基于4G的水质参数远程监测系统研究
基于4G的水质参数远程监测系统研究
摘 要 近年来随着我国经济飞速的发展，对水资源的破坏也日益严重。无论是生活需求用水还是工业废水的处理都存在这严重问题，由于水质净化技术的不成熟，对水质监测的实时性存在着很大的缺陷，水污染也给人们一个很大的挑战。所以对水资源保护和治理刻不容缓。如何节约用水，环保用水，循环用水是我们新一代的首要任务。为此，对水的监测尤为重要。传统的水质监测大多都是利用人工采样，检测范围较小，自动化与信息化程度较低，而且实时周期长，效率低。这与我们的时代主题不符。所以新型的水质参数监测系统研究迅猛发展。
基于我国水质监测的需求，本文基于4G通讯技术，是以AT89C52 作为主控单片机，实现的对水质进行监测，用我们熟悉的温度、溶解氧、氨氮、PH等传感器来收集水的各个参数，然后液晶屏上就会实时显示被测水质的温度、溶解氧、氨氮和pH值，最后利用4G通信远程发送数据。替代了以往的人工监测，具有非常明显的应用价值。
关键词 4G 水质监测 单片机 数据采集 A/D转换 无线传感器
Research on remote monitoring system of water quality
parameters based on 4 G
Abstract With the rapid development of China’s economy in recent years, the destruction of water resources is also growing. Whether it is life needs or the treatment of industrial waste water there are serious problems, due to the immature water purification technology, water quality monitoring real-time there is a big flaw, water pollution also gives people a big challenge. So the water resources protection and governance without delay. How to save water, environmental water, recycling water is our new generation of the primary task. To this end, monitoring of water is particularly important. Most of the traditional water quality monitoring is the use of manual sampling, detection range is small, low degree of automation and information, and real-time long cycle, low efficiency. This does not match our theme of the times. So the rapid development of new water quality parameter monitoring system.
Based on the requirements of water quality monitoring in China, this paper is based on 4G communication technology, AT89C52 as the main control micro controller, to achieve the water quality monitoring, with our familiar temperature, dissolved oxygen, ammonia, pH and other sensors to collect water parameters, and then LCD screen will be displayed in real time measured water temperature, dissolved oxygen, ammonia and pH, and finally use 4G communication to send data remotely. Instead of the previous manual monitoring, has a very significant application value.
