基于PH值、溫度以及電導(dǎo)率傳感器的單片機海水養(yǎng)殖監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計8200字論文

11緒論近年來，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，占世界水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量的70%以上。農(nóng)場水質(zhì)對水生動物的生存至關(guān)重要。水溫、p然而魚藻類動物的生活特性使得整個的養(yǎng)殖過程變得復(fù)雜。只有對海水養(yǎng)殖場地進行環(huán)境模擬控制才能讓魚藻們健康的成長。如何對海水養(yǎng)殖場地進行控制則是重中之重，市面上針水質(zhì)控制和監(jiān)測產(chǎn)品多種多樣。大多數(shù)人控制著一個項目。例如：單獨對溫度控制、單獨對鹽堿度控制等等。也是以非智能設(shè)備為主，各個設(shè)備相互獨立，無法相聯(lián)系，一旦其中一個設(shè)備出故障，則會造成海水養(yǎng)殖場地中的動植物死亡。再加上由于各自獨立所以無法進行統(tǒng)一的監(jiān)控，極易造成另外，基于互聯(lián)網(wǎng)的海水養(yǎng)殖企業(yè)檢查設(shè)備的概念和相關(guān)應(yīng)用相對落后，獨立的研究能力不足，可行性僅在表面，實際使用效果與海水養(yǎng)殖行業(yè)無關(guān)。產(chǎn)品質(zhì)量遠遠落后于美國、挪威等國。第二，硬件設(shè)施不足，水產(chǎn)養(yǎng)殖專家應(yīng)用高科技技術(shù)的能力有限，很難導(dǎo)入水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)。浙江省大部分池塘分散，部分地區(qū)網(wǎng)絡(luò)通信和電力供應(yīng)相對薄弱。許多應(yīng)用，例如水質(zhì)傳感器，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，價格高，產(chǎn)品可靠性差，不能滿足目前水產(chǎn)養(yǎng)殖的需要。因此我們將開發(fā)一個基于單片機的海水養(yǎng)殖監(jiān)測系統(tǒng)以實現(xiàn)養(yǎng)殖戶希望以高性價比對養(yǎng)殖場的環(huán)境進行遠程實時監(jiān)測的需求：我們布控傳感器使其采集養(yǎng)殖場內(nèi)的溫度和鹽度等并預(yù)先設(shè)片機技術(shù)進行實踐，設(shè)計完成一款能夠?qū)崟r檢測海水環(huán)境的系統(tǒng)，此系統(tǒng)的使用1959年，美國開始自動監(jiān)測俄亥俄河的水質(zhì)。20世紀60年代，紐約州環(huán)境保護局開始建立一個自動系統(tǒng)來監(jiān)控該州的供水系統(tǒng)。最初用于水質(zhì)監(jiān)測的自動電化學(xué)監(jiān)測儀于1966年建立，1975年建立了13000個水質(zhì)自動監(jiān)測站。在這些流域和聯(lián)邦州(區(qū))的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中，150個監(jiān)測站構(gòu)成了聯(lián)邦水質(zhì)辦公室的網(wǎng)絡(luò)。2但它是即時的。目前，日本研究院和國際夏季制造技術(shù)公司開發(fā)的水質(zhì)在線自動在國家層面，中國正在建立水質(zhì)自動監(jiān)測和快速分析等預(yù)警和預(yù)測系統(tǒng)。作為天津市的一個試點項目，第一個連續(xù)自動水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)于1988年建立。該系統(tǒng)由一個中心站和四個變電站組成。自1995年以來，上海和北京都建立了水質(zhì)自動江蘇和山東的7個大型水系和10個大流域建立了地表水水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)。