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1、师范学院本科毕业论文师范学院学院 毕 业 设 计（论文）2013 届 题 目 基于AT89C2051的TDS水质测试仪 专 业 电子信息工程 学生姓名 王英英 学 号 09283408 指导教师 * 论文字数 11151 完成日期 2012-12-20 师范学院学院教务部印制II湖州师范学院求真学院本科毕业论文基于AT89C2051的TDS水质测试仪摘 要：近些年来水环境的污染使得人们对水质越来越关注。水质检测仪对帮助人们了解水质情况起到了重要的作用。TDS水质检测仪以其结构简单，精巧实用，精度高，成本低，反应快等优点备受关注。TDS水质测试仪由于探头极化现象，寄生电容，温度对测量精度的影响,
2、 使其存在测量精度低、温度补偿不够的缺点。针对这些现象，为了能够更精确测量水质，本研究分析了TDS测量的原理，对各种测量方法进行比较论证，设计了一款基于电导率测量原理和温度补偿误差的TDS水质测量仪。该电路设计以AT89C2051 单片机为核心，由传感器探头、电导率信号采集电路、温度补偿电路、控制电路、数码管显示电路和报警电路组成。系统引入了温度测量环节，通过软件算法补偿因温度变化引起的测量误差。关键字： TDS , 水质检测 , 单片机 , 温度补偿 TDS Quality Dosimeters Based on AT89C2051Abstract：In recent years water
3、 environmental pollution makes it increasingly concerned about water quality. Water quality testing instruments played an important role in helping people to understand the water quality. TDS water quality tester concern its structure is simple, compact, high-precision, low cost, fast response. TDS
4、water tester due to the polarization of the probe, the parasitic capacitance, the temperature on the measurement accuracy, it exists the disadvantage of low measurement accuracy, the temperature compensation is not enough. For these phenomena, in order to be able to more accurately measure the water
5、 quality, this study analyzed the TDS measurement principle, a comparative demonstration of various methods of measurement, design a TDS water quality measuring instrument based on conductivity measurement principle and temperature compensation error. The circuit design AT89C2051 microcontroller as
6、the core, the probe by the sensor, the conductivity signal acquisition circuit, temperature compensation circuit, control circuit, digital display and alarm circuits composed. The system introduces aspects of temperature measurement, the measurement error due to temperature changes caused by the sof
