基于51单片机的水位水质检测系统方案原理PCB设计

总体方案设计

（末尾附文件）
通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了两种技术方案来实现系统功能。下面我将首先对这两种种方案的组成框图和实现原理分别进行说明。
2.1 智能水位水质检测电路设计方案框图
两种方案的框图如下图：
方案1：

方案2：

2.2 方案论证
对于方案1和2按照理论来看做出来能够达到一定的预期效果，能达基本满足本次设计的基本要求。但是两种方案不同之处就在于传感器的选择和AD的选择，现就这两个方面来论述.为什么选择方案2。
方案1的传感器部分是利用应变片做的压力变送器，其结构如下图2.1:

图 2.1
这是利用4片应变片做的全桥电路其电压灵敏度比单臂工作时提高了4倍，消除了一定的非线性误差。其输出的为电流信号但是非常小，所以在外部又加了一个差动放大将信号放大才能满足AD 0 - +5V的输入电压的要求。但是此类的工作都是提供1.5mA的横流源，我们自己做的恒流源很难满足要求。硬件部分完成以后还要对其进行测试线性度，但是测量比较麻烦后期的数据处理也比较繁琐，最后达到的效果也比较差所以就没有选择应变片制作。
对于AD的选择主要是ADC0809与ADC0832之间的选择。
ADC0809是8位分辨率；+5V电源供电；输入电压为0 - +5V；工作频率250HZ；转换时间为32us；数据转送是8位串行传送；
通过直观的观察可以发现由于ADC0809的数据传送是8位串行的所以传完8位数据需要的时间为256us，而ADC0832为8位的并行数据传送，传8位数据只需100us。所以ADC0832的转换存取速度更快，这样系统的工作效率更高。所以我们采用的是ADC0832。
综上我们本次设计水位水质检测电路采用的方案2。
2.3 方案可能的扩展功能
我们这次设计的智能水位水质检测电路结构还比较简单，只是完成测水位水质并读出页面高度的基本功能，在这几完成后发现该系统还能扩展许多功能。比如增加报警系统（应用于比如水库的水位水质测量时可以做下限报警和超限报警）；远程的控制系统（比如家用的水塔水不足时可以控制水泵加水）。

单元模块电路的设计

本节主要介绍系统各单元模块的具体功能、电路结构、工作原理、以及各个单元模块之间的联接关系；同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、以及核心器件进行必要说明。
3.1各单元模块功能介绍及电路设计
本系统电路模块主要分为四个单元模块，它们分别是：传感器输出部分；ADC0832的数据采集转换模块；单片机最小系统模块；模块.各单元模块功能及相关电路的具体说明如下。
3.1.1 传感器输出部分
3.1.2 ADC0832数据采集转化部分
该级电路一共实现了两个功能：第一个是对模拟电压信号的采集。第二个功能是将模拟电压信号转换成数字信号。
这一级的原理图如图3.2：

图3.2 ADC0832数据采集转换电路图
3.1.3 单片机最小系统模块
这部分主要是由STC89C52单片机组成的一个最小系统，通过单片机来控制ADC0832的信号采集转换以及对串口通信的控制。
该级电路原理图如图3.3：

图3.3 单片机最小系统电路图

3.1.4 模块
模块主要通过USB转串口线来与LCD1602液晶显示屏通信将ADC0832采集和转换的数据传给LCD1602显示出所测得液面高度。
模块的原理图如图3.4：

图3.4 电路图
3.2 电路参数计算及元器件的选择
3.2.1 元器件的选择
设计所用仪器及器件如下表1：
3.3 特殊元器件介绍
这一节将对设计过程中用到的一些特殊元器件进行介绍，主要是介绍该特殊元器件的内部结构，工作原理，及使用时应该注意的事项。
3.2.1 ADC0832
ADC0832的内部原理结构图如下图3.5：

图3.5 ADC0832的内部原理结构图
ADC0832主要技术指标如下：
(1) 高阻抗状态输出
(2) 分辨率：8 位(0~255)
(3) 存取时间：135 us
(4) 转换时间：100 us
(5) 总误差：-1- +1LSB
(6) 工作温度：ADC0832C为0度-70度；ADC0832L为-40 度-85 度
(7) 模拟输入电压范围：0V - +5V
(8) 参考电压：2.5V
(9) 工作电压：5V
(10) 输出为三态结构
ADC0832的引脚图如下图3.6：

图 3.6 ADC0832引脚图
引脚及功能特性如下：
CS_片选使能，低电平芯片使能。
· CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。
· CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。
· GND 芯片参考0 电位（地）。
· DI 数据信号输入，选择通道控制。
· DO 数据信号输出，转换数据输出。
· CLK 芯片时钟输入。
· Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。

传感器主要参数如下：
工作电压：4.2v—6.2v；压力范围：0-----1000mm水柱，0----0.1Kg/c㎡；电压输出：0.23v—4.9v；线性度0.2%；外型：30×30×20mm 。
接线方式：每个接线柱下皆有标示，G-接地，I-接+5V另与O-之间加载2.2K上拉电阻即可通过0-输出
传感器本身不能放到水里，所以设计时我们是利用水管引水到传感器中央的压力感应膜上。
3.4 个单元模块的联接
个单元的联接如下图3.9：

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提取码：u46c