河流水质污染远程监测系统设计(附件)【字数：12294】
摘 要我国人口密集，淡水资源紧缺，且目前水污染问题非常严峻，所以对水质状况进行有效的监测变得尤为重要。对此，本课题设计了一种基于单片机的河流水质污染远程监测系统。本设计是以AT89C51单片机为核心，利用各类传感器对水质状况进行数据采集，通过GPRS技术远程发送测量数据的水质监测系统。该系统所包含的模块有单片机模块、传感器模块、A/D转换模块、报警电路模块以及液晶显示模块。系统设计中选用Keil uVision3软件编写程序代码，利用Proteus软件进行电路的调试与仿真。经过对程序、电路多次的修改与调试，系统实现了对浊度、PH值和水温等数据采集的设计要求，并且能够实现液晶显示和报警提示功能，该系统性能稳定、可靠，便于推广应用。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的目的及意义 1
1.2课题研究国内外发展情况 1
1.2.1国外发展情况 1
1.2.2国内发展情况 2
1.3课题研究的内容 3
第二章 系统总体方案设计 4
2.1系统方案概述 4
2.2系统设计框图和主要功能 4
2.3本章小结 5
第三章 系统硬件设计 6
3.1硬件电路选择 6
3.1.1 AT89C51单片机介绍 6
3.1.2浊度传感器 7
3.1.3 PH传感器 7
3.1.4温度传感器 8
3.1.5液晶显示器 9
3.1.6 A/D转换 10
3.1.7 GPRS远程数据传输技术 10
3.2硬件电路设计 12
3.2.1单片机最小系统电路 12
3.2.2晶振电路 13
3.2.3复位电路 13
3.2.4 ADC采集电路 14
3.2.5液晶显示电路 14
3.2.6浊度模拟数据电路 15
3.2.7 PH值模拟数据电路 15
3.2.8温度模拟数据电路 16
3.2.9报警电路 16
3.2.10 GPRS远程数据传输电路 17
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3.3本章小结 18
第四章 系统软件设计 19
4.1系统主程序流程图 19
4.2液晶显示电路流程图 19
4.3串口通信流程图 20
4.4 GPRS远程数据传输流程图 21
4.5复位电路流程图 21
4.6本章小结 22
第五章 系统开发与调试 23
5.1 Keil uVision3软件介绍 23
5.2 Proteus软件介绍 24
5.3电路图及仿真结果 25
5.4本章小结 25
结束语 26
致 谢 27
参考文献 28
附录A部分电路图 29
附录B部分程序代码 30
第一章 绪论
1.1课题研究的目的及意义
近年来，随着中国城市经济的快速发展，城市人口不断增加，城市规模不断扩大，随之面临的水环境污染和破坏的问题日益严峻。尽管我国工业水平发展迅速，但是每年的废水量在不断增加，每年都会有一大批不合格的和未经处理的污水排入河流和湖泊[1]。其中对环境产生影响的原因主要有：未经过处理而直接排放的工业废水和生活污水。在农村地区化肥、除草剂等农药的大量使用，以及其他农业废弃物和生活垃圾在河边的随意摆放等等[2]。这些污染严重影响了人类周围的水资源环境，使地面水和地下水水质状况越来越恶化，进一步加剧了水资源紧张的局面，严重制约了经济的发展，危害着人类的身体健康[3]。
因此，对于工业上的废水，城乡居民使用的污水以及部分河流，湖泊附近的污染源及时进行实时的监控与管理已经成为当前我国水资源保护工作的一项重要的工作。针对目前我国人工现场采样进行水质检测费时又费力的现状，提出并设计了一款低成本、高效率的基于51单片机的河流水质污染远程监测系统。