7、tware algorithm compensation.Key words：TDS Water quality testing MCU Temperature compensation目 录第一章 绪 论11.1 基于AT89C2051的TDS水质测试仪的研究背景11.2 基于AT89C2051的TDS水质测试仪的发展现状11.3 论文研究目标与主要研究内容2第二章 系统硬件电路设计32.1 系统主要设计方案32.2 系统整体框图32.3 AT89C2051单片机简介32.4 TDS值测量原理及电路42.4.1 TDS值测量原理42.4.2 TDS值测量电路42.5 温度补偿原理与电路72.
8、5.1 温度补偿原理72.5.2 温度测量电路82.6显示电路82.7 按键与报警电路9第三章 系统软件设计113.1 系统总体流程图113.2 电导率测量123.3 DS18B20温度采集123.4 TDS值测量133.5 数码管显示143.6 按键与报警15第四章 实验结果与结论16参考文献18致 谢19附 录20III第一章 绪 论1.1 基于AT89C2051的TDS水质测试仪的研究背景水作为一种重要的资源，与人们的生活和生产都有着密切联系。在水资源匮乏和水污染日趋加深的今天，水质问题受到了更多的关注，对水质进行检测与分析，了解水质状况，能够更好地保护水资源，控制水污染。TDS(溶解性
9、总固体，又称总含盐量),测量单位为毫克/升（mg/L ）,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。水样经过滤后, 在一定温度下烘干, 所得的固体残渣称为溶解性总固体, 包括不易挥发的可溶性盐类、有机物及能通过过滤器的不溶解微粒等。TDS水质检测方法通常分为两种，分别为称量法和电极测定法。称量法一般采用国标检测方法，分别为105烘干和180烘干两种。称量法测定TDS时，将一定量的水样经过滤，在标准温度下烘干，直接求得TDS值。此测量方法，虽技术要求低，但操作步骤繁琐，对测量环境要求高，抗干扰能力差，且测量时间长。电极法测量TDS是一种电化学分析方法，仪器测量时，将电极置
10、于溶液中，使用交流电源，通过测量电流的大小得到溶液的电阻率，由于温度影响电导率的测量，因此采用热敏电阻对温度进行补偿。运用软件拟合电导率和温度的经验公式的方法补偿温度系数呈现非线性的高纯水。运用电解质溶液导电产生电流，由电阻与电导率之间的关系公式，通过测量电阻间接求得TDS数值的方法。根据此测量方法研制的仪器有着成本低、测量方便，反应速度灵敏，使用范围广，不破坏被测物质样品等特点。1.2 基于AT89C2051的TDS水质测试仪的发展现状目前水质检测的方法有分光光度法、荧光法、原子色谱法、电导率法等。前三种由水体吸收折射光谱，估算水体的溶质和浓度，测量精度准确，但操作不方便，耗时长，成本高。电
11、导率检测法研究成熟、简单易用，使用方便。根据其测量方法研制的仪器具有结构简单、反应速度灵敏、实用性好和成本低廉的特点。电极电导率测量法根据电解质导电原理，通过测量电阻得到电导率，测量电极过程表现为复杂的电化学系统，极化效应、电容效应和温度影响电导率准确测量，使得传统的电导率检测仪精度较低，智能化不够。这些都有待于进一步的研究与改进。电导率测量方法按有无电极分为有电极测量方法与无电极测量方法，其中有电极的电导率测量方法用的较多，按电极在测量电路中的位置可分为电流法、电桥法、分压法、频率法1。电流法，电极一般在运放的输入端，原理是：激励源在电极中产生一个电流，该电流是被测电导率的正比，再经标准采样
12、电阻产生交流电压，最后经放大、整流、滤波转换成直流电压。电桥法在实验分析中电极作为电桥的一臂，高要求的实验室分析常用此方法。分压法是一种研发成熟且应用广泛的测量方法。电极与分压电阻串联，分压电阻可调大小，分出的电压经放大、检波和滤波电路得到相关值。频率法：通过多谐振荡电路将电导率转化为频率信号，电极作为振荡电路的一部分。测得的结果精度高，并且可远程传输。系统结构简单，成本低，易做成便携式电导仪。1.3 论文研究目标与主要研究内容论文研究目标：本毕业论文研究的目标是基于AT89C2051单片机为核心器件，设计一个可测量水TDS值的仪表，论文主要研究的内容及技术参数主要以下几点： （1）根据系统要
