河道水质及时监测体系

水是人类消费生存的紧张资源。现在，生态情况毁坏严峻，水体净化严峻，水资源的掩护和水净化的管理成为古代社会较为存眷的题目之一。现在天下少数都会地表水遭到肯定水平的点状或面状净化，且有逐年减轻的趋向。日趋严峻的水净化不但低落了水体的利用功效，进一步加剧了水资源充足的抵牾，还对我国正在实行的可继续开展战略带来严峻影响。别的，随着河道水质的不停好转，严峻制约了农业经济的开展，影响了粮食和其他农作物的产量和质量。因而，环保部分及时、无效和利便地对河道水质举行监测就显得非常须要。

本文设计并制造了基于单片机和无线传输技能的河道水质及时监测体系。该体系以MSP430F149低功耗单片机为中心，经过24位模-数转换芯片AD7793对双极性pH传感器和温度传感器信号举行收罗，由单片机控制无线模块发送及时监测所得并举行温度赔偿后的pH值。所设计体系、安装便于完成对河道水质的监测，并接纳太阳能电池供电。与传统的人工检测办法相比，本体系具有检测数据精度高、传感器可机动改换、节能、及时监测和无线通讯等特点。

1 体系布局

河道水质监测体系的布局包罗以下几个局部：

(1) 传感器模块。由pH传感器和温度传感器将河水的pH值和水温值转换为电信号。

(2) 调治电路模块。调治电路将电信号处置为单片机所能吸收的电压信号，并送至A/D转换电路。

(3) A/D模块。A/D转换电路使用24位Σ-Δ模数转换器将模仿电压信号高精度地转换为数字电压量，并送至单片机处置。

(4) 控制模块。单片机依据以后温度值对所测pH值举行温度赔偿和软件校准，终极失掉正确的pH值，并将此 pH值经过无线模块发送至上位机。

(5) 其他功效模块。报警模块依据按键输出pH报警阈值，判别以后pH值，若凌驾此阈值，则启动报警模块；太阳能供电模块带有电池监测功效，可以及时监测太阳能电池的剩余电量，若剩余电量过少，则主动进入节能事情形式；表现模块由LCD表现以后温度和pH值、报警阈值、以后日期和工夫等信息。

2 体系硬件设计

2.1 传感器

2.1.1 pH传感器

E-201-C型pH传感器测液局部为玻璃复合电极，在丈量溶液的酸碱度时，当被测溶液的氢离子浓度产生变革，玻璃电极与参比电极之间的电动势也随之产生变革。经过分配差别酸碱度的溶液，室温（25 ℃）条件下用某型pH计经过实行丈量发明电极电压与pH值类似成线性干系，并依据能斯特方程，使用MATLAB将所测样本点拟分解一次线性函数。

2.1.2 温度传感器

两线PT100铂电阻温度传感器[8]是一种以白金(Pt)制造成的电阻式温度传感器,属于正电阻系数,其电阻和温度变革的干系式R=Ro(1+αT)，实际上α=0.003 92，Ro为100 Ω(在0 ℃的电阻值)，T为摄氏温度。经丈量的电阻实测值与实际值存在稍微偏移，故依据实行校准修正的干系式为：

R=100(1+0.003 92T-4.74×10-7)  (Ω)(3)

2.2 pH调治电路

由于E-201-C型pH传感器的输入电量为-400 mV~400 mV范畴内的双极性电压信号，必要举行缩小和偏置调治。电路将pH传感器的输入电压缩小2倍，并经过1.2 V基准电压芯片LM385加上1.2 V的偏置。由此可将-400 mV~400 mV的电压范畴变更成0.4 V~2.0 V的电压范畴。

2.3 模数转换器

本设计接纳ADI公司的24位三通道Σ-Δ型模-数转换芯片AD7793，完成对传感器模仿信号的高精度A/D转换。AD7793内置可编程鼓励电流源和仪表缩小器，将鼓励电流源设置装备摆设成1 mA输入并与pt100串联，获得的电压信号再颠末片内仪表缩小器取得16倍增益，终极取得1.6 V左近的电压值。A/D转换模块如图4所示，AD7793接纳内部2.5 V基准参考电压，将调治电路送来的pH值模仿量和水温值模仿量举行数字转换，并经过三线SPI接口将转换后的数字量送至单片机举行处置。

2.4 无线通讯模块

nRF905单片无线收发器事情在433/868/915 MHz 的ISM频段，由一个完选集成的频率调制器、一个带解调器的吸收器、一个功率缩小器、一个晶体振荡器和一个调治器构成。经过单片机IO口模仿SPI通讯协议来设置装备摆设nRF905的片内存放器，完成对无线模块的收发控制。当体系监测到的pH值产生变革时，单片机挪用nRF905发送最新的监测数据。

2.5 按键、电池监测和蜂鸣器电路

体系的pH报警阈值和电池电压报警阈值经过按键电路设置，经过中缀方法与单片机毗连。当监测的pH值凌驾了阈值，体系即触发中缀进入中缀办事步伐，蜂鸣报警。

VCC为电池电压，经电阻分压输出电压追随器再输出单片机外部A/D转换器。当电池电量增加，电压VCC降落到设定的电压阈值时，触发单片机外部中缀，事情形式主动从及时事情形式切换至定时断续丈量的低功耗事情形式。

2.6 时钟、LCD、EEPROM电路

时钟芯片为低功耗时钟芯片DS1302,可以对年、月、日、周、时、分、秒举行计时，且具有闰年赔偿功效。

LCD为低功耗产业字符型液晶1602，能同时表现16列2行共32个字符。单片机控制LCD1602表现以后日期、工夫、pH值、温度值及pH报警阈值。

EEPROM为两线串行芯片AT24C04，用于存储用户设置的pH、电池电压阈值。别的，当监测的pH值凌驾阈值时，体系将对应的日期、工夫和pH值记载到EEPROM中。

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