Key words：4G water quality monitoring Single chip data collection A / D conversion Wireless sensor
目录
第一章 绪论 1
1.1我国水质监测背景 1
1.2国内水质监测技术的研究与发展的现状 1
1.3国外水质监测技术的研究与发展现状 2
第二章 监测方案的选择和论述 3
2.1 pH值的测量方法和pH传感器 3
2.2 氨氮的测量方法及其传感器 5
2.3 混浊度及浊度传感器 6
第三章 硬件电路原理及功能概述 8
3.1 ADC0832芯片的介绍 8
3.2 单片机芯片的选择 8
3.2.1方案一：AT89C52单片机 8
3.2.2方案二：STC89C52单片机 9
3.3 液晶芯片的选择 9
3.3.1方案一：采用12864液晶显示屏 9
3.3.2方案二：采用LCD1602液晶显示屏 10
3.4 4G模块与通讯协议 10
第四章硬件电路设计及软件电路设计 12
4.1单片机的控制电路 12
4.2复位电路设计 12
4.3 电源电路设计 13
4.4 时钟电路设计 13
4.5 软件主程序流程图 14
4.6 A/D转换电路流程图 15
4.7 STC89C52的简介 16
4.8 LCD1602液晶显示模块的简介 17
4.8.1 LCD1602各引脚的功能 17
4.8.2 LCD1602显示模块电路原理图 18
4.9 水质转换检测电路 19
总结 20
展望 21
致谢 21
参考文献 23
第一章 绪论
1.1我国水质监测背景
随着我国经济的日益发展，人口数量庞大，对水资源的需求日益增多，同时对水环境的破坏也不断增大。这要求我们必须合理用水，环保节水。在当今社会，全世界都在面临纯净水水危机，我国也在其中。毋容置疑，我国的是世界人口最多的国家，原本水资源丰富的大国人均拥水量显得不足，加上水分布不均，水资源的浪费与污染严重，城市缺水等严重导致了我国水资源短缺。这个背景下，对水的监测系统也日益发展起来了。水质监测主要以水温、PH、溶氧、浑浊度等为基础参数进行监测研究。传统的水质监测大多都是人工采集，不仅速度慢效率低，而且十分繁琐。这样，就要求我们去寻求更先进的技术来实现对水质的实时监测。随着网络的覆盖，在无线通信技术中，4GLTE网络以其特有的低功耗 、低速率延时短的优点在农业，工业，生态保护等各大领域占有突出地位。水质监测为水环境保护提供数据和资料,是水资源环境管理与保护的重要手段,而对水质的监测和管理影响到人民生活的各个方面。我国正处于经济迅速发展的阶段,如何在保护环境尤其是水资源的同时发展经济,也已经成为社会的焦点问题。因此有必要建立水质实时监测系统,使水污染能被及时发现,减少经济损失。
1.2国内水质监测技术的研究与发展的现状
水质的优劣能直接影响人们的生活。就生活用水方面来讲，水污染容易让人们感染上一些疾病。就工业用水来讲，工业废水和城市污水对江河湖泊生态有着巨大的破坏力，而且一旦被污染就难以修复。传统的水质监测大多是人工亲自采集样品将样本带到实验室进行分析，这样不仅增加了水质监测的周期，而且成效很低，水质污染带来的损失已无法挽回。基于4G网络的水质监测系统能够针对水质的具体情况，对采集到的信息实时发送给远程服务器，进行分析与处理。这就避免了因为发现问题晚造成不必要的损失。因此我们需要一种能够普及的实时监测系统。这也是我这次设计的目的所在。
我国水质监测技术是从近些年才发展起来的。由于国内设备比较传统，只能完成水质部分参数的监测，技术也才开始起步。2000年以前的水质监测仪器基本是国外进口。这种现象很难满足我国如此复杂且多变的水环境。2000年后随着技术的交流，国家对水质监测的重视，水质监测系统得到了飞速的发展。不仅引进了大量的 先进技术和资源，我国自我研发出的监测仪器也陆续出现，例如西安交大研制的第一台顺序注射自动监测仪，数据采集器和虚拟仪器等等。直到2009年，中国在对废水污染源的监测设备成本已经超过10亿元，预计在接下来的几年内对设备的投入将持续增长。我国还特例规定单位GDP能耗每年减少4%，污水排放至少减少10%的目标。在水污染的防治过程中，水质监测主要作用是污染预警、持续性污染物的含量监测和水质治理效果评判的重要方式。我国也有近百家大型企业生产监测系统，主要产品有COD在线监测仪、氨氮监测仪、水质五参数监测仪、水质采样器等等，为中国的水质检测系统的发展奠定了很大的基础。
1.3国外水质监测技术的研究与发展现状
