单片机的地下水监测系统设计
水是人类生存和发展所依赖的自然资源，随着世界人口的增长及工农业生产的发展，需水量也在日益增长，在水资源日益短缺的今天显得更加宝贵。但是，由于人类的生活和生产，导致水体的污染，水质恶化，是有限的水资源变得更加的紧张。因此，为了保护有限的水资源，进行地下水监测是必要的。
本文详细的介绍了多参数地下水监测系统的设计方案和组成。本设计是基于单片机的地下水监测系统，系统将完成对地下水的水位、水温、电导率等相关参数进行测量。各项参数通过传感器和测量电路转变成电压信号，这些电压分别送入A/D转换通道，转换成数字量，然后送给单片机。此时AT89C52单片机可以根据实际需要进行各种处理，如数据存储、显示、报警等功能。
关键词 地下水监测，参数，传感器，单片机
目 录
1 引言 1
1.1 研究的意义和目的 1
1.2 国内外现状 1
2 设计要求及总体方案设计 2
2.1 设计要求 2
2.2 总体方案设计 3
3 系统软件设计 4
3.1 单片机的选择 5
3.2 主程序设计 8
3.3 子程序设计 9
4 软件调试 19
4.1 程序代码调试 19
4.2 软件仿真 20
结论 23
致谢 24
参考文献 25
附录A 完整代码 26
1 引 言
1.1 研究的意义和目的
从古至今，水资源都是人类生存与社会发展所需要的重要自然资源，日益稀缺的水资源在今天显得尤其珍贵。其中，作为十分重要的供水水源的地下水，它在社会、国家的经 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
济发展和建设还有人类生活中都起到了十分重要的作用。调查研究地下水的水量分布和其形成有着重要目的，首要目的就是在于如何去合理开发地下水资源并持续去利用它。在一些地下水资源稀缺的地方，我们要做的就是怎样去寻找并开发地下水，然而在地下水资源较为丰富的地方，我们需要做的是如何利用和保护这部分水资源，并尽量减少地下水的开采。在某些情况下，地下水一方面对人类生产和生活活动很重要，例如：监测地下水能够尽可能降低地下水所带来的危害，实时对地下水水位的变化进行监测，还能防止矿井中矿坑突水、涌水等情况造成的安全事故。而另一方面地下水资源带来利用价值，例如：地下水资源由特殊的化学物质组成，对人的身体有着医疗和保健的功效，还可以作为矿泉来开发利用[1]。
地下水是人类所需要的用水资源之一。在我们国家的许多城市中，地下水作为十分重要的供水水源，在许许多多的方面上，它对该区域内的社会经济发展起到了十分重要的作用。从60年代至今，国家管理水资源的部门一直都在对地下水水位、水的温度、水质和水量等众多要素进行监测。多年以来，通过实时的监测地下水而获得的信息，为合理开发利用水资源做出了重大贡献。但目前，在监测地下水的方法上仍然存在各种各样的问题。例如在很多重要水源区域都十分缺少地下水勘测井，监测地下水的方法相对落后、监测到的信息传输时效性差等问题，都需要我们去一一解决。为了对地下水资源的合理开发利用和已经被污染的地下水环境的进一步恶化，还有防止一些新的地下水环境问题的出现，在加强勘查研究的基础上，我们必须对地下水进行实时的、动态的监测。对地下水进行实时的、动态的监测是指地下水的水量和水质的变化情况。
1.2 国内外现状
目前，我们国家非常关注对地下水的监测。随着国家科学技术的飞速发展，我国在地下水方面的监测仪器研究已经取得了十分不错的成就，能够实现对对地下水进行自动的、实时的监测，让我们对地下水的一些信息了解的更加的准确、全面。但是，在国内的大部分区域内，还是以传统的人工测量方法进行测量，这样导致了监测的效率非常低，并且测量到的信息也不能被科学研究和实际生产生活所使用。要使用高精度的设备，必需要从外国购买，国内还是需要工作人员到监测现场进行水样的采集，然后拿着样本到实验室分析研究。我们国家为了对地下水管理更规范化、合理化，国家的水资源环境监测部门还相继制定了《国家级地下水监测技术要求》等规范要求，为水资源环境监测提供了保障[2]。
而国外一些发达国家在地下水监测方面有着悠久的发展历史，他们科技发展快速，所以研究的测量设备相对有优势。在地下水监测技术上，美国和日本等国遥遥领先其它国家。近几年来，美国和日本等发达国家凭着科学技术方面的优势，已经研制出了能够对地下水进行全自动化监测的设备，这些设备国内也已经引进使用。
国内外监测地下水的设备因技术水平不同，所以有着其差距。主要表现在以下两个方面[3]：
二次仪表的开发，就其整体的设计水平来说，国内外水平相近，而就功能设置与软件编辑来说，国产仪器更适合我国的国情。
