水质监测方案的基本框架（水质监测系统硬件设计）

水质监测方案的基本框架（水质监测系统硬件设计）我们若是想监测自己生活用水的水质，则只需检测pH、电导率、溶氧率、浊度这四个指标就可以了。水温度的变化，即使是相对较小的温度变化也会对水生野生动物产生重大的负面影响，影响生物生长和鱼虾类动物进食的速度，以及它们的繁殖时间和效率。全球气候变暖也会增加有害藻华的风险，滋生了水生植物和鱼类产生负面影响。电导率指标，主要目的是监测水体中总的离子浓度。包含了各种化学物质、重金属、杂质等等各种导电性物质总量。浊度值得高低，直观反映的是水体的浑浊程度。浑浊程度主要是受水中的不溶性物质引起，不溶性物质包括悬浮于水中的泥沙、腐蚀质、浮游藻类和胶体颗粒物等。降低浊度的同时也降低了水中的细菌、大肠菌、病毒、隐孢子虫、铁、锰等。地表水中浊度值偏高，同时会影响水中植物的光合作用效率，进而影响了氧气的产生，导致腐烂生物降解过程中的催化能力下降，使水体进一步恶化。所以地表水中浊度测量参数是反映了水体污染程度的综合指标。

水是生命之源，水污染问题是目前社会上备受关注的一个话题， 水质监测也是目前为了保护

水资源所需的一项重要技术措施。

地表水质监测一般监测水质五个参数，地表水水质监测常规五参数指的是pH、电导率、溶解氧、浊度、温度。

水质中pH值的变化会影响藻类对氧气的摄入能力及动物对食物的摄取敏感度；会影响细胞膜转运 物质的活性和速率，影响其正常代谢，进而对整个食物网产生影响。

电导率指标，主要目的是监测水体中总的离子浓度。包含了各种化学物质、重金属、杂质等等各种导电性物质总量。

浊度值得高低，直观反映的是水体的浑浊程度。浑浊程度主要是受水中的不溶性物质引起，不溶性物质包括悬浮于水中的泥沙、腐蚀质、浮游藻类和胶体颗粒物等。降低浊度的同时也降低了水中的细菌、大肠菌、病毒、隐孢子虫、铁、锰等。地表水中浊度值偏高，同时会影响水中植物的光合作用效率，进而影响了氧气的产生，导致腐烂生物降解过程中的催化能力下降，使水体进一步恶化。所以地表水中浊度测量参数是反映了水体污染程度的综合指标。

水中溶解氧除了被通常水中硫化物、亚硝酸根、亚铁离子等还原性物质所消耗外，也被水中微生物的呼吸作用以及水中有机物质被好氧微生物的氧化分解所消耗。所以溶解氧是地表水监测的重要指标，是水体是否具备自净能力的表示。溶解氧值的高低能够反映出水体受到的污染程度，特别是有机物污染的程度。

水温度的变化，即使是相对较小的温度变化也会对水生野生动物产生重大的负面影响，影响生物生长和鱼虾类动物进食的速度，以及它们的繁殖时间和效率。全球气候变暖也会增加有害藻华的风险，滋生了水生植物和鱼类产生负面影响。

我们若是想监测自己生活用水的水质，则只需检测pH、电导率、溶氧率、浊度这四个指标就可以了。

根据以上分析， 可以得出系统硬件整体方案流程如下图。

器件选型：

器件不是唯一的选择，本图只做参考选型。

其中， 主控芯片使用的是 STC89C52 STC89C52 是一种低功耗、 高性能 CMOS8

位微控制器， 具有 8K 该系统可编程 Flash 存储器。 在单芯片上， 拥有灵巧的 8

位 CPU 和在系统可编程 Flash， 使得 STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供服务

高灵活、 超有效的解决方案。

A/D 转换芯片使用的是 TLC2543 芯片， TLC2543 德州仪器有限公司生产的 12 位开关电

容型逐次逼近模数转换器， 它具有三个控制输入端， 采用简单的 3 线 SPI 串行接口可方

便地与微机进行连接， 是 12 位是数据采集系统的最佳选择器件之一。

TLC2543 与外围电路的连线简单， 三个控制输入端为 CS(片选) 、 输入/输出时钟(I/O CLOCK) 以及串行数据输入端(DATA INPUT) 。 片内的 14 通道多路器可以选择 11 输入中的任何一个或 3 内部自动测试电压中的一个， 采样－保持是自动的， 转换结束， EOC 输出变高。

