污水综合监测仪器 论文

张衍波

设计一种远程污水监测系统，该系统以MSP430 单片机为核心控制器，通过不同传感器采集污水流量、温度、溶氧量、PH 值、氰化物、混浊度、氨氮含量
等指标，通过EMODEM 转换器、完备的公共电话网实现和计算机的远距离通信，为了帮助环保部门监督厂矿尽可能少的污染环境，系统还采用GSM无线传输方式实现监测数据的超标报警。所有实时数据为了留有备份，除了通过公共电话网传输到计算机外，还通过SPI接口存储在下位机SD存储卡中。
关键词：污水监测, MSP430单片机, GSM, SD存储卡、
理论分析
仪器是各个模块的组合，所以要让模块间正常有序的工作是关键，而保
证有序的重要前提是对整个信号流的了解，现在就以模块为单位讲解信号的
特征及传递关系：
1) 数据采集模块是整个信号流的开始，由相应的传感器及电路将被测非电
量转换成电量，并将这些电压信号限定在0--3.3v左右，以适应MSP430
的工作需要；
2) 使用MSP430自带的12 位AD转换器，将被测电量转换成0—4096的数字
量，以方便进行数据处理；
3) 对ADC 的数字量进行简单的处理，现阶段，只对浑浊度和温度进行有实
际意义的转换，其它量用其模拟电压值代替；
4) 将转换好的数据和保存的各项阈值进行比较，如果超标，则用短信方式
报警，单片机用串口将一定命令格式的AT 命令发送至GSM 模块，如
AT+CMGS=电话号码 表示所要发送到的手机号码，信息要以0x1a 作为结
尾。
5) 用于发送至电话线的数据及保存在SD 卡中的数据要遵循一定的数据格
式以方便 接收、存取及分析，现定义一条信息为31个字节，包括 7字
节的时间信息，每个通道占有3 个字节的信息量，若某通道关闭，则用
0xee填充这3个字节。
另外，对所选传输介质的选择也很重要，要保证数据传输的正确性，实
时性，并且要降低成本。
由于MODEM 技术已经很成熟，并且现有的公用电话网也非常完善，利用
MODEM 来完成远程数据的传输既经济又方便。GSM 无线传输技术也被广泛应
用，并且已经非常成熟，价格适宜，易于应用于数据量较小，无线短信通信
的场合。
2.2 选用TI 器件的依据，选型理由，所选TI 器件详细介绍
1) MSP430F149特点
□低电源电压范围：1.8v~3.6v
□超低功耗：2.5μA @4kHz，2.2v；
280μA @1MHz，2.2v。
□5种节电模式：
等待方式 1.6μA；
RAM 保持的节电方式 0.1μA。
□从等待方式唤醒时间小于6μs。
□16位RISC 结构，125 ns指令周期。
□基本时钟模块配置：
高速晶体（最高8MHz）；
低速晶体（32768Hz）；
DCO
□配合外部器件可构成单斜边A/D转换器。
□12位200Ksps 的A/D转换器，自带采样保持。
□内部温度传感器。
□具有3个捕获/比较寄存器的16为定时器Timer_A，Timer_B。
□两通道串行通信接口可用于异步和同步模式。
□6个8位并行端口，且2个8位端口有中断能力。
□硬件乘法器。
□多达60KB的FLASH ROM 和2KB RAM。
□串行在系统编程。
□保密熔丝的程序代码保护。
2) OPA228：由TI 公司生产的OPA228 是一款高精度，低噪声的运算放大
器
□低噪声：3nV/ Hz
□宽带宽：33MHz，10V/μs
□调整时间：5μs
□高共模抑制比：138dB
□高开环增益：160dB
□低输入电流：10 nA
□低漂移电压：75μV
□宽供电范围：±2.5V ～±18V
3) OPA300：
□高带宽：150MHz
□低噪声：3nV/ Hz
□失真小：0.003％
□输出电压漂移小：（V+）－100mV ～（V－）＋100mV
□单电源供电：+2.7V ~ +5.5V
4) OP07：
□极低的电压漂移：150μV MAX
□低输入电流：1.8 nA
5) DAC7611：TI公司生产的12 位串行输入DA转换芯片
□低功耗：2.5mW
□快速调节时间：7ms to 1 LSB
□线性输出
□3线接口