大多本文是基于綜合海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)開發(fā)的。系統(tǒng)包括檢測模塊、接收模塊、ph檢測電路、溫度控制電路、tds檢測電路和顯示模塊。以STC8G1K08為中心，實現(xiàn)檢測端配有OLED顯示以及藍牙傳輸，能夠智能第1章：緒論。主要介紹課題基于單片機的海水養(yǎng)殖系統(tǒng)設(shè)計的課題研究的背景和意義以及國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀，再者介紹本次論文最主要的內(nèi)容和章節(jié)的安排工作。第2章：給出海水養(yǎng)殖系統(tǒng)的設(shè)計原理。第3章：詳細介紹了基本電路、檢測模塊、數(shù)據(jù)采集電路、顯示電路、系統(tǒng)第4章：計算機系統(tǒng)的開發(fā)與選擇。第5章：分析海水養(yǎng)殖系統(tǒng)的結(jié)果分析。第6章：對本文工作進行總結(jié)。3按鍵按鍵溫度檢測模塊藍牙電導(dǎo)率檢測模塊鹽堿度檢測模塊單片機聲光報警PC端4方案一：選擇控制數(shù)字信號處理和分析的數(shù)據(jù)處理模塊的執(zhí)行選項。單片機的型號種類是非常的多，非常容易的就能夠滿足其市場上那些集成電路模塊的需求，性能方面也非常的適應(yīng)其最重要的特點是網(wǎng)絡(luò)集成應(yīng)用模塊非常高，很容易將模塊擴展到集成性能非常差的混合模式端口。此外，它還可以為電池供電，從而提高可拆卸性和可回收性。缺點是，這些產(chǎn)品的實際市場價格相對較高，公司方案二：與其他單片機相比，該單片機電機是最大、最寬的串行電機。與其他類型的單片機相比，51單片機具有集成度高、抗干擾、可靠性高、外圍電路易于擴展、容量小、功耗低等優(yōu)點。同時，它們具有高技術(shù)質(zhì)量、低產(chǎn)品價格和高該系統(tǒng)的設(shè)計使其成為一個可接受的整體系統(tǒng)。首先，多傳感器水質(zhì)數(shù)據(jù)采數(shù)據(jù)存儲量小等優(yōu)點。根據(jù)本設(shè)計的特點，傳感器模塊具有連接簡單、成本低、可編程閃存設(shè)備、相對靈活的8位處理器和一個計算機可編程的在線閃存系統(tǒng)。STC8G1K08可以簡化為OHz的靜態(tài)邏輯操作，并且支持兩種經(jīng)濟計量模型軟件。留過程中繼續(xù)執(zhí)行。如果我們的SCM系統(tǒng)處于斷路器保護模式，我們障或設(shè)備更換之前，操作不會完成。8位微控制器和8字節(jié)的系統(tǒng)可編程存儲器5XTALO/MCLKO_2/RXD_3/ADC6/46ZB46ZBP3.6/ADC14/INT2/RXD2/CCP12/CMP-P3.5/ADC13/T1/TOCLKO/CCPO2P3.4/ADC12/TO/TICLKO/ECI2/CMPO/M93.2.1PH傳感器的選擇為了從pH監(jiān)測系統(tǒng)收集和報告環(huán)境信息，應(yīng)選擇pH監(jiān)測模式[13]。方案一：用金屬電極測定pH值。該方法直接關(guān)系到金屬電極中金屬表面的氧化，具有廣闊的應(yīng)用前景，能夠準確測定溶液的pH值。方案二：pH傳感模塊。pH模塊應(yīng)用于pH復(fù)合電極。接口使用BNC標準。該模塊具有較高的精度、可靠性和穩(wěn)定性。它還可以實時跟蹤水的pH值，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入主控芯片。缺點是電極容易腐蝕。考慮到設(shè)計要求和水質(zhì)測試，測試范圍也受到限制。根據(jù)這兩個選項，選擇方案二相對容易理解，成本低，成本低。溶液的酸堿度(PH值)是溶液的一個重要特性該模塊通過BNC接口連接到組合PH電極，擴展溫度傳感器DS18B20的接口，促進了溫度補償軟件的設(shè)計。可以設(shè)置縮放比例(順時針和順時針縮放)。這個模塊成本高，使用方便，測量精度高。模擬電壓信號可以直接以0到5V或0到3V操作。PH傳感器3.3電導(dǎo)率模塊設(shè)計方案一：進行采用其光敏電阻元件。