基于單片機(jī)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：提出了一種基于單片機(jī)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀系統(tǒng)，系統(tǒng)與上位機(jī)采用Modbus協(xié)議進(jìn)行通信。介紹了基本的功能模塊的電路設(shè)計(jì)，并給出了軟件程序流程圖。實(shí)際應(yīng)用表明：系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，功耗低，有一定的應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：Modbus；單片機(jī)；水質(zhì)監(jiān)測(cè)；RS485

水質(zhì)監(jiān)測(cè)是水資源管理與保護(hù)的重要基礎(chǔ)，液體的含氧量、溫度、酸堿度、電導(dǎo)率等特性參數(shù)可以反映液體的許多物理、化學(xué)特性，因此測(cè)量液體的特性參數(shù)可以有效地監(jiān)測(cè)水質(zhì)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文設(shè)計(jì)了一種結(jié)合單片機(jī)與RS485總線的多點(diǎn)水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)，理論上在上位機(jī)(PC機(jī)或者觸摸屏)可以監(jiān)測(cè)255點(diǎn)的水質(zhì)情況，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件框圖如圖2所示，系統(tǒng)主要包括單片機(jī)模塊、電源模塊、時(shí)鐘模塊、傳感器模塊、RS485接口模塊以及鍵盤／顯示模塊等。水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作過程如下：傳感器模塊定時(shí)采集水質(zhì)參數(shù)，然后存入存儲(chǔ)器并且在顯示模塊顯示，在特定的控制信號(hào)作用下，通過RS485接口上傳到上位機(jī)，完成水質(zhì)監(jiān)測(cè)。作為控制核心的單片機(jī)選擇C8051F040，該芯片是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)MCU芯片，具有與MCS-51指令集完全兼容的內(nèi)核，在一個(gè)芯片內(nèi)集成了構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)數(shù)據(jù)采集或控制系統(tǒng)所需要的幾乎所有模擬和數(shù)字外設(shè)及其他功能部件，有利于簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。

1．1 電源模塊
系統(tǒng)的輸入電壓是直流5 V，由外部提供，由于C8051F040需要3．3 V的電源供電，考慮到系統(tǒng)的功耗較低。電流不大，所以可以通過電源轉(zhuǎn)換芯片SPX1117將+5 V轉(zhuǎn)換為3．3 V，電路如圖3所示。電源的濾波電路由電容、電感和電阻構(gòu)成，在制版的時(shí)候需要將它們盡可能地靠近芯片。