水源水质监控设计方案

基于单片机间无线数据传输的水源水质实时监控系统设计方案课题研究的背景与意义：背景：饮水水源质量是我们日常生活所关心的问题之一，保证良好的饮水水源质量是创建健康和谐社会的重要组成部分。而大多的饮水水源点都设在离城市较远的郊区或者大河边上，这样使的从事饮水水源监测工作的人非常的辛苦而且不能实时的进行水源检测。意义：饮用水源水质监测。通过传感器测出的水质数据经射频模块传输到服务器检测端，在达到实时监控的目的的同时，简化系统结构，降低维护成本。主要研究思路和方法：（基本思路、工作重点、技术路线等）项目的主体：一端进行水质检测，一端实行数据分析显示，两端通过400MHz特高频无线通信实现数据传输。水质检测端：中央控制模块：处理器采用AT89C51进行检测端的工作控制和数据处理；数据发送模块：发射模块采用MICRF102或者NRF905，RF发射方式进行无线数据传输；数据采集模块：水质检测装置待定。采集温度和PH两个数据。数据处理显示端：中央控制模块：处理器采用AT89C51进行检测端的工作控制和数据处理；数据接收模块：接收器采用MICRF002或者MICRF007或者NRF905，进行数据接收；数据显示模块：采用LCD1602作为显示器件。工作重点：实现单片机之间的无线数据传输。使用工具：AT89C51开发板，MICRF102数据发射模块，MICRF007数据接收模块，AltiumDesigner软件，Keil。单片机全双工无线传输方案：发射电路采用图1电路，接收电路采用图2电路，通信距离不小于200M。ICRF002美国Micrel公司推出的单片集成电路，可完成接收及解调。MICRF002是MICRF001的改进型，与MICRF001相比，功耗更低，并具有电源关断控制端，可方便的与单片机接口。MICRF002性能稳定，使用非常简单。，ICRF002使用陶瓷谐振器，换用不同的谐振器，接收频率可覆盖300-440MHz。MICRF002具有两种工作模式：扫描模式和固定模式。扫描模式接受带宽可达几百KHz。此模式主要用来和LC振荡的发射机配套使用，因为，LC发射机的频率漂移较大，扫描模式下的数据通讯速率约为每秒2.5KBS。固定模式的带宽仅几十KHz，此模式用于和使用晶振稳频的发射机配套，数据速率可达每秒钟10KBytes。工作模式选择通过MICRF002的第16脚（SWEN）实现。另外，使用唤醒功能可以唤醒译码器或CPU，以最大限度地降低功耗。发射模块：MICRF102是Micrel公司推出的一种远距离无线数据传输发射芯片，它的所有调谐都可在IC中自动实现，具有自调谐功能,可自动调谐，从而免去手动操作的麻烦，同时也可动态适应它在阻抗方面的变化。MICRF102的特定发射功率本身具有50Ω的负载。天线的功效决定着实际的辐射功率,好的天线设计可使得输出在3米内产生67dBμV/m～80dBμV/m的射功率。PC脚可用来设置所需的发射功率。该脚上的电压与功率放大器输出端的差分电压成比例。当PC脚电压增加到0.4V时,输出功率将受到电流所限而不再发生变化。减少PC脚电压可降低输出功率,同时也将降低射频输出功率和它的最大范围。MICRF102在驱动天线环路方面具有特殊功效，它有一个可驱动感性负载的双差分输出。输出级包括一个可对天线的电感进行自动调谐的变容器，以达到谐振的目的。准确设计高Q值的天线环路可以更精确地对谐振电路的中心频率进行设置，需要注意的是，中心频率的小小偏移都可能降低其发射功率。天线本身就是一个感性元件。一个简单的电容器与天线并联，即可组成谐振电路,其谐振频率由下式决定：f=[1/（4π2CL）]1/2图1和图2为MICRF102的与单片机的串行接口电路：图1图2接收模块：MICRF007是与MICRF102配套的ASK/OOK接收IC，主要应用于无线电传输方面，该器件的RF输入范围300-400MHz；数据传输率高达2.1kbps；可实现自动调谐，从而免去人工调整。MICRF的工作电压范围在+4.75V到5.5V；工作电流典型值3mA；接收灵敏度典型值-96dBm；RF输入范围300MHz到440MHz，接收调制占空比从20%到80%。MICRF007的典型应用电路如下图所示。它是接收315MHz1200b/s的OOK接收机。信号从天线输入，数据从DO输出。在应用中要确定基准振荡频率fr，及选择CTH及CAGC。超外差接收机的本地振荡频率fLO与发射机传输频率fTX差为中频IF的中心频率。fLO与fTX的关系为：本地振荡频率fLO与基准振荡频率的关系为：根据fTX与fT关系可计算出如下表关系：为保证fT的稳定，应采用晶振或声表面调谐器。CTH连接在CTH端的电容与数据限幅程度时间常数T有关，并且与fT有关，CTH与T及fT的关系为：在315MHz时，根据不同的T，在0.047~2.2uF之间选取。CAGC是连接在CACC端的电容。CAGC在0.47~4.7uF之间选取。MICRF007的外围电路与单片机的连接的电路如图3和图4。其中，电容用来滤除杂波。天线接收到数据后由MICRF007解调，输出数据经单片机的P3.6口输入单片机内部处理。SHUT为接收机模式选择端，它有单片机P3.7口控制，P3.7为高电平时，MICRF进入低功耗状态，P3.7为低电平时，MICRF007进入发射状态。图3图4显示模块：采用的是LCD1602作为显示模块。液晶显示器各种图形的显示原理:线段的显示点阵图形式液晶由M×N个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×8=128个点组成，屏上64×16个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H——00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，……（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。这就是LCD显示的基本原理。字符的显示用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由6×8或8×8点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。图5为1602字符型液晶显示器实物图图5第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。温度传感器：暂时选定pt100或ds18b20.PH探针：EST-701YPH复合电极。或者E201复合电极.。服务器端硬件设计:服务器端由单片机，显示端，MICRF007，几个按钮组成。数据采集端硬件设计：因为protues元件库里面没有ph探头和micrf系列，所以没画上去。开始系统初始化获取水质数据进行数据处理将数据传递到sendbuffPH探头MICRF102