利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)進行制成的可變6電阻器，其電阻值會隨著入射光的變化而進行變化。當(dāng)入射光的強度比較高的時候，它的電阻值將會進行減小，而當(dāng)入射光的強度比較小的時候，它的電阻值將方案二：電導(dǎo)率傳感器TDS型主要是進行測量洗滌水中的濁度，它是基于光學(xué)的原理，并以特定的波長進行接收其發(fā)光二極管和光電二極管的信號，它具有精度高、可靠性高、性能穩(wěn)定等特點。它可以實時跟蹤光照強度，并將數(shù)據(jù)傳輸為了進行模擬水質(zhì)情況，本文系統(tǒng)設(shè)計是需要去進行采集其水質(zhì)情況的，通過光照模塊對水的穿透度進行采集，如果光敏值越大說明越清晰。越小說明越渾濁，為了測量數(shù)據(jù)更精確，本系統(tǒng)設(shè)計采用方案二中的TDS傳感器模塊進行模擬因水樣的光而減少。不透明度傳感器測量流過水的光量，計算水的不透明度。這可以保證水質(zhì)質(zhì)量，便于水生物或者人類使用，原理圖如圖3.3所示。圖3.3電導(dǎo)率檢測電路原理圖測量的溫度、警報、溫度調(diào)整顯示在畫面上，具有精度高、體7要缺點是模塊化電路，因此需要在整個設(shè)計上切換模塊/模塊。熱敏電阻電路的問題更加嚴重，干擾防止能力也很低[11]。方案二：DS18B20,使用溫度傳感器測量環(huán)境溫度。溫度傳感器是集成的模擬數(shù)字溫度傳感器。無需添加外部AD開關(guān)，即可直接與單個相機通信。缺點也很明顯。E.進修由于工程設(shè)計的要求和系統(tǒng)對水溫的控制，檢測范圍也很小。在這兩個方面中，方面2的電路和軟件不難得出相對簡單的結(jié)論。因此，DS18B20模塊使用可選2。在傳感器檢測領(lǐng)域，該方法用于收集溫度信息。3.4.2溫度傳感器Ds18b20數(shù)字溫度傳感器這是一個非常小的集成芯片，配有LEDD轉(zhuǎn)換器、外殼等。該傳感器具有體積小、硬件體積小、抗干擾能力強和精度高的優(yōu)點。線路總線輸出模式簡化了用于構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的各種DS18B20模塊。溫度傳感器模塊具有以下特性：(1)它有一個單線接口。(2)低工作電壓，3.5.5v。(3)溫度測量范圍為-55125°C。溫度溶液的最高溫度可達0.625℃。根據(jù)課題對溫度范圍和精度的要求，采用DS18B20對節(jié)點周圍的溫度進行測量和控制。如圖3.4所示。圖3.4溫度檢測電路原理圖3.5顯示模塊OLED12864顯示屏模塊是一款128×64行點陣的字符、圖形顯示模塊。模塊內(nèi)藏有64×64的顯示數(shù)據(jù)RAM,每一位數(shù)據(jù)都能夠去對應(yīng)OLED屏上一個點的亮、暗狀態(tài)；另外，其顯示屏的接口電路以及操作指令相對比較簡單，具有8位的并行數(shù)據(jù)接口，可以直接與STM32單片機進行相連接。與其單片機P3.2和P3.3引腳扣相連，其原理圖如下圖3.5所示。8圖3.5顯示電路原理圖此系統(tǒng)用于激活警告音和LED顯示器。其主要功能之一是將通塊采集的數(shù)據(jù)傳送至設(shè)備系統(tǒng)進行分析，若超過設(shè)定的啟動極限，則在一定的頻圖3.6報警電路原理圖線技術(shù)標準，致力于在10-100m的空間內(nèi)使所有支持該技術(shù)的用戶進行話音和數(shù)據(jù)通信；并且可以實現(xiàn)固定設(shè)備、移動設(shè)備和樓宇個人域網(wǎng)之間的短距離(10米半徑范圍內(nèi))通信環(huán)境數(shù)據(jù)交換，是一種低成本、低功率的無線技術(shù)。它的特點是全球范圍都適用、可以傳輸語音和數(shù)據(jù)以及建立臨時性的對等連接(Ad-hoc低成本。其原理圖如圖3.7所示。9圖3.7藍牙模塊原理圖針對于本文設(shè)計，為了使實物操作更加簡單化，簡易化，使用直流電源，由于STM32單片機模塊供電是3.3V,所以電路設(shè)計中需要進行添加電源轉(zhuǎn)換模塊，1.8V、2.5V、2.85V、3.0v、3.3V、5.0V,具有1%的精度。