电气工程及其自动化专业毕业论文开题报告--基于电化学的饮水机水质监测报警器设计.doc

大学毕业设计（论文）开题报告姓名学号专业电气工程及其自动化设计（论文）题目基于电化学的饮水机水质监测报警器设计1. 毕业设计(论文)的目的及意义（含国内外的研究现状分析）：随着科学技术的高速发展，人们的生活水平和质量也在不断提高，饮用水这个维持生命第一要素已经由原来的自来水厂漂白粉消毒处理，甚至河水，雨水的简单沉淀后，改造为高度净化的纯净水和富含人体所需微量元素的矿泉水。众所周知，上一世纪中期美国宇航局计划投资2.5亿美元建造太空厕所，这费用实在高的离谱。尽管标价昂贵但厕所并非纯金制造，只是有一个很别致的功能可以把尿液转化为饮用水。其昂贵的制水过程不仅能把尿液过滤成水，而且能从湿毛巾中吸渗出可饮用的水分，美国宇航局官员表示，这种转换水比美国的自来水更洁净。这其中用到的最重要的一项技术就是现在流行的膜过滤技术，后来这项水质净化专利技术年久失效，走入民间成为水处理实用技术普及。在当今生活中，膜过滤技术一般用于家用饮水机或者工厂，水净化工艺越来越受到人们的重视，而大规模改造现有水厂的生产工艺从经济上尚不可行。在这种背景下水过滤技术应用而生，在我国直饮水机主要靠过滤实现，其工艺过程包括前置超滤膜、食用级阳离子交换树脂、发丝活性炭、能量活水素、颗粒椰壳活性炭、后置超滤膜、液体激活器几个过程。但是一旦时间太久过滤网就会失去作用，无法完成有效的过滤过程，这样水质就会变坏，如果人们无法察觉这种变坏就会给人们健康生活带来问题。在国外这种水质时时报警系统发展比较早，现在已趋于成熟。但是在国内起步较晚，而这种应用于饮水机的时时报警系统上未普遍应用。对此，本人作为一个即将毕业的大学生，想利用自己大学期间所学的知识来研究一个，基于电化学的饮水机水质监测报警器，以达到饮水机水质变化时报警，提醒人们更换过滤网。这一装置主要用到了大学所学的电化学知识、微机单片机控制技术、数字电子技术、模拟电子技术。2. 基本内容和技术方案：一本设计课题的基本内容是电化学测量饮用水的导电率与单片机应用技术相结合制作饮用水水质变化实时监测报警装置。（原理图详见图2）1）电化学原理（Electrochemistry），由于纯水是不导电的，当水质不纯水中含有电解质（离子）时，水就可以导电，就可以测水中的电导率。从而电导率的变化可以间接反映了水质的变化。 图 1 水中杂质导电可以测水中的电导率2）单片机原理：单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器 （Microcontroller Unit）， 常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。3）系统构成图（见下页）MPUMPU反相器图5.3 电极安装图测量电极测量电极螺纹座测量电缆测量电极紧固件水流出水流入与电极接线（红黑白黄）指示灯5cm15cm10cm图3.10 WT588D-U方框图音频输出USB下载输入端BUSY输出WT588D-U图3.3 信号采集原理是示意图LM339图3.2 电极尺寸参数54分NPT1316.9779158图3.1 测量信号电路原理图水杯万用表电源电位器 图2.2构成系统的流程图NYY NY NRETI熄灭LED 关闭SPK是否按下复位发出声音报警语音芯片是否繁忙分析信号是否正常开始LED发光报警启动声光报警电路开始报警语音芯片驱动声音报警水桶水流出水流进启动开关扬声器图2.1系统构成电气原理电极采集信息放大电路比较器AT89C2051发光报警启动开关（记时）语言存储放大电路发光二极管比较器反相器饮水机水管柱状监测电导率电极扬声器 图 2 系统结构示意图（电源未标示）装置功能、工作原理：实时检测进入饮水机水管的电极测量两极之间的离子浓度，将数值发送到比较器，和比较器内正常数值做比较，离子浓度小于正常数值，则说明水质合格，否则发送信号给反相器。反相器向MPU（2051）发送低电平输入信号，MPU收到信号后激活语言存储模块通过放大电路驱动扬声器发出语音报警，同时MPU控制发光二极管发出闪光报警。运行开关启动时就开始累计记时，根据过滤膜的寿命定时，时间一到则向MPU发出信号，发出声光报警。4）传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。二 设计（论文）结构提要 1. 课题题目：基于电化学的饮水机水质监测报警器设计 绪言 2关键词： 电化学 电导率传感器 单片机 语音芯片 3电化学监测水质机理分析 3.1 电导率与水质 3.2 电导率传感器 4单片机应用原理4.1 51系列MPU的接口4.2 51系列MPU指令系统 4.3 外围电路驱动语音芯片5水质监测报警器研制 5.1 各部件原理接线设计及参数计算 5.2 各部件结构和装配图设计 5.3 2051程序编写 5.4 产品的安装调试 6使用说明书 6.1 原理简介和技术指标 6.2 安装、操作步骤方法 6.3 传感器的标定和报警设定 6.4 常见故障处理7研制总结、存在问题分析后记 感谢协作者3. 主要参考文献：1童诗白、华成英模拟电子技术基础（第四版） 高等教育出版社 2010 (05)2阎 石 数字电子技术基础（第五版） 高等教育出版社 2010 (11)3张晓乡 89C51单片机实用教程 电子工业出版社 2010 (08)4maigoozxn 直饮机 直饮水机工作原理及过滤程序百度知道 2012 (12)5何希才、薛永毅传感器及其应用实例 机械工业出版社 2004 (04)6施金鸿、陈光明 电子技术基础实验与综合实践教程北京航空航天大学出版社2006 (07)4. 进度安排：（1） 2012/12/232013/1/10 资料调研和开题报告撰写（2） 2013/01/-2013/02/20 假期进行有关部件调研考察，方案设计（3） 2013/03初-第一周 汇总调研有关技术资料，准备方案 （4） 2013/03中-2013/03末 原理设计接线图设计（5） 2013/03末-2013/04初 工程安装设计，包括数值计算、编写程 （6） 2013/04中-2013/04末 购买器件，制作组装（7） 2013/05初-