由于人们对水质的需求，国外的一些发达国家很早就能生产水质监测仪器了，而且该技术仍在不断地发展。起初，测试人员亲自去采样地收集待测水，然后带回实验室，对这些水进行各个方面的检测。该方案的缺陷是不能获取水的实时动态数据，而且操作冗长繁琐。随着人们对技术的精益求精，对未知的不断探索，像日本、美国、德国等发达国家在不断完善仪器的功能和精度。就在上个世纪六七十年他们开始应用自己研发的监测系统来实时监测各种水状。在1960年的时候美国就建立了较完善的水质监测系统，1975年美国已经有各式各样的水质监测站超过10000个。先进的技术使得美国成为当今水质监测实力最强的国家之一。英国、法国也在上世纪各重点领域建立了完善的水质监测系统。例如DAEWS是多瑙河旁的许多国家共同通过的一个方案。它可以监测多瑙河各个水段的及时信息，只要发生河水污染问题，4G通信系统就会启动预警，为服务站发送消息，再由人们拟定排除方案。
第二章 监测方案的选择和论述
2.1 pH值的测量方法和pH传感器
生活中常用的测定溶液pH值的方法有pH指示剂法、pH试纸测量法和pH选择电极测定方法。在现代工业过程中测量pH值的主要方法是电极测定法，使用最多的是玻璃电极。pH选择电极测定法，是根据放在溶液中的测量电极和参比电极之间电动势变化来确定溶液的pH值的。pH选择电极测定法多数使用的是玻璃电极。玻璃电极有个玻璃容器，能够装一种液体，然后将被测液体放入此玻璃容器中。玻璃电极的玻璃容器有一个非常薄的膜，把两种溶液分离开，溶液两侧因为离子浓度差就会产生很小的电动势E，而这个电动势和两个溶液的pH值有关。在两个溶液中分别放入电极，就可以测量它们之间的电动势。通过测量这个电动势来推测出两个溶液的pH值的差，如果知道玻璃电极容器内溶液的pH 值，就能够计算出所测溶液的pH 值。
在玻璃电极和另一个电极之间产生的电动势会满足能斯特方程，具体方程表示为：
（2-1）
上式中：E为平衡电极电位；
为标准电极电位；
N为得失电子数；
F为法拉第常数96485C／MOL；
R为气体常数8．314J／(mol·K)；
T为热力学温度；
A为氧化态物质的活跃度；
B为还原态物质的活跃度。
将公式（2-1）中的n取1并且变形得到如下表达式：
E=- （2-2）
上式（2-2）中-lg（）就是氢离子的浓度，我们称之为PH值，从公式（2-2）我们可以得到，只要得到pH电极的输出电动势和水溶液的温度就可以计算出水溶液的pH值。又因为和S值在测量中会产生一定的误差，所以在实际测量中需要进行减小误差，具体方案是：假设和S值在相同温度，在常温下，取pH值为的标准溶液，pH电极测得的电动势满足能斯特方程：
=+S (2-3)
假设PH值为7，PH电极测得的电动势为0，即斯特方程为：
0=+S*7（2-4）
因为S会受到温度的影响，所以需要控制温度。假设常温T为25℃下PH电极的能斯特系数为S，测量时的温度。其能斯特系数可以表示为：
=S。因此最终的PH值计算式为：
pH=7+ （2-4）
pH传感器是一种检测液体中氢离子浓度然后得到相信的电流信号的传感器，一般由化学部分和信号传输部分组成。pH传感器的工作原理是通过玻璃电极和参比电极之间的电势差计算出氢离子的浓度。在使用PH传感器的时候，要对pH传感器进行保护措施，一般用保护套套住传感器，然后插入被测液体中。一般较优的传感器会有温度补偿系统，是用来减小温度对监测结果的影响。
YBK10-WQ201是一种常见的pH传感器，其参数型号如图2-1所示。
图2-1 YBK10-WQ201
● 输出：4-20mA
● 工作量程： 0-14PH
● 精度： 2%
● 工作电压： 10-30 VDC
● 电流强度：5.5mA
● 压力额度：0-100 psi
耗电 : 5.5mA + 传感器输出相同（4-20 mA） 启动时间 : 3秒
工作温度 : -5°C ～ +55°C
2.2 氨氮的测量方法及其传感器
氨氮指氮以游离氨（）和铵离子（）的形态溶于水中。氨氮的检测方法大致分为自动分光光度法、蒸馏-滴定自动监测法、离子色谱法和氨气敏电极法四种。下面对前两个方法做介绍。
（1）自动分光光度法。分光法就是把游离态的氨氮和相应的化学试剂混合发生化学反应，生成其他颜色的化合物，因为化合物的颜色深度和被测液体中的氨氮浓度成正比关系。就可以轻易的得到氨氮的浓度了。常见的指示剂有纳氏试剂，苯酚-次氯酸盐，碘化汞钾等等。其中钠氏试剂比色法是目前为止应用最为广泛的方法。
（2）蒸馏-滴定自动监测法。它的原理是将被测液体的pH 值调节到6.0-7.4左右，然后在样液中放入氧化镁蒸馏，最后用硼酸接收液吸收蒸馏出来的氨氮。
ISA-AmmoI氨氮全自动在线分析传感器是一种常见的pH传感器，如下图2-2所示。
图2-2 ISA-AmmoI氨氮全自动在线分析传感器
型号 ISA-AmmoI
检测项目 氨氮
类型 水质在线分析仪
测量范围 NH4-N(0-1000)mg/l
测量精度 ±3%F.S.