13、求，研究TDS值的测量原理及其传感器设计； （2）根据TDS值非线性特点，研究其补偿方法，测量误差小于2%； （3）研究温度与TDS值的关系，研究温度补偿方法； （4）以LED数码管方式显示测量结果； （5）分析系统功能需求，设计各个硬件电路模块电路图及总体电路图；设计系统各子程序流程图及总体程序流程图。主要研究内容：本课题是基于AT89C2051的TDS水质测试仪设计，其具体要研究的内容主要有以下几点：（1）研究AT89C2051单片机原理及其应用；（2）研究数码显示管的显示功能；（3）研究按键模块，并实现应用按键对各个功能的切换；（4）研究电极电导率测量法的原理，温度补偿减小测量误差的方法
14、；（5）研究通过DS18b20测量温度并输送测量信号的方式；（6）研究系统整个电路图的设计及程序设计。第二章 系统硬件电路设计2.1 系统主要设计方案论文利用单片机实现TDS值信号在线采集，并设置温度测量模块, 采用数字温度传感器DS18b20 进行温度测量。通过软件算法补偿由于温度而引起的电导率值测量误差，从而提高了水质测量精度。电路主要包括传感器、信号采集电路、温度补偿电路、控制电路、数码管显示电路和报警电路。设计原理是通过电导率测量电路中的探头采集电导率信号，同时采用温度传感器DS18b20 测量水温，将采集到的信号传送到单片机并对这两个信号进行处理，运用软件算法补偿的方法对温度引起的电
15、导率测量的误差进行补偿，最后将补偿后的结果显示在数码管上。2.2 系统整体框图传感器测量电路单片机数码管显示按键DS18b20报警电路图2-1系统整体硬件框图2.3 AT89C2051单片机简介AT89C2051单片机是CMOS 8位微处理器，有着2k字节的闪速可以重复使用的只读存储器，128字节的随机数据存储器，具有低电压，高性能。生产采用ATMEL公司的高密度非易失性存储技术，与MCS-51指令集兼容。内含通用闪速存储单元和位中央处理器。有15个I/O接口，2个16位计数器，6个中断源，具有中断系统，精密电压比较器，可编程串行通道口，空闲节电方式和掉电节电方式。该单片机VCC口接电源电压，
16、GND口接地，RST为复位输入。XTAL1接口是振荡反相器和内部时钟发生器的输入。XTAL2接口是振荡反相放大器的输出。AT89C2051开发应用系统的方法有两种。配备一个编程器，编辑程序，进行编译，实行固化，将其插到电路板试验，重复之前的操作，此调试方法存在对片内RAM的信息无法清楚的缺点。用普通仿真器仿真2051,便于调试，但存在差距。图2-2单片机AT89C2051引脚图2.4 TDS值测量原理及电路2.4.1 TDS值测量原理 TDS表示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。水样经过滤后, 在一定温度下烘干, 所得的固体残渣称为溶解性总固体, 包括不易挥发的可溶性
17、盐类、有机物及能通过过滤器的不溶解微粒等。导体的导电过程是由于导体本身存在的自由电子在电场作用下运动而产生的,它的导电能力除了与金属本身性质有关外,还与它的长度和横截面积有关。其关系式为2:R =L/A式中：R 为导体电阻(), L为导体的有效长度(cm)；A为导体的有效横截面积(cm2)；为电阻率 (cm)。电导是电阻的倒数，用于衡量物质导电能力的强弱。电阻越大, 导电能力越弱。反之则越强。因此，可得表达式3：S=lR=A（L）=kAL=k/式中：S是电导，单位为西门子(s)；k是电导率，单位为每厘米西门子(cm)-1，或Scm； =L/A为电极常数为电导池常数(cm-1)。电导率是表示物质
18、导电性能的物理指标。电导率越大则物质导电性能越强, 电阻就越小, 反之导电性能越差, 电阻越大。溶液的电导率等于溶液中各种离子电导率之和。在溶液的测量中，由于水质测量仪器确定，使得测量仪器探针的直径、长度都固定，既上式中的L（导体的有效长度），A（导体的有效横截面积）不变，探针之间水的体积就固定，因此，通过测量电导率k，即可求出水质电阻R。由于TDS与电阻之间存在直接联系，电阻与电导率之间又有着显著相关关系，因此电导率与TDS之间存在着必然的联系。通过表达式可知，当测量仪器固定时，电阻只与电导率有关，又由于电阻只与TDS有关，因此TDS只与电导率有关。可用通过测量电导率估算TDS，溶解固体与电
