摘 要

水对于人类的生存至关重要，它是生命的根源，是人类不可或缺的物质资源，更是人类的生存和发展中的十分重要的一环。没有了水，人类就难以存活。水质的安全就关系到工业生产的进行和居民日常用水饮用安全，浊度代表着水中残余物的含量，是水质测量一个十分关键的指标，因此，设计一种简单有效和稳定的测量系统是十分重要的。

文章运用红外垂直散射法设计了一款浑浊度测量系统。文中通过比较不同测量浑浊度的方法的优势和不足，论述了运用散射式的方法进行浑浊度测量的可行性，完成了散射式浊度仪系统的设计。设计的系统以AT89C52单片机为核心，选用低功耗红外LED作为系统光源，以光电池完成散射光信号的光电转换，通过信号处理电路，最终获得水样的浊度值。由于散射式浊度测量法杂散光少，信号稳定，因此基于散射式方法所设计的浊度计具有较高的测量准确度和稳定性。

关键词：浑浊度 ；散射法；浊度计； 单片机

Abstract

Water is essential for human survival, which is the root source of life, it is an indispensable human material resources, but also of human survival and development of a very important part. Without water, humans would be difficult to survive. Water security will be related to the industrial production and people's daily drinking water safety, water turbidity represents the content of the residue, water quality measurement is a crucial indicator, therefore, to design a simple and effective and is very stable measurement system important.

  Paper uses infrared designed a vertical scattering turbidity measurement system. Text by comparing different strengths and weaknesses turbidity measurement methods, and discusses the feasibility of using the scattering method turbidity measurements, scattering turbidity completed the design of the system. System designed to AT89C52 microcontroller as the core, use low-power infrared LED as a light source system, complete with photocell photoelectric conversion scattered light signal by the signal processing circuit.Finally, the turbidity value of water sample was obtained. Since the scattering turbidity measurements less stray light, signal stability, and therefore scattering method based on the design of the turbidity meter with high measurement accuracy and stability

Keywords: Turbidity; Scattering; Turbidity meter; SCM

目录

第1章 绪论 1

1.1 浊度计应用与研究现状 1

1.1.1浊度计的应用 1

1.1.2 国内外研究现状 2

1.2 研究目的与意义 2

第2章 浊度的测量原理 4

2.1 浊度的定义 4

2.2 浊度计的简介 4

2.3 散射式浊度计的测量原理 4

第3章 系统设计方案 5

3.1 整体方案 5

3.2 硬件设计方案 5

3.3 软件设计方案 5

第4章 系统硬件电路的设计 6

4.1 光源的选择 6

4.2 光电传感器的选择 7

4.3单片机的选用 8

4.3.1单片机的说明及应用 8

4.3.2 单片机的结构特点 8

4.4键盘工作原理 8

4.5前置放大电路的设计 8

4.6 A/D转换器设计 9

4.7单片机电源设计 9

4.8 复位电路 10

4.9 显示电路 11

5 软件的设计与选择 12

5.1软件总体介绍 12

5.2浊度采集程序介绍 12

5.3 LCD显示程序介绍 13

6 系统仿真与调试 15

6.1 系统仿真 15

6.2实物调试 16

6.3 项目实施的经济性分析 21

7 分析与总结 22

致谢 23

参考文献 24

附录 25

1 总电路图 25

2 仿真示意图 25

3 总程序 25

第1章 绪论

1.1 浊度计应用与研究现状

1.1.1浊度计的应用

浊度的测量在日常供水，工业污水的处理，化工等行业应用广泛，出于提高净化技术与生产管理水平的目的，降低水的污浊度，实现对水质的实时检测就显得至关重要，而浊度的指标值是水质测量的重要性参数之一，在旧式水厂的生产中，浊度的测量用比色、比光等方法进行人工的测定，测量出数据的误差都比较的大，稳定性差，因此工业生产效率低，居民用水安全等问题比较突出，急需解决。如今多采用在线连续测量的方法，可以将得到的数据迅速转换为电信号，提高了检测的效率，改善了测量的稳定性，实现了实时精准检测。

在国际标准（ISO7027- 1984）中，浊度仪用于测量浊度的两种标准测量方法有散射法和透射法。两种方法均是将一束光穿过待测的液体，不同的是透射法测量透射光强的衰减量来得到水样的浊度值，而散射法通过测量水样中杂质所散射的光强来得到浊度值。在考虑到检测时待测浊度与电信号之间的关系、 光源的选择、仪器的校准方法和稳定性等因素时，两种检测方法都各有优点和缺点。透射法虽然原理简单和仪器的设计也比较方便，适用于较大的浊度测量范围，但在待测水样浓度较低时，透射光变化率由于浊度的变化微小而导致其变化率十分小，所以就要求选用的光电接收元件和放大器的分辨率和稳定性要很高；而散射式测量特别是90°测量法杂散光少，光强信号稳定，适用于居民日常的应用，稳定性好，适用于低浓度水样的测量。光学原理运用于浊度的测量极大地提高了测量的效率，开辟了浊度测量的新途径，大大提高了测量的效率和精准度。

设计所采用的电路参数、测量结构的几何参数以及待测水样的水质决定了水样的浊度与对应的信号之间的关系，这种相互间的关系如果用模拟运算电路进行模拟的话很难进行线性化，因此浊度测量系统的定标需要确定各种电路的相关参数、几何参数以及与悬浮微粒的光学特性有关的各种参数后再进行。

1.1.2 国内外研究现状

在80年代，我国就开始研制水质浊度分析仪用于工业生产，国内的光源和传感器技术的生产比较落后，与国外浊度仪进行比较的话，研制技术的性能差别有一定的差距，另一方面电子控制线路的技术也不是很突出，所以在比较长的一段时期内，国内的水浊度分析仪器研制与生产基本是空白页。但伴随着我国国民经济和科学技术的快速提高，国内关于浊度与浊度仪的研制开始变得热门起来，包括一些大学的研究实验室已开始浊度仪的研究使用。但总的来说，研究机构和产品型号，普遍比较单一，而且其中很大一部分还是台式的，在工厂中使用并不方便，另一方面从产品的说明书来看，这样的产品测量的范围也是十分的有限。浊度传感器是造成上一问题的主要原因，尤其是光源的稳定性，寿命的问题急需彻底的解决。所以改善国产浊度传感器测量的稳定性是需要解决的首要问题。而在90年代以后，我国借鉴了国外浊度仪先进技术的优点，不断对自己的浊度仪进行修整和创新，研制出了一系列浊度仪器的新类型，即使还没有进口仪器那样先进，但对于在普通情况下的使用，弥补了我国浊度仪的不足，但是从其技术性能方面来看，测量范围和稳定性还是有限的。所以总的来说，国内的浊度仪的发展历经了很长的一段时间，而经济技术和科学创新技术的发展直接促成了浊度测量技术的发展，而现今浊度仪器行业正在快速地发展^[1]。