对于传感器技术的研究方面，与国外发达国家相比差距很大。地下水监测设备的发展趋势要求高精度的测量，所以对传感器的精度要求就高了。然而传感器的研发，不仅需要好的科学技术，而且需要消耗大量的人、物、财，见效周期较长，这也是我国传感器行业比外国发达国家落后的主要原因。
2 设计要求及总体方案设计
2.1 设计要求
基于单片机的地下水监测系统由四个模块组成：传感器模块，通过对应参数传感器和测量电路来对地下水的相关参数测量；A/D转换模块，将前面电路测量到的模拟信号转换为数字信号，并送入单片机中；单片机系统模块，单片机作为整个系统中的控制中心；显示模块，按照需求可以显示测量地下水的相关参数。所设计的系统能够对地下水的水的温度、水位、电导率、酸度和溶解氧多种参数进行监测[4]。先将所要测量的参数通过相应传感器和测量电路转换成模拟电压，再将这些模拟电压分别送入A/D转换通道，将模拟量转换成数字量，最后送入单片机。单片机作为控制系统，可以根据要求需要进行各种数据处理，如数据显示、数据存储、超出数值范围就报警等功能。
在设计过程中，首先要查阅与地下水监测相关的文献资料，熟练掌握与地下水监测相关元器件的功能，并能够加以运用；掌握单片机的应用原理和测试系统的设计方法，并能进行测试系统可行性研究、论证；掌握一种语言，编写程序，进行系统的软件设计，对系统的软件进行分部调试与仿真。同时应该积极完成以上功能的调试等工作。
2.2 总体方案设计
本次设计的系统是能够对一定区域内的地下水进行多种参数监测的系统。所设计的系统能够对地下水的水的温度、水位、电导率、酸度和溶解氧多种参数进行监测。先将所要测量的参数通过相应传感器和测量电路转换成模拟电压，再将这些模拟电压分别送入A/D转换通道，将模拟量转换成数字量，最后送入单片机。单片机作为控制系统，可以根据要求需要进行各种数据处理，如数据存储、数据显示、超出数值范围就报警等功能。最后能通过RS-232总线，将测量到的相关的数据发送到PC机，集中分析[5]。
提高软件的抗干扰能力。
本系统软件部分采用C语言编写，使其数据流程可以清晰的反映在程序中，提高了程序的读写性，方便修改和调试，从而对系统的设计提供了更直接的软件支持。C语言在大学期间也接触了很多次，编程起来也就比较熟悉。
主程序是一个顺序执行的程序。它负责调度系统的各应用程序模块，并与系统的外部设备及时交换信息，软件也能够更好的控制硬件，实现系统软、硬件资源的整体管理。
其功能特性如表3-2所示：
表3-2 89C52单片机的功能特性
3.2 主程序设计
1 引言 1
1.1 研究的意义和目的 1
1.2 国内外现状 1
2 设计要求及总体方案设计 2
2.1 设计要求 2
2.2 总体方案设计 3
3 系统软件设计 4
3.1 单片机的选择 5
3.2 主程序设计 8
3.3 子程序设计 9
4 软件调试 19
4.1 程序代码调试 19
4.2 软件仿真 20
结论 23
致谢 24
参考文献 25
附录A 完整代码 26
1 引 言
1.1 研究的意义和目的
从古至今，水资源都是人类生存与社会发展所需要的重要自然资源，日益稀缺的水资源在今天显得尤其珍贵。其中，作为十分重要的供水水源的地下水，它在社会、国家的经 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
济发展和建设还有人类生活中都起到了十分重要的作用。调查研究地下水的水量分布和其形成有着重要目的，首要目的就是在于如何去合理开发地下水资源并持续去利用它。在一些地下水资源稀缺的地方，我们要做的就是怎样去寻找并开发地下水，然而在地下水资源较为丰富的地方，我们需要做的是如何利用和保护这部分水资源，并尽量减少地下水的开采。在某些情况下，地下水一方面对人类生产和生活活动很重要，例如：监测地下水能够尽可能降低地下水所带来的危害，实时对地下水水位的变化进行监测，还能防止矿井中矿坑突水、涌水等情况造成的安全事故。而另一方面地下水资源带来利用价值，例如：地下水资源由特殊的化学物质组成，对人的身体有着医疗和保健的功效，还可以作为矿泉来开发利用[1]。