19、导之间的关系经验公式如下4:TDS = ( 0.55 0.70)K式中: TDS 为水中溶解固体（m g /L）; K 为25时水的电导率（S /m）。根据以上公式,可通过待测溶液的电导率数据, 求出溶解固体与盐分的浓度。直接测量水的溶解性总固体程序步骤繁多，测量稳定性差，实行起来复杂。而电导率的测定简便、稳定、快速,电导率反映出溶解固体量，可通过测量电导率,推算出水中溶解性总固体的含量。使得TDS的测量变得简单快速、实用方便，测量结果精度更高。温度升高，固体杂质的溶解度增大，电离度升高,离子总量增多，粒子水化作用减弱，溶液粘度降低，运动阻力减小，离子热运行加快，使得TDS变大。所以在水质检测
20、仪器的设计中, 应加以消除温度对TDS的影响。2.4.2 TDS值测量电路由于被测溶液的电导率与TDS值有一定关系，即公式TDS = ( 0.55 0.70)K，可通过被测量溶液的电导率推算出水的TDS值。测量电路如图2-3示。该电路是被测溶液的电导率谐振检测电路。当CON2上接的两根探针（传感器）插入被测溶液时，形成了一个电极，从而整个电路构成一个封闭的谐振电路，此时555芯片的第三个引脚向单片机输入了一个与被测溶液电导率有关的频率f。该多谐振荡电路中是由MOS型时基电路、探针与被测液构成的电极和定式电容C4组成。而时基电路的输出端引脚3接入的开关晶体管Q1，具有扩展时基电路的带载能力。这一
21、功能保证了电导率在大范围测量时，输出频率f具有很好的线性。图2-3TDS值测量电路555 定时器是由电压比较器，RS 触发器，放电管，相同大小的串联电阻和输出端组成。有两个基准电压，分别为VCC/3，2VCC/3。有较大的电源电压范围。是构成多谐振荡器的主要器件。555 定时器的使用存在着模拟和数字信号的转变。拥有可靠的测量功能，使用方便，并且价格低。如图2-4所示，为555定时器结构图。图2-4 555定时器结构图555 定时器中的RS 触发器和放电管都受比较器输出电压控制。1脚接地，8脚接电源，控制电压端 5 脚悬空，使基准电压不变，电压比较器 C1 的同相输入端的电压是 2VCC/3，电
22、压比较器C2 的反相输入端电压是VCC/3。当满足高触发端TH 的电压V22VCC/3，低触发端TR的电压V1VCC/3，电压比较器 C1和电压比较器 C2分别输出0和1，此时RS 触发器置 0，使输出端为 0。当端口TR的电压V1VCC/3，电压比较器 C2输出0， RS 触发器置 1，使输出端为1。555定时器的功能表，如表2-1所示。表2-1 555定时器的功能表清零端高触发端TH低触发端Q放电管T功能00导通直接清零101保持上一状态保持上一状态1101截止置11001截止置11110导通清零该电路由具有低功耗、高输入阻抗、宽电压范围特点的MOS型时基电路与电极CE及定时电容Ct一起构
23、成多谐振荡电路，并在时基电路的输出端引脚3接入开关晶体管Tl，用来扩展时基电路的带载能力，保证电导率在大范围内测量时，输出频率fo具有很好的线性。电路工作原理：电路开始运行时电容C4上的电压为0，实际电路处在置位状态，引脚3输出高电平，Q1导通。充电过程：VCCQ1电极J1C4，按指数规律上升，当上升到Vc23Vcc时，6脚内部高限比较器反转，时基电路复位，3脚输出低电平，Q1截止，同时7脚内集电极开路放电管导通，放电过程：C4J17脚。按指数规律下降，当放电至Vc13Vcc时，脚2内低限比较器反转，引脚3再次输出高电平，电容再次充电。如此以上过程反复循环，周而复始形成振荡输出fo。经分析得出
24、以下公式5：f0=0.772C4/Rx=K0G(t)G(t)=1 /Rx一电极实测的电导值；K0=0.772C4一电导一频率转换系数。输出频率fo与电导G(t)成正比，实现了电导率到输出频率的线性转换。如图2-3测量电路，运用555定时器、CON2上接上一对固定长度的探针并将它们接入到被测溶液中，定时电容C4、C3和开关晶体管Q1构成多谐振荡电路。分析电路工作原理得到f=0.722/（RC4），其中R为被测溶液的电阻。由于，其中是被测溶液的电阻率，在设计过程中，探针尺寸固定，故是常数。是两根探头的间距，s是探头插入被测液的深度与探头横截面直径的乘积。本试验中的=15mm，s=40mm1.5mm