电源电压 (9-30)VDC
表2-1 ISA-AmmoI具体参数
2.3 混浊度及浊度传感器
浊度表示水体的透明程度，也反映了水溶液中颗粒物的含量多少。水中一些常见的悬浮物体有细沙、微生物物、泥土等。这些悬浮物的存在导致了水的浑浊。在水质分析中有明确规定：浊度的标准单位是度，定义是每升水中含有1毫克的所构成的溶液浊度是1度。虽然浊度不是反映水的污染程度的唯一标准，但是水的浊度升高表明水的质量有变坏的可能。
浊度传感器常用做水质监测领域，主要用来测量水的污浊程度。浊度传感器不仅具有很高的准确度、可靠性，而且使用后易于清洁，具有极佳的抗污能力。该传感器内部是由IR958与PT958封装的红外线对管，当外来光线照进溶液时，溶液的污浊度影响着透射光的数量，当浊度较大时，能穿透而过的光就较少，然后接收端就会把少量透过的光强度转换为相应的电流信号。最后根据测量电流的大小来确定透射光的数量，进而得知水的污浊度。
OBS-3+传感器是一种依靠发射红外光，然后根据接收到的反射光来进行测量浊度的。OBS-3+具有极强的密闭性，可以把它完全浸没水中。凭借它优良的制作工艺，它能在更深的水下正常工作。OBS-3+传感器如下图2-3所示。
图2-3 OBS-3+ 浊度传感器
第三章 硬件电路原理及功能概述
3.1 ADC0832芯片的介绍
ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片，该芯片具有如下的一些特点：8位分辨率，双通道A/D转换，输入输出电平与TTL/CMOS相兼容，5V电源供电时输入电压在0至5V之间等。该芯片与单片机的接口采用串行接口方式，引线很少，易于和单片机连接。图3-1是ADC0832 的引脚示意图，其中CS片选使能，低电平芯片使能。CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。GND 芯片参考0 电位。DI 数据信号输入，选择通道控制。DO 数据信号输出，转换数据输出。CLK 芯片时钟输入。输入电源和参考电压输入。
图3-1 ADC0832的引脚图
3.2 单片机芯片的选择
3.2.1方案一：AT89C52单片机
AT89C52是一款高性能低电压的CMOS型8位单片机，其具有高密度，非易失性存储等特点，功能十分强大。AT89C52单片机的优点是对所关联的开发设备的要求十分低，极大降低了所需要的开发时间。还可以加密写入程序，对劳动成果有保护。其次，AT89C52市场供应足，价格十分低廉。本芯片能够用5V电压编写程序，并且所擦写的时间很短，仅仅需要十毫秒。AT89C52芯片也能够给出程序存储器加密功能，能最大程度保证程序或系统不被仿制抄袭，比较成熟地保护了用户的成果。
3.2.2方案二：STC89C52单片机
STC89C52指令系统和方案一所提的AT89C52完全兼容，但在实际运用中，前者芯片却有很多问题。
（1）AT89C52单片机是不支持ISP下载的，下载的话必须用下载器，但STC89C52却不一样，可直接使用USB转到串口下载，下载软件可以直接到网上下载。
（2）STC89C52单片机一个重要特点就是对于指令的执行的速度相当快，可以是AT89C52的三到三十倍，速度快固然是好事，但这种情况下，有时候你在前者单片机上运行的程序在STC89C52上有可能给不可以使用，用STC89C52时必须注意加长延到AT89C52的十到三十倍，这点调试的时候便知。
（3）STC89C52单片机所要求的工作环境的相对简单，当电压小于5V的时候，甚至3V、4V都可以一样工作，但是同样的低于5伏的环境下AT89C52却不合适，所以当某一个系统使用STC89C52能工作，但使用AT89C52的单片机却无效时，可以直接查最小系统，观察是否供电正常。
综合对以上这两种方案进行比较，因为本人大学期间学过数电、单片机、C语言等方面课程，也考虑到学生能够获得的学习资源，经过深入了解对比，我选择用STC89C52完成这次系统设计。
3.3 液晶芯片的选择
3.3.1方案一：采用12864液晶显示屏