水质污染远程监测系统可以用于对人类生产、生活污水和工业水质状况方面进行有效的远程检测。该系统除了能够及时的掌握地表水质的状况，保证人类饮用水的安全，检测生活、工业污水是否达标排放之外，还能监测并判断出河流水质的变化规律，并且能够预警水质污染等突发事件的发生[4]。
设计河流水质污染远程监测系统并实现该系统对水质状况连续监测的功能，为环境治理提供科学的依据成为了本次课题研究的目标。水质监测系统设计是将GPRS技术和单片机结合起来，系统内部可靠的传输性能以及高可信度的水质测量数据在保证人们的生命财产安全和保障社会经济和谐发展方面具有十分重要的意义[5]。它的优点主要表现为：
(1)通过无线连网
(2)分布范围较广，分布点零散
(3)传输性能可靠
(4)抗干扰能力强
(5)单片机系统易扩展、易调整
(6)可开发性强
(7)性价比高
1.2课题研究国内外发展情况
1.2.1国外发展情况
20世纪80年代初的时候就有国家开始对水质监测系统展开研究，再加上较强的经济、技术方面的支持，国外许多国家在河流水质远程监测技术方面较为成熟，有些国家在水质监测与控制方面已经拥有相当规模的应用。
美国，英国，日本，欧盟和其他国家已经建立了河流水质实时检测系统。在美国，首先建立了水质监测站，建立地点安排在俄亥俄河，一共有14个水质监测站点。到今天为止，已经发展到全国每万平方公里约二十多个水质监测站[6]。19世纪末英国泰晤士河上的水污染问题非常严重，在当时河里就早已不见鱼虾的踪影。但是之后英国开始进行水质监测研究，并且还迅速建立了250多个水质监测站，通过对河流水质状况实时的监测，及时采取解决方案，泰晤士河的水体质量得到很大改善，鱼虾的数目也逐渐增加[7]。日本在2000年发布了一个大阪水质远程监测系统，自从该系统投入使用以来，大阪河流水质状况一直保持稳定，并且该水质监测系统在日本具有很大的代表性。多瑙河沿岸的国家在1997年提出了开展DAEWS项目的计划，随后该计划开始实施。DAEWS项目主要是利用卫星通讯的方式，将所监测到的河流水质的信息告知给各沿岸的国家。当监测到水质状况有异常时，能够将水质警报信息发送到服务中心，这样一来多瑙河各沿岸的国家都能知晓，并能够提前预防、做好准备[8]。这个项目自实施以来，已经多次及时的预警了突发性的水质污染灾害，挽救了大量人民的生命，减少了大量的财产损失。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的目的及意义 1
1.2课题研究国内外发展情况 1
1.2.1国外发展情况 1
1.2.2国内发展情况 2
1.3课题研究的内容 3
第二章 系统总体方案设计 4
2.1系统方案概述 4
2.2系统设计框图和主要功能 4
2.3本章小结 5
第三章 系统硬件设计 6
3.1硬件电路选择 6
3.1.1 AT89C51单片机介绍 6
3.1.2浊度传感器 7
3.1.3 PH传感器 7
3.1.4温度传感器 8
3.1.5液晶显示器 9
3.1.6 A/D转换 10
3.1.7 GPRS远程数据传输技术 10
3.2硬件电路设计 12
3.2.1单片机最小系统电路 12
3.2.2晶振电路 13
3.2.3复位电路 13
3.2.4 ADC采集电路 14
3.2.5液晶显示电路 14
3.2.6浊度模拟数据电路 15
3.2.7 PH值模拟数据电路 15
3.2.8温度模拟数据电路 16
3.2.9报警电路 16
3.2.10 GPRS远程数据传输电路 17
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3.3本章小结 18
第四章 系统软件设计 19
4.1系统主程序流程图 19
4.2液晶显示电路流程图 19
4.3串口通信流程图 20
4.4 GPRS远程数据传输流程图 21
4.5复位电路流程图 21
4.6本章小结 22