地下水是人类所需要的用水资源之一。在我们国家的许多城市中，地下水作为十分重要的供水水源，在许许多多的方面上，它对该区域内的社会经济发展起到了十分重要的作用。从60年代至今，国家管理水资源的部门一直都在对地下水水位、水的温度、水质和水量等众多要素进行监测。多年以来，通过实时的监测地下水而获得的信息，为合理开发利用水资源做出了重大贡献。但目前，在监测地下水的方法上仍然存在各种各样的问题。例如在很多重要水源区域都十分缺少地下水勘测井，监测地下水的方法相对落后、监测到的信息传输时效性差等问题，都需要我们去一一解决。为了对地下水资源的合理开发利用和已经被污染的地下水环境的进一步恶化，还有防止一些新的地下水环境问题的出现，在加强勘查研究的基础上，我们必须对地下水进行实时的、动态的监测。对地下水进行实时的、动态的监测是指地下水的水量和水质的变化情况。
1.2 国内外现状
目前，我们国家非常关注对地下水的监测。随着国家科学技术的飞速发展，我国在地下水方面的监测仪器研究已经取得了十分不错的成就，能够实现对对地下水进行自动的、实时的监测，让我们对地下水的一些信息了解的更加的准确、全面。但是，在国内的大部分区域内，还是以传统的人工测量方法进行测量，这样导致了监测的效率非常低，并且测量到的信息也不能被科学研究和实际生产生活所使用。要使用高精度的设备，必需要从外国购买，国内还是需要工作人员到监测现场进行水样的采集，然后拿着样本到实验室分析研究。我们国家为了对地下水管理更规范化、合理化，国家的水资源环境监测部门还相继制定了《国家级地下水监测技术要求》等规范要求，为水资源环境监测提供了保障[2]。
而国外一些发达国家在地下水监测方面有着悠久的发展历史，他们科技发展快速，所以研究的测量设备相对有优势。在地下水监测技术上，美国和日本等国遥遥领先其它国家。近几年来，美国和日本等发达国家凭着科学技术方面的优势，已经研制出了能够对地下水进行全自动化监测的设备，这些设备国内也已经引进使用。
国内外监测地下水的设备因技术水平不同，所以有着其差距。主要表现在以下两个方面[3]：
二次仪表的开发，就其整体的设计水平来说，国内外水平相近，而就功能设置与软件编辑来说，国产仪器更适合我国的国情。
对于传感器技术的研究方面，与国外发达国家相比差距很大。地下水监测设备的发展趋势要求高精度的测量，所以对传感器的精度要求就高了。然而传感器的研发，不仅需要好的科学技术，而且需要消耗大量的人、物、财，见效周期较长，这也是我国传感器行业比外国发达国家落后的主要原因。
2 设计要求及总体方案设计
2.1 设计要求
基于单片机的地下水监测系统由四个模块组成：传感器模块，通过对应参数传感器和测量电路来对地下水的相关参数测量；A/D转换模块，将前面电路测量到的模拟信号转换为数字信号，并送入单片机中；单片机系统模块，单片机作为整个系统中的控制中心；显示模块，按照需求可以显示测量地下水的相关参数。所设计的系统能够对地下水的水的温度、水位、电导率、酸度和溶解氧多种参数进行监测[4]。先将所要测量的参数通过相应传感器和测量电路转换成模拟电压，再将这些模拟电压分别送入A/D转换通道，将模拟量转换成数字量，最后送入单片机。单片机作为控制系统，可以根据要求需要进行各种数据处理，如数据显示、数据存储、超出数值范围就报警等功能。
在设计过程中，首先要查阅与地下水监测相关的文献资料，熟练掌握与地下水监测相关元器件的功能，并能够加以运用；掌握单片机的应用原理和测试系统的设计方法，并能进行测试系统可行性研究、论证；掌握一种语言，编写程序，进行系统的软件设计，对系统的软件进行分部调试与仿真。同时应该积极完成以上功能的调试等工作。
2.2 总体方案设计
本次设计的系统是能够对一定区域内的地下水进行多种参数监测的系统。所设计的系统能够对地下水的水的温度、水位、电导率、酸度和溶解氧多种参数进行监测。先将所要测量的参数通过相应传感器和测量电路转换成模拟电压，再将这些模拟电压分别送入A/D转换通道，将模拟量转换成数字量，最后送入单片机。单片机作为控制系统，可以根据要求需要进行各种数据处理，如数据存储、数据显示、超出数值范围就报警等功能。最后能通过RS-232总线，将测量到的相关的数据发送到PC机，集中分析[5]。
提高软件的抗干扰能力。
本系统软件部分采用C语言编写，使其数据流程可以清晰的反映在程序中，提高了程序的读写性，方便修改和调试，从而对系统的设计提供了更直接的软件支持。C语言在大学期间也接触了很多次，编程起来也就比较熟悉。
主程序是一个顺序执行的程序。它负责调度系统的各应用程序模块，并与系统的外部设备及时交换信息，软件也能够更好的控制硬件，实现系统软、硬件资源的整体管理。
其功能特性如表3-2所示：
表3-2 89C52单片机的功能特性
3.2 主程序设计
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