。TDS水质测试仪就是一种通过测量水的电导率来反映水质矿化程度的仪器。本设计研究的TDS水质测试仪主要对检测溶解于水中的总固体含量从而达到对水质进行检测试的仪器，该仪器是通过测量水的电导率来间接的反映TDS值。水的导电性越好，TDS值越大。理论上相同的水质不同的温度下的TDS值是一致的，而电导率与TDS值却是不一样的，温度影响溶液的电导率的。要求同样的水质不同的温度下测定的值都要一致，所以要精确测量不同水质不同水温下的TDS值，必须有温度补偿，通过测定的水温来进行TDS值的校正。目前市场上的TDS检测都是采用探针的方式，采用直流的方式，直接加电压于探针两极，测定两电极间的电压，得出电导率，再通过计算得出水的TDS值。
技术实现思路
本技术目的是：提供一种基于单片机的水质检测系统设计系统，对检测溶解于水中的总固体含量从而达到对水质进行检测。本技术的技术方案是：一种基于单片机的水质检测系统，包括单片机系统及分别与其连接的TDS测量电路、温度测量电路和数码管显示电路。优选的，所述的单片机系统包括单片机及其所连接的电源电路、时钟电路和复位电路。优选的，所述TDS测量电路采用多谐振荡电路检测被测溶液的电导率，包括晶体管Q2、测量电极、电容C5以及555芯片，所述测量电极由两根插入被测溶液的探针组成，所述晶体管Q2的集电极接高电平VCC、发射极接测量电极的一端，测量电极另一端通过电容C5接地，所述测量电极与电容C5之间的接线端分别连接555芯片的触发端TR和阈值端TH，所述晶体管Q2的发射极还连接555芯片的放电端DIS,晶体管Q2的基极连接555芯片的输出端V0。优选的，所述测量电极的两个探针之间的距离为L,探针浸入溶液深度与探针横截面长度的乘积为S，L/S为常数。优选的，所述的温度测量电路采用外部电源供电的DS18B20数字温度传感器，该温度传感器有三个引脚，VCC为外接供电电源输入端，GND为电源地，DQ为数字信号输入/输出端。优选的，所述数码管显示电路使用的是4位共阳极数码管，采用动态显示驱动，即将数码管的“A,B,C,D,E,F,G,DP”这8位每一位的段选线与一个8位并行I/O口相连。本技术的优点是：本技术通过研究分析TDS测量原理，选择单片机作为系统的控制核心，通过电导率测量电路中的探针实现电导率信号的采集，并采用温度传感器进行温度测量，通过温度补偿方法减小温度对电导率测量值的影响，从而提高水质测量精度，最后将测量值显示在数码管上，具体的：(1)本技术通过检测水体TDS值帮助人们了解水质情况，具备了结构简单、快速、灵敏、自动化、实用性好和成本低廉的特点，能很好的运用在人们的生活、生产中；(2)本技术核心器件采用STC公司的STC89C52单片机作为处理器。该芯片沿用了经典的MCS-51内核，并且在MCS-51基础上做了很多改进；该芯片指令代码完全兼容传统的8051单片机；该芯片有12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任选，还具有8k字节可编程FLash存储器和512字节RAM；该芯片不需要专用编程器或专用仿真器，可以直接使用串口下载；(3)本技术采用的是频率法测电导率，该方法是把电极和被测溶液的等效电阻作为一个多谐振荡电路的阻抗元件，将被测溶液电导率的变化转化成多谐振荡电路的输出频率。该方法成本低，容易实现。按键电路便于锁存测量值；(4)本技术选用DS18B20数字温度传感器是DALLAS半导体公司生产的一线式智能数字温度传感器，是世界上首片支持“一线总线”接口的温度传感器。新型数字温度传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。附图说明下面结合附图及实施例对本技术作进一步描述：图1为本技术所述的基于单片机的水质检测系统设计系统的单片机最小系统模块电原理图；图2为本技术所述的TDS测量电路原理图；图3为本技术所述的温度测量电路原理图；图4为本技术所述的数码管显示电路原理图；图5为本技术所述的按键电路原理图；图6为本技术所述的总体电路原理图。具体实施方式下面结合附图对本技术基于单片机的水质检测系统的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本技术构思作形式而非实质的变化都应当视为本实用系统的保护范围。如图1所示，单片机的最小系统应包含单片机、电源电路、时钟电路和复位电路等，包含的引脚有VCC，GND，XTAL1，XTAL2，RST，STC89C52使用12MHz的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间，该电路选择22pF的电容。时钟电路的主要任务是给单片机STC89C52的正常工作提供一个稳定的时钟信号，单片机在这个时钟信号的节奏下逐个地执行指令。单片机的时钟信号的产生方式有两种，一种是外部时钟方式，另一种是内部时钟方式。外部时钟方式是把已有的时钟信号从XTAL1或XTAL2送入单片机，该方式一般用于有多个单片机的情况，所以本设计中时钟电路采用的是内部时钟方式，选用12M的晶振和两个22pF的电容与片内的高增益反相放大器构成一个自激振荡器。STC89系列单片机为高电平复位，通常在复位引脚RST上连接一个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路，这样可以保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态。当单片机系统在运行中，受到干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。为了保证单片机系统中的电路能稳定可靠工作，复位能可靠工作，复位电路是不可或缺的一部分，复位电路包括手动复位和上电复位。单片机在开始工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单片机的水质检测系统，其特征在于：包括单片机系统及分别与其连接的TDS测量电路、温度测量电路和数码管显示电路。

【技术特征摘要】
1.一种基于单片机的水质检测系统，其特征在于：包括单片机系统及分别与其连接的TDS测量电路、温度测量电路和数码管显示电路。2.根据权利要求1所述的基于单片机的水质检测系统，其特征在于：所述的单片机系统包括单片机及其所连接的电源电路、时钟电路和复位电路。3.根据权利要求1所述的基于单片机的水质检测系统，其特征在于：所述TDS测量电路采用多谐振荡电路检测被测溶液的电导率，包括晶体管Q2、测量电极、电容C5以及555芯片，所述测量电极由两根插入被测溶液的探针组成，所述晶体管Q2的集电极接高电平VCC、发射极接测量电极的一端，测量电极另一端通过电容C5接地，所述测量电极与电容C5之间的接线端分别连接555芯片的触发端TR和阈值端TH，所述晶体管Q2的发射极还连接555芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾涵，周凡，孙瑾，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：新型
国别省市：江苏;32