25、=60mm2，则=0.25mm-1；C4=0.1F。两根探针所夹的被测溶液视为电阻。由此，可以确定频率和电导率的线性关系，即：由此推算出。论文TDS测试仪最终按以上公式进行程序设计计算。2.5 温度补偿原理与电路2.5.1 温度补偿原理 溶液电导率测量受温度影响很大，电解质的电离常数、离子运动速度、溶解度等都直接受温度的影响，从而温度直接影响溶液电导率测量的精度。溶液温度升高时，粒子水化作用减弱，溶液粘度降低，运动阻力减小，离子热运行加快，电场作用下，离子的定向运动也加快，导电能力增加，溶液电导率增大。反之亦然。由于溶液的电导率随温度升高而增大, 因此溶液电导率的温度系数是正的。在被测溶液固定
26、的情况下，为了使所测电导率数值之间具有可比性，需要溶液统一在25这个基准温度下的电导率进行比较以判断水质。因此，溶液在电导率测定时，要求被测溶液温度调至25，但实际测量过程往往受各种因素影响，无法将溶液样品温度控制并稳定在基准温度范围内，此时，对测量所得结果，需要进行温度补偿。 恒温法是将被测水样恒温到25，测得其基准温度下的电导率。恒温法原理简单，测量效果好，但需要复杂的精密恒温装置，设备昂贵，难以推广于实际的使用。手动补偿法需先测出溶液温度, 再将测量仪上的温度补偿旋钮调至所测得的温度数值,仪表所显示的是基准温度下该水样的电导率，由于其溶液温度系数只考虑为0.02，温度补偿误差较大。自动温
27、度补偿法，在测量仪器中设置自动温度补偿电路，在测量任意温度的溶液时，都能自动进行温度补偿并显示出补偿至基准温度25时该溶液的电导率值。该方法分为热敏电阻补偿法和拟合经验公式补偿法。热敏电阻补偿法其运用热敏电阻随温度的变化将抵消溶液电阻随温度的变化的原理，使所测电导率不受温度变化影响。但实际设计复杂，有局限性，很难找到一款与不同溶液有相同电导率温度特性的热敏电阻。使用软件拟合电导率和温度的经验公式对测得的电导率及水温进行数据处理,可以较好的做到温度补偿，直接得到补偿后的数值。论文采用软件补偿法。溶液的温度每升高1，电导率增加约2%，温度校正系数与温度成一元线性关系，当测量温度为25左右时，温度补
28、偿公式为：Ks=Kt/0.22t+0.45)式中Kt和Ks分别为t和25下溶液的电导率，t为测量时的温度。当测量温度偏离25时，根据以上公式计算所得的电导率误差较大，为了提高测量精度，对不同的温度范围，采用不同的温度校正系数公式进行计算：Ks=Kt/(0.00169t+0.5583) 1t10Ks=Kt/(0.018t+0.5473) 10t20 Ks=Kt/(0.00189t+0.5281) 20t30Ks=Kt/(0.022t+0.45) 其他温度范围 6本设计通过温度测量电路精确测量电导率和溶液温度，借助数据拟合的方法拟合出经验公式进行软件温度补偿。该方法不仅减少了硬件电路的复杂性，还使
29、水质测试仪更方便使用和精确。2.5.2 温度测量电路图2-5温度测量电路温度测量电路，如图2-5所示。TDS18b20数字温度传感器采用单线接口方式，具有3引脚，测温范围为55+125，工作电压范围为3 5V，采用外部电源供电方式， VCC引脚接工作电源，GND引脚接地,DA引脚接单片机P1.7口，在VCC引脚与DA引脚之间接一个约4.7k的上拉电阻，使系统不工作时为高电平。DS18b20采集温度数据，所采集的数据经传感器转换为相应数字信号，再将转换后的信号传送给单片机，单片机接受信号并进行相应的数据处理后得到温度值。2.6显示电路共阳极数码管工作原理本设计采用3位八段数码管，数码管是一种以发
30、光二极管为基本单元的半导体发光器件。每一显示笔划用一个字母对应表示，DP是小数点。如图2-6所示：. 图2-6LED数码管引脚定义此电路使用的是共阳极数码管，共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，在应用时，将共阳数码管公共端COM接+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当为高电平时，对应字段就不亮。该电路采用动态显示驱动，动态驱动是将所有数码管的a,b,c,d,e,f,g,dp这8个字段的同名端连在一起，每个数码管的公共极COM都对应一个位选通控制电路，每个位选通控制电路由各自独立的I/O线控制，运行时，所有数码管接收单片机输出的相