采用12864液晶显示屏。其价格便宜，技术成熟，并且还具有汉字图形型液晶显示模块。具有能够直接在屏中显示字和图的功能，显示屏中内置存储汉字和字符，以及64X256点阵显示RAM。该显示屏能够直接接入CPU，并且能够给出两种界面，连接单片机。LCD12864显示屏如图3-2所示。
图3-2 LCD12864液晶显示屏
3.3.2方案二：采用LCD1602液晶显示屏
采用使用率较高，价格低廉，能够同时显示32个字符的LCD1602液晶显示屏。1602能够明确的显示数字、字母和符号等，还可以显示16*2个字符，但是不得超过32寄存器，从左至右来回显示，从右至左来回显示。
总结：就使用而言，两个显示器的主要功能和使用原理都差不多。两者难度相差不大。当然12864液晶显示更全面和更多的字符，也能更具体的实现显示功能。不过从造价方便，LCD1602液晶显示屏比前者便宜的多，也能实现本设计的功能，所以选择后者。
3.4 4G模块与通讯协议
4G一个新时代的代名词。这如今的网络信息大潮流，4GLTE网络迅速崛起，本次设计就是为了把其巨大的优势应用到水质参数的远程监测领域。利用它采集到的水质参数信息实时发送到远程终端，进行实时同步监测，大大提高了监测效率，为水质监测的发展奠定了新的台阶。随着社会的进步，需求的日益增长，采集信息的数据量和频率又有着很严格的要求，此时4G相比于GPRS（2G）、3G有着巨大的优势。
4G通讯模块是上海龙尚公司生产的longsungU8300C。它支持FDD-LTE/TDD-LTE/TD-SCDMA/UMTS/EDGE等多种网络制式。且在FDD-LTE网络中，U8300C能接入速度下行可达100Mbps，上行可达50Mbps。除此之外，它还拥有众多的接口，包含了USB接口、UART接口、RESET接口等。而且操作灵活简单。
由于UDP协议的传输速度快，且在4G远程终端的Udpclient.C中必须先调用socket()函数来得到文件描述，接着我们定义传送协议和端口号，然后调用sendto（）根据ip来指定地址，等待服务器响应，调用recvfrom（）来接收服务器传递的信息。若接收不到消息回应，则必定是客户端处于阻塞状态且无线循环。为了解决上述问题，我们找到了一种方法，设置一个5s的时间延时，数据传输的时候，使用闹钟函数alarm（）设置超时后，可以调用sigaction（）比你却设置参数SA-NOMASK不重启，这方案有效的防止了阻塞，是程序如期运行。在需要关闭数据传输时，双方调用close（）函数即可。具体方案如下图3-3。
图3-3 ＵＤＰ传输协议框图
利用UDP 协议传输数据时，传输速率是最重要的。在对水质参数进行实时远程监控时，当采集频率较高时，先前采用直接中断进行下一次数据传输造成的丢包是可以接受的，因为数据绝大部分时间不可能出现巨变。出现数据丢失进行下一次数据传输时服务器会收到通知，当出现连续数据丢失达到设定阈值，服务器可以提示报警。4G模块的引用极大程度上优化了程序的开发，且扩展性良好。
第四章硬件电路设计及软件电路设计
4.1单片机的控制电路
单片机运行时所需要的最少元件组成了本设计的控制电路，如果电路图缺少任意一部分，控制电路将无法运行。
对于STC89C52来说，由芯片，晶振电路，复位电路组成控制器的最小应用系统，从而使得控制器得以运行，控制其它的外部电路。最小应用系统的电路如图4-1所示。
图4-1单片机最小系统
4.2复位电路设计
电阻，极性电容，开关组成了该控制器的复位电路，开关控制复位，即每按一次开关，电路硬件将进行复位操作。还有控制器的复位时间是有极性电容的值决定的，在一定的范围内，值越大，时间越短。复位电路原理图如图4-2所示。
图4-2 复位电路
4.3 电源电路设计
本系统控制器的控制电路由外部提供5V的电压供电，在电路中设计中，要考虑到元器件所需电压的值会有所不同，所以我们设计了如图4-3所示的电源电路。
图4-3 电源电路
4.4 时钟电路设计
晶振电路由一个11.0952MHz晶振接两个30uF的电容组成，并且电容应该无限的接近晶振，控制器处理数据和命令的速度是由晶振的值所决定的，在一定的条件下，增大晶振的频率，单片机的处理速度也会在一定的范围内增大。时钟电路图如图4-4所示