它的引腳上能夠兼容其使用，最后再去通過SC662K當(dāng)模塊轉(zhuǎn)換為3.3V直流時，將其發(fā)送到STM32模塊。因此，在室內(nèi)智能控制系統(tǒng)的設(shè)計中，選擇了SC662K-3.3V模塊，使實際的對象能夠選擇USB電源進行PCB的演示。選擇是手機的充電頭、充電器、電腦的USB接口等。這樣供電就得到了有效地解決，使整個實驗變得更加簡潔，供電電路原理圖如下圖3.8所示：圖3.8供電模塊原理圖器、電導(dǎo)率傳感器、鹽堿度傳感器模塊、藍牙模塊以及報警電路模塊進行構(gòu)成，圖2.9整體電路原理圖4軟件設(shè)計當(dāng)開發(fā)整個系統(tǒng)軟件時，必須考慮一個單片機系統(tǒng)的軟件資源配置。因此，軟件開發(fā)的合理化和簡化是必要的。以下三點(1)有必要對整個控制系統(tǒng)的需求進行分析。具體問題分析(2)用算法配置電路(3)根據(jù)第一個設(shè)計的場景創(chuàng)建一個程序，定義算法和程序，根據(jù)描述設(shè)置場景，并完成配置。程序數(shù)據(jù)受結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法的約束。減少整個設(shè)計上的邏輯錯誤，方便用戶對程序的修改以及調(diào)試。4.1主程序結(jié)構(gòu)系統(tǒng)軟件設(shè)計是將STC8G1K08作為主控制芯片，用C語言編程進行實現(xiàn)監(jiān)控過程。系統(tǒng)進行上電之后，首先是進行初始化的工作，隨后利用傳感器進行采集溫度、PH值以及電導(dǎo)率，采集完這些信息之后，再次去將這些信息進行打包，然后通過顯示屏進行顯示并通過藍牙模塊進行上傳PC端遠程監(jiān)控。主程序圖如圖4.1所示。是圖4.1主程序結(jié)構(gòu)圖4.2按鍵子程序的設(shè)計按鍵掃描的程序一般為首先判斷有沒有鍵按下，然后通過延遲程序進行去抖動，接著求按下鍵的信號，等按鍵釋放后會轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵處理子程序，按鍵處理子程序流程圖如圖4.2所示。開始開始判斷數(shù)據(jù)是否寫入是圖4.2鍵盤處理子程序到的數(shù)據(jù)信息。顯示子程序流程圖如圖4.3所示。開始否是5實驗結(jié)果(1)硬件調(diào)試1)系統(tǒng)電源供電路調(diào)試現(xiàn)電源的指示燈是不亮的狀態(tài)，所以相應(yīng)的進行使用萬用表檢測到其USB的供電□的1腳以及4腳是有電壓的，猜想是不是發(fā)光的二極管正負極進行接反了，接著2)液晶顯示模塊電路的調(diào)試設(shè)備通電，液晶屏幕會亮起來，亮起來后發(fā)現(xiàn)屏幕上沒有顯示出字符，然后將其進行斷電后，利用螺絲刀去把電位器進行調(diào)整，發(fā)現(xiàn)是電位器的旋鈕被扭到3)單片機電路調(diào)試液晶顯示屏幕顯示字符不完整或者不顯示等情況。這個主要是因為單片機的部分引腳可能與其按鍵、顯示電路的一些接口由于脫焊導(dǎo)致的，將其再次進行焊接之(2)軟件調(diào)試(3).軟件調(diào)試與設(shè)備連接利用晶體設(shè)計軟件stc8g1k08對串o5.2實物測試顯示溫度名稱、pH值和TDS。;第二行顯示第一行對應(yīng)名稱的值，此時溫度為23.5℃,PH值是7.4,TDS002mgl(Temp代表溫度，PH代表水的酸堿性、TDS代表水質(zhì)電導(dǎo)率);第三行代表此時海水養(yǎng)殖場地水質(zhì)是否安全和不安全狀態(tài)(S代表安全，W代表不安全),此時S安全；第四行和第五行對應(yīng)PH值、溫度值以首先找到HC-05藍牙設(shè)備進行連接，連接成功，數(shù)據(jù)會實時上傳，如圖5.2所圖5.2藍牙連接圖batabata:Temp=23.5,PH=7.3,TDS=002,STEMP=30,S.PH=90,STDS=010TXData:Temp=23.5,PH=7.3,TDS=002,STEMP=30,S.PH=9.Data:Temp=23.5,PH=7.3,TDS=002,STEMP=30,S.PH=9.0Data:Temp=23.4,PH=7.3,TDS=002,Data:Temp=23.5,PH=7.3,TDS=002,Data:Temp=23.5,PH=7.3,TDS=002,STEMP=30,S.PH=9.0,STDS=010Data:Temp=23.5,PH=7.3,TDS=002,Data:Temp=23.5,PH=7.3,TDS=002,S.TEMP=30Data:Temp=23.5,PH=7.3,TDS=002,STEMP=30Data:Temp=23.4,PH=圖5.3藍牙連接成功圖為了模擬海水養(yǎng)殖系統(tǒng)的效果，進行設(shè)置閾值，將閾值設(shè)置低一點模擬報警，如圖5.4所示，首先用手觸摸溫度傳感器模擬水的溫度，發(fā)現(xiàn)溫度慢慢升高，如圖5.5所示，此時蜂鳴器會報警(截圖無法體現(xiàn))其他情況也發(fā)生了同樣的情況。經(jīng)過物理調(diào)試，開發(fā)了令人滿意的程序。程序的調(diào)試過程在軟件硬件的結(jié)合過程中進行，實現(xiàn)了項目的第一個功能要求。圖5.4閾值設(shè)置圖Data:Temp=26Data:Temp=26.0,PH=7.3,TDS=001,STEMP=30,S.PH=9.Data:Temp=25.9,PH=7.3,TDS=001,STEMP=30,S.PH=9.0,STDS=010Data:Temp=25.9,PH=7.4,TDS=001,STEMP=30,S.PH=9.0,STDS=010Data:Temp=25.9,PH=7.4,TDS=001,STEMP=30,S.PH=9.0,STDS=010Data:Temp=25.9,PH=7.3JTDS=001,Data:Temp=25.9,PH=7.4,TData:Temp=25.9.PH=7.4.TData:Temp=25.9,PH=7.3.TDS=001.STEMP=22Data:Temp=25.8,PH=7.3,TDS=001,STEMP=22圖5.4溫度檢測圖經(jīng)過兩個多月的努力和大量試驗，最終達到了設(shè)計要求。設(shè)計的電路主要由stc8g1k08、按鍵控制電路、顯示電路、電導(dǎo)率控制電路、pH值控制電路、藍牙和DS18B20組成。水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)通過溫度傳感器和pH模塊收集水溫數(shù)據(jù)，通過TDS模塊收集水溫數(shù)據(jù)，測量水的不滲透性，在顯示屏上顯示溫度、pH值和土壤電導(dǎo)率，并通過藍牙通過PC傳輸數(shù)據(jù)。雖然這個項目達到了最初的思想要求，但仍有許多不足之處需要研究和改進。以下問題和章節(jié)將在日后的加以完善改進。1、本文只進行了論文的實物測試，未落實到真實的檢測平臺上面去進行測試，希望下一步能對海水養(yǎng)殖系統(tǒng)的物理條件進行優(yōu)化，進行實地測試。2、本人所設(shè)計的海水養(yǎng)殖系統(tǒng)只進行了溫度、PH值以及電導(dǎo)率的數(shù)據(jù)顯示及傳輸遠程監(jiān)控，接下來可以進行水質(zhì)調(diào)理方向進行考慮，如PH值過高過低怎么3、本人所測試的海水養(yǎng)殖系統(tǒng)的不同狀態(tài)上的工作情況都是通過手動進行模擬，而沒有在具體的環(huán)境中去實地進行測驗，可以向自動化方向進行延伸。希望在以后的學(xué)習(xí)與工作當(dāng)中，能夠?qū)⑺鶎W(xué)的知識點運用于實踐，及時了解本專業(yè)最新的學(xué)術(shù)成果并掌握好。參考文獻[1]梁祺軒.基于單片機的水質(zhì)檢測儀研究[J].科技經(jīng)濟導(dǎo)刊，2020,v.28;No.730(32):56+63.[2]張娜，楊永輝.基于物聯(lián)網(wǎng)的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J],現(xiàn)代電子技術(shù)，2019,[3]董榮偉，劉鎮(zhèn)海，梅棟成.基于單片機的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)檢測系統(tǒng)設(shè)計[J].輕松學(xué)41(