31、同字形码，由于单片机对位选通COM端电路实行控制，决定了哪个数码管会显示出字形，打开需要显示的数码管的选通控制，该位就会显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。对各个数码管的的COM端分时轮流控制，使各个数码管轮流受控显示。实际显示过程中，各位数码管并非同时点亮，但由于每位数码管的点亮时间仅为12ms，扫描的速度足够快，再加上发光二极管的余辉效应及人的视觉暂留现象，看上去就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。动态显示驱动效果好，能够节省大量的I/O端口，编程简单，显示亮度高，而且功耗低。如图2-7所示为显示电路，此数码管为共阳级数码管，所以需要外部低电平才能使相应的内部二极管点亮。数码管的8个脚
32、a-h接到单片机的P1口，位选控制端1-3分别接三极管Q2-Q4的集电极，三极管的基极分别接到单片机的P3.0-P3.2口，三极管的发射极连接在一起接+5V电源。通过P3口可以使相应的数码管位被选中，然后通过P1口送入相应的段码显示。数码管显示TDS值。图2-7显示电路2.7 按键与报警电路图2-8报警电路报警电路如图2-8所示，由于蜂鸣器工作需要较大的电流，一个管脚难以使蜂鸣器发声，因此设置一个三极管进行电流放大，增加通过蜂鸣器的电流，驱动蜂鸣器发声。当P3.3脚为低电平时，三极管导通，然后LED导通，电流经过电阻R12，电路电流形成回路，蜂鸣器发声；当P3.3脚为高电平时，三极管截止，蜂鸣
33、器没有响应。按键电路如图2-9所示，当8脚为低电平时，电路导通，按键第一次按下，仪器开始测量，测量完成后，再次按下按钮，蜂鸣器发出测量成功信号，系统保存并显示所测结果。如再次按下按钮，程序清空被测数据。图2-9按键电路第三章 系统软件设计3.1 系统总体流程图系统软件流程如图3-1所示。系统进行初始化, 当按键开始测量时，计数器开始工作，测量并计算电导率的数值，读取温度值，对采集来的温度信号运用软件算法补偿的方法对温度产生的电导率测量误差进行补偿，运用软件算法对所得数据进行处理和计算，按键锁定计算结果，最后将计算得到的结果存储并显示在数码管上。测量过程中，为了方便测量仪器的使用，当仪器浸入溶液
34、测量成功后，系统接受相应数据并发出报警信号，提醒使用者测量完成。测量结束后，关闭计数器，系统清零。系统对信号进行一系列的检测、分析、转换、计算处理，并将数据结果传送给相关的模块。软件通过数据处理系统提高仪器精确度和可靠度。开始启动计数器是否开始测量初始化按键扫描关闭计数器、清零NY电导率计算温度补偿TDS值计算N是否锁存结果Y显示结果结束图3-1 系统总体流程图3.2 电导率测量对电导率进行测量，此程序开始运行时，首先启动T0、T1，T0为系统设置的定时时间值，当测量时间到设定时间T0时，关闭T0、T1输出端口，系统自动读取T1，既T0时间内所产生的脉冲个数值。从而得到周期，既得到输出频率，系
35、统运用电导率与输出频率之间的计算公式程序得到电导率值。从而系统通过频率输出转换得到电导率值。如图3-2所示，为电导率测量流程框图。开 始启动T0、T1T0定时时间是否到关T0、T1读取T1计数值计算频率计算电导率返回图3-2 电导率测量流程框图3.3 DS18B20温度采集温度采集的流程中，单片机通过P1.7口向DS18b20发出复位脉冲，完成对此系统初始化，传感器准备接收命令。单片机发skipROM命令，使传感器能够接收并响应之后系统发出的命令。发温度转换命令，传感器进行温度转换，传感器将转换后的温度值发送到数据线，单片机读取温度值，最后对采集的数据进行处理。图3-3为DS18b20温度采集