图4-4 晶振电路
4.5 软件主程序流程图
开启电源程序初始化，然后主控电路开始执行程序，调用显示器，接着对案件进行扫描，判断是否按下按键，如果按下，就执行AD转换系统，如果扫描没有按键按下，程序就回到初始。当判断按键已经按下，实施了按键转换后判断比较测试出来的数值是否超过阈值，如果超过标准数值，报警系统就开始启动。如果没有超过阈值，程序就回到初始。具体流程图如图4-5所示。
4-5 软件主程序流程图
4.6 A/D转换电路流程图
单片机对AD转化芯片发送一个启动AD转换指令，然后AD转换开始启动，接着读取数据，将读取的数据进行处理取平均值，然后再比较显示的数据是否超过阈值，超过的话蜂鸣器就开始报警，如果没有超过的话程序就返回到初始值。其A/D转换电路流程图如图4-6所示。
图4-6 A/D转换电路流程图
4.7 STC89C52的简介
STC89C52是 CMOS 8位的微型控制器中的一种，它的特点是高能低耗，价格低廉，除此以外，STC89C52单片机芯片还具有8K在系统可编程Flash存储器[5]。完全兼容适合工业的80C51指令与引脚。单片机上的Flash也适于常规的编程器。因为STC89C52拥有方便简单的8位CPU，所以STC89C52可以地为许多系统提供相当方便且有效的解决措施。STC89C52 可至0Hz ，从而我们能够实现静态逻辑操作。主要特征：
工作电压：5.5V ~3.4V（5V 单片机）
工作频率范围：0 ~40 MHz,相当于普通的8051 的0 ~80 MHz，实际工作频率可达到48MHz
工作温度范围： 0 – 75 摄氏度/ -40 - +85 摄氏度。
用户应用程序空间4K、8K、13K、16K、20K、32K、64K 字节。片上集成1280 字节、512 字节RAM。
P0的端口没有接上拉电阻，为高阻态，而且可独立控制，在使用的情况下，要外接电阻。
P1/P2/P3端口内接上拉电阻，其端口是性质是准双向的，可独立控制，输出没有高阻态，输入不能锁存。其中P3口的第二功能如表4-1所
表4-1 P3口的第二功能
标号 引脚 第二功能 说明
P3.0 10 RXD 串行输入口
P3.1 11 TXD 串行输出口
P3.2 12 INT0 外部中断0
P3.3 13 INT1 外部中断1
P3.4 14 T0 定时器/计数器0外部输入端
STC89C52有40个引脚，每个引脚都都不同的功能，除了数据端口的32个引脚外，还有几个引脚的功能如表4-2所示。
表4-2 引脚功能
VCC（40引脚） 单片机电源引脚
GDN（20引脚）
EA/Vpp(31引脚) EA接高电平时，单片机读取内部程序存储器
ALE/（30引脚） 地址锁存/编程脉冲输入引脚，用于控制地址锁存器锁存P0口输出的低八位，从而实现数据与地位地址的复用
XTAL（18/19引脚） 片内振荡电路的输入端。 XTAL2（18 引脚）：片内振荡电路的输入端
RST（9引脚） 单片机复位引脚，该信号高电平有效
（29引脚） 外部程序存储器读选通信号输出端
4.8 LCD1602液晶显示模块的简介
LCD1602液晶显示模块价格便宜，容易控制，技术成熟。LCD1602需要5V的电压驱动，内置含128个字符的ASCII字符集库，所以能显示汉字，而且带有背光，显示字符时可以显示两行，每行可以显示16个字符。LCD1602只有串行接口，没有并行接口。所以接收字符的速度比较缓慢。
4.8.1 LCD1602各引脚的功能
LCD1602总共有16个引脚，8个数据口进行数据的传送，其他各引脚的功能如表4-3所示。
表4-3 LCD1602各引脚的功能
引脚符号 引脚说明 引脚功能
VSS 电源地 /
VDD 电源正极 /
VO 液晶显示对比调节端 通过一个10k电位器接地来调节液晶显示对比度
RS 数据/命令选择端 接单片机P3.5上
R/ 读写选择端 不读取任何数据，只写入数据和命令
E 使能信号 接单片机P3.4
BLA 背光电源正极 /
BLK 背光电源负极 /