TLC2543 是 12 位串行模数转换器， 由于是串行输入结构， 能够节省 单片机 I/O 资源， AIN0～AIN10 为模拟输入通道。 DATA OUT 为 A/D 转换结果的三态串行输出端， EOC 为转换结束端， I/O CLK 为 I/O 时钟端， REF 为正基准电压端， REF-为负基准电压端， 最终得到如图电路。

PH 传感器使用的是 BHT-D 型 PH 值、 温度模块， 该模块采用双高阻三电极体系， 具有在线一键校准、 实时温度补偿、 电极松断报警、 校准时电极好坏报警、掉电保护（可使标定结果和预置数据不因关机或停电而丢失）、 测量精度高、 响应快、 使用寿命长等特点。 产品体积小、 重量轻、 易于安装和维护， 可 PH 值、温度同时输出 0-5V、 0. 4-2V、 1-3V 线性模拟信号 或窗口输出数字信号， 方便用户进行二次开发。 其实物如下图 所示。

浑浊度传感器使用的是 TSW-30 浑浊度传感器， 此刻利用光学原理， 通过测量溶液中的透光率和散射率来综合判断溶液浊度情况， 从而大大检测水质的目的。传感器内部是一个红外线对管， 当光线穿过一定量的水时， 光线的透过量取决于被测液体的污浊程度， 水越污浊， 透过的光就越少。 浑浊度传感器模块实物如下图。

浑浊度传感器直接输出模拟电压值， 但其浑浊程度无法量化， 水质浑浊越

严重， 则该传感器的输出电压越低， 该传感器端口分布如图

导电率传感器使用的是 TDS 导电率传感器 水导电率又称为 TDS， 可以通过

水的导电程度来反映水的纯净程度， 本方案使用的导电率传感器如图

该传感器适配单片机， 可输出 0~2. 3V 模拟电压， 且其具有 3. 3~5. 5V 宽电压供电特性， 能够非常方便的接到现成的控制系统中使用， 测量使用的激励源采用交流信号， 可以有效地防止探头极化， 增加探头寿命， 同时增加输出信号 d 额稳定性， 且 TDS 探头为防水探头， 可长期浸入水中测量。

溶氧度传感器使用的是 AR8210 溶氧度传感器， 溶氧度传感器一般分为荧光法传感器与极谱法传感器， 本方案使用荧光法传感器进行设计。

字符型液晶显示模块。 它是由字符型液晶显示屏（LCD）、 控制驱动主电路 HD44780及其扩展驱动电路 HD44100， 以及少量电阻、 电容元件和结构件等装配在 PCB 板上而组成。

硬件电路设计

硬件电路由单片机主控电路和 ADC 转换电路构成， 辅有 PH 传感器 导电率传感器 浑浊度传感器 溶氧率传感器完成系统的整体功能， 主控电路能够复位系统程序， 防止系统程序因逻辑错误而进入死循环， 同时提供精确的时钟频率； ADC转换电路能够将各个传感器模块读取的环境模拟量转换为可供单片机编程处理的数字量； PH 传感器能够检测被测物中氢离子浓度并转换成相应的可用输出信号； 导电率传感器用来测量待测水质溶液的电导性； 浑浊度传感器能够测量水质的浑浊度； 溶氧率传感器能够测量氧气在水中的溶解量。

最终硬件实物图

LCD 屏幕上分别显示着 PH 值、 浑浊度、 溶氧率、 导电率对应的电压值， 电压值越大， 表示检测到的数据值越大。 仿真结果表明， 本系统能够通过 PH 传感器、 浑浊度传感器、 溶氧率传感器与导电率传感器进行四项水质参数监测， 单片机通过 AD 转换将各个参数的数值通过 LCD1602 进行显示， 实现对水质的监测功能， 判断水污染情况。， 符合预期的目的。