36、流程框图。开 始初始化发skipROM命令 发温度转换命令发skipROM命令 发读取温度命令读取温度值数据处理返回图3-3 DS18B20温度采集流程框图3.4 TDS值测量TDS与电阻之间存在直接联系，而电阻与电导率有关，当导体的有效长度，导体的有效横截面积已知的情况下，电阻只与电导率有关。结合TDS与电阻之间的算术关系，可由系统测得的电导率值通过相关公式求出TDS值。读取采集到的温度值，使用软件拟合电导率和温度的经验公式对测得的电导率及水温进行数据处理实现温度补偿，直接得到补偿后的TDS值。TDS值测量流程框图，如图3-4所示。图3-4 TDS值测量流程框图3.5 数码管显示将测量所得的
37、TDS数据传送给数码管，运行时，所有数码管接收单片机输出的相同字形码，对数码管进行位选择，选择需要显示的数码管，该位就会显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。由测量所得的TDS值软件查找单片机LED段码表，找出相对应的段码，再将查找出的段码输送至数码管，数码管根据接收到的段码，选择相应的字段进行显示。这样数码管就完成了显示功能。数码管显示流程框图，如图3-5所示。开 始位选择由TDS值查表段码送段码至数码管返回图3-5数码管显示流程框图3.6 按键与报警程序判断按键是否已按下，若按下，运行相关程序，检测按键所按次数，当按键次数为奇数次时，系统锁存本次测得的TDS值，同时蜂鸣器发出报警声，提醒T
38、DS值锁定成功，当系统检测到按键次数为偶数次时，系统中DTS值清零，程序初始化。按键报警流程框图，如图3-6所示。锁存TDS值报警提醒清零是否有按键开始 N Y是否偶数次按键NY返回图3-6按键与报警流程框图第四章 实验结果与结论表4-1 实验测量结果被测液TDS值（单位:PPM）自来水120纯净水66茶水186橙子948糖水111以上是对该水质检测仪器的实验测试结果，测试时，取一定量的被测溶液，按下按键，系统初始化，将探头浸入相关溶液中。按下按键，锁定相关数据，蜂鸣器发出信号，测试成功。对数码管显示的数据进行读取和记录。再次按下按键，清除数据，实行下一项测试。测量时，可用交流电源或内含的充电
39、电池，可随时使用。具有自动校正，自动温度补偿，可重复使用等特性。按照人体工学设计，便于手持、操作、阅读、携带。该研制仪器能在任何时间、任何地点快速准确地测试水质,具有防水、防腐、质轻、坚固、耐腐蚀等优点，显著减少了外在环境条件对测量带来的影响和制约，仪器具有操作简单，灵敏耐用，携带方便，易学易用的特点。该水质测量仪根据电极电导率测量法研制，由电解质导电的原理，使用电阻测量法间接测量电导率，从而得到溶液TDS值。本水质检测仪系统以AT89C2051 单片机为核心，利用单片机技术实现电导率信号在线采集，由电导率信号采集电路、温度补偿电路、控制电路、数码管显示电路和报警电路组成。系统中使用交流电以减
40、小极化现象对测量的影响，引入了温度测量环节，采用数字温度传感器DS18b20 进行温度测量。通过软件算法补偿由于温度变化引起的电导率值测量误差，提高测量准确度。通过电导率测量电路中的探头采集电导率信号，同时采用温度传感器DS18b20 测量水温，将采集到的信号传送到单片机并对这两个信号进行处理，运用软件算法补偿的方法对温度使电导率测量产生的误差进行补偿，最后将补偿后的结果显示在数码管上。该系统的硬件电路布局设计简单合理，体积小，功能齐全，精度高，成本低，性价比高。此款电导率水质检测仪通过检测水体TDS值帮助人们了解水质情况，具备了快速、灵敏、精确、自动化的特点，能很好的运用在生活、生产中。该仪
41、器具有结构简单、测量精度高、信号稳定、反应速度灵敏、实用性好和成本低廉的的特点。实物图：图4-1 TDS水质测试仪静态实物图图4-2 TDS水质测试仪测试图参考文献1 李 荻电化学原理D.北京: 北京航空航天大学出版, 1999.2 张发亮，郭茂林，陈 伟. 电导率测量中应注意的几个问题Z.山西: 山西省计量测试研究所, 1995.3 吴 巍,陈光东,吴明光,周志华. 基于电导率机理的智能化水质检测仪的设计Z.杭州: 浙江大学系统工程研究所, 2006.4 王学艳，张忠萍. 基于电导率与TDS及全盐量的关系研究J 黑龙江水利科技, 2008，36(1): 7.5 刘 伟. 常规水质参数检测仪研
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