第五章 系统开发与调试 23
5.1 Keil uVision3软件介绍 23
5.2 Proteus软件介绍 24
5.3电路图及仿真结果 25
5.4本章小结 25
结束语 26
致 谢 27
参考文献 28
附录A部分电路图 29
附录B部分程序代码 30
第一章 绪论
1.1课题研究的目的及意义
近年来，随着中国城市经济的快速发展，城市人口不断增加，城市规模不断扩大，随之面临的水环境污染和破坏的问题日益严峻。尽管我国工业水平发展迅速，但是每年的废水量在不断增加，每年都会有一大批不合格的和未经处理的污水排入河流和湖泊[1]。其中对环境产生影响的原因主要有：未经过处理而直接排放的工业废水和生活污水。在农村地区化肥、除草剂等农药的大量使用，以及其他农业废弃物和生活垃圾在河边的随意摆放等等[2]。这些污染严重影响了人类周围的水资源环境，使地面水和地下水水质状况越来越恶化，进一步加剧了水资源紧张的局面，严重制约了经济的发展，危害着人类的身体健康[3]。
因此，对于工业上的废水，城乡居民使用的污水以及部分河流，湖泊附近的污染源及时进行实时的监控与管理已经成为当前我国水资源保护工作的一项重要的工作。针对目前我国人工现场采样进行水质检测费时又费力的现状，提出并设计了一款低成本、高效率的基于51单片机的河流水质污染远程监测系统。
水质污染远程监测系统可以用于对人类生产、生活污水和工业水质状况方面进行有效的远程检测。该系统除了能够及时的掌握地表水质的状况，保证人类饮用水的安全，检测生活、工业污水是否达标排放之外，还能监测并判断出河流水质的变化规律，并且能够预警水质污染等突发事件的发生[4]。
设计河流水质污染远程监测系统并实现该系统对水质状况连续监测的功能，为环境治理提供科学的依据成为了本次课题研究的目标。水质监测系统设计是将GPRS技术和单片机结合起来，系统内部可靠的传输性能以及高可信度的水质测量数据在保证人们的生命财产安全和保障社会经济和谐发展方面具有十分重要的意义[5]。它的优点主要表现为：
(1)通过无线连网
(2)分布范围较广，分布点零散
(3)传输性能可靠
(4)抗干扰能力强
(5)单片机系统易扩展、易调整
(6)可开发性强
(7)性价比高
1.2课题研究国内外发展情况
1.2.1国外发展情况
20世纪80年代初的时候就有国家开始对水质监测系统展开研究，再加上较强的经济、技术方面的支持，国外许多国家在河流水质远程监测技术方面较为成熟，有些国家在水质监测与控制方面已经拥有相当规模的应用。
美国，英国，日本，欧盟和其他国家已经建立了河流水质实时检测系统。在美国，首先建立了水质监测站，建立地点安排在俄亥俄河，一共有14个水质监测站点。到今天为止，已经发展到全国每万平方公里约二十多个水质监测站[6]。19世纪末英国泰晤士河上的水污染问题非常严重，在当时河里就早已不见鱼虾的踪影。但是之后英国开始进行水质监测研究，并且还迅速建立了250多个水质监测站，通过对河流水质状况实时的监测，及时采取解决方案，泰晤士河的水体质量得到很大改善，鱼虾的数目也逐渐增加[7]。日本在2000年发布了一个大阪水质远程监测系统，自从该系统投入使用以来，大阪河流水质状况一直保持稳定，并且该水质监测系统在日本具有很大的代表性。多瑙河沿岸的国家在1997年提出了开展DAEWS项目的计划，随后该计划开始实施。DAEWS项目主要是利用卫星通讯的方式，将所监测到的河流水质的信息告知给各沿岸的国家。当监测到水质状况有异常时，能够将水质警报信息发送到服务中心，这样一来多瑙河各沿岸的国家都能知晓，并能够提前预防、做好准备[8]。这个项目自实施以来，已经多次及时的预警了突发性的水质污染灾害，挽救了大量人民的生命，减少了大量的财产损失。
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