LCD模块是一个显示较缓慢的设备，在执行一些操作指令的时候，确定模块的忙碌状态是低电平，表明它不忙。如果需要显示字符，必须首先完成所需显示的字符地址的输入与显示，相当于向模块说明在哪个位置能够显示字符。例如，地址的第一个字符的第二行是40H，然后直接到40h写可以定位在第一个字符位置的第二行。这是没有的情况下，由于最大位D7设定为高1级写作显示地址时。因此，实际的数据被写入应该01000000b（40h）+ 10000000b（80h）= 11000000b（C0H）。每次向LCD模块写命令时，都要忙状态判断。
4.8.2 LCD1602显示模块电路原理图
液晶显示器，顾名思义其是应用液态晶体的物理性质，利用电压差异来控制区域的显现，有电的显露，这种原理下显示器可以显示图形。1602显示器有厚度相对较薄，适合规模比较大的集成型电路直接驱动，比较容易达到全部彩色显示等优点。液晶的电路原理接口图如图4-7所示
图4-7 液晶的电路原理接口图
4.9 水质转换检测电路
图4-8 水质转换电路图
总结
这次毕业设计持续了一学期，设计主要以单片机为硬件，在通过keil软件编程序代码，进行调试，无错通过后再少入单片机，进行运行监测。通过一连串的学习引用，不仅是我对单片机的知识得到巩固，还让我了解了很多传感器。同时也让我看清了自己的不足使得我今后能更深入的去学习新知识。
由于水资源的缺乏和水污染的问题，水质多参数检测技术已成为社会各界研究的重点。水质多参数检测技术让一台仪器能够对多个水质参数检测。本课题是对基于4G的水质多参数监测系统研究，从系统整体、硬件和软件方面对系统做了分析与设计，并且对软件和硬件的设计做了深层次的介绍。课题主要完成的工作如下：
1.通过查阅国内外相关文献，了解国内外水质检测仪器现状与发展方向，学习相关水质检测知识，分析国内水质检测现状，提出了的基于4G水质多参数检测系统的研究的内容。
2.分析水质污染中各类污染源对水质影响的严重程度和其检测的重要性。对其中几项水质参数以及其检测方法介绍，确定系统中每个参数所采用的检测方法。
3基于4G水质多参数检测系统所涉及的整体方案研究、硬件和软件的研究工作较多，课题对整体方案的研究做了详细的介绍，其硬件和软件只对一些关键部分做了深入分析。圆满完成了课题初期提出的任务。
展望
水质检测技术的发展方向是单个水质参数的精确测量和水质多参数集成一台仪器的检测。单个水质参数的测量的发展方向是：检测仪器的手持化、更加小型化、二次污染的减小和检测成本的降低。水质多参数检测的发展方向是：单台仪器能够测量更多的参数、仪器各部分集成化、二次污染减少和维修方便等。
通过此次课题的设计，我学习到了很多关于单片机和传感器的知识，让我受益良多。还有对未知的探索让我觉得非常有益。但是由于个人能力和时间的关系，本文设计的系统中存在许多的不足，因此仍需近一步的研究和改善：
(1)因为时间原因我只设计了水质监测系统的几个参数的研究，实现4G无线传感器网络与外部局域网的融合，是的水质监测系统更加完善。
(2)协议栈的学习十分复杂，我只对其中的部分内容作了学习查阅，因此对协议栈的学习还不是很全面，很多4G网络的协议和模块研究不够详细，例如其中的安全机制、路由器算法的优化与提升等等。
(3)因为水质参数的测量值非常多，还有些水质传感器比较贵且用法也较繁琐抽象，本文只针对三种参数进行了简单查验分析，至于更深层次的设计还需更多的水质参数检测模块。
致谢
经过不断学习和摸索，此次毕业设计渐渐到了尾声，在这次设计中我要非常感谢我的毕设老师给予了我许多的单片机和传感器方面的知识，并且在辅助我怎么选择外围电路和芯片方面给出帮助，孙老师做事一丝不苟，对学生认真负责，给予了我很大的鼓舞，使我有动力去学习更多的知识和技能。刚开始做这个水质参数监测系统的时候遇到很多难题，总觉得书本所学的知识达不到设计成功的要求，可是，经过自己一段时间的学习，也渐渐找到了思路，才使得毕设顺利进行。
在这一个班生活了四年，也互相关照了四年，我们遇到问题彼此讨论，共同提高。真的很开心，也很欣慰。在此，我要感谢各位同学和老师，有了你们的支持，我才能顺利的完成我的毕业设计。真心祝愿你们万事如意，生活顺利，健康幸福。
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