基于stm32的简易水情检测系统设计

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基于STM32单片机水质监测系统的设计

基于 STM32单片机水质监测系统的设计摘要：设计了基于STM32单片机的鱼塘水质检测系统，可以检测PH、水的液位以及电导率。

使用TDS水质电导率传感器测量电导率，经过 AD 采样和数据转换后，液位、PH和电导率可以在 LCD1602液晶上显示，可以帮助水产养殖户快速有效地对鱼塘的水质进行监控和管理。

关键词：STM32；水质检测；PH值；液位；电导率1 引言目前,随着国家经济的高速发展,人们的生活水平在不断的提高,但环境污染，水质污染日益严重，导致人们的日常生活受到困扰，所以水质在人们的生活中越来越重要，而对于水产养殖户来说更为重要，本系统主要用于水质的PH值、液位和电导率的检测。

2 基于STM32单片机水质检测系统的设计2.1整体设计思路本系统中，PH值检测传感器模块可以很方便的检测液体的PH值，其由PH电极和PH值转换器两部分组成。

电导率TDS传感器采用TDS传感器模块来读取传感器模块数据。

水位检测采用超声波检测技术，显示装置采用LCD1602液晶实时显示液位、PH值和电导率。

整个系统由STM32F103C8T6、超声波测距模块（超声波测液位）、PH值传感器模块、电导率传感器、LCD1602液晶及电源组成。

LCD1602液晶实时显示液位、PH值和电导率。

系统整体结构框架图如图1所示。

图1 整体结构框架图2.2 STM32单片机STM32单片机的主要优点：使用ARM最新的、先进架构的Cortex-M3内核；优异的实时性能；杰出的功耗控制；出众及创新的外设；最大程度的集成整合；易于开发，可使产品快速将进入市场。

STM32F103C8T6单片机核心板接口电路图如图2所示。

图2 STM32单片机核心板接口原理图2.3硬件设计（1）、PH值传感器模块电路本PH值检测传感器模块可以很方便的检测液体的PH值，其由PH电极和PH 值转换器两部分组成。

PH值检测传感器电路图如下图所示图3 PH值检测传感器电路图（2）、电导率检测电路本水质检测传感器模块，可实时检测各种水质的TDS数值，也可以检测化学水质液体电导参数。

基于STM32的智能水质检测系统的设计

134电子技术基于STM32的智能水质检测系统的设计蔡刘根,虎　号（宿州学院机械与电子工程学院,安徽宿州 234000）摘　要：本文设计了一种一STM32单片机为核心控制板，GSM 为传输数据平台，各种传感器组成的水质检测系统。

由电阻、PH、温度三个检测模块收集水样信息，将水质信息传输到STM32单片机，将水质信息分析后，将处理好的信息分别传输到液晶显示屏和管理人员手中，从而实现对水质的检测。

关键词：STM32单片机;GSM;水质检测DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.08.1151　引言目前，随着国家经济的高速发展，人们的生活水平在不断的提高，但环境污染、水资污染日益严重，导致人们的日常生活受到困扰，所以对水资源的保护意识越来越受到重视，最近几年，保护水资源一直成为社会的热点。

据最新统计数据表明，全国近一半城镇饮用水源地水质不符合标准。

其中水质检测是水质保护的重要指标，但由于一些被检测的人员环境保护意识淡薄及水质检测设备落后、非智能化，导致检测仪器设备难以发挥应有的作用。

而这个智能水质检测系统能够简单快捷的检测出水样的一些简单数据从而检测水样是否被污染，保证人们的饮水安全。

根据以上问题，我们设计一种智能的水质监测系统，其目的可以简单、快捷的监测出周围河流、湖泊等水质的多数参数：如水温、PH 值、电导率等重要参数，如果检测的水质，其污染的达到一定的程度时，系统就会自动发报警，并将检测的数据，通过短信实时的发送给相关工作人员，再有相关工作人员发送给周围的群众，提高人们对水资源保护的意识，并通过实际行动，保护环境、保护水源，为了更好的提高人们生活。

2　基于STM32的智能水质检测系统的总体设计方案（1）项目是由STM32单片机开发板为主控板，还包括了电源模块、GSM 模块、传感器模块等组成。

其中传感器模块包括温度传感器、PH 传感器、电导传感器等各种水质检测传感器。

基于STM32和无线通信的水质在线监测系统设计

测控仪器设计课程设计（论文）设计（论文）题目：水质在线监测系统设计学院名称：核技术与自动化工程学院专业名称：测控技术与仪器学生姓名：版权方要求不公开学生学号：版权方要求不公开任课教师：版权方要求不公开论文成绩：2020年11月30日水质在线监测系统设计摘要随着科学技术的发展，人类的生活水平得到了前所未有的提高，与此同时，工业生产的大幅度增长所产生的工业废水流入河海湖泊严重影响了人类的用水安全。

所以在享受科技成果带来的方便之外治理污水就变的尤为重要。

而治理水污染的前提和管理水污染的重要措施就是对水质的各项指标进行实时监测和报告，从而能更加准确的判断污染程度和治理难度。

因此水质在线监测系统的研发具有十分重要的意义。

本文先进行了国内外调研，对前人所采用的技术和所取得的成果以及优缺点进行了分析，在此基础上来实现测量参数多、低经济成本、快速准确、现场稳定性高、精度高的需求，并对水质的PH值、浊度、溶氧率以及导电率进行实时监测。

基于设计要求以及对比分析，提出了水质在线监测系统的总体设计方案。

该多参数水质在线监测系统以STM32F103RCT6为核心元件，首先是采用数字和模拟传感器进行数据采集，通过转换电路将数据转换为单片机可处理的0~3.3V的电压信号，然后发送给STM32F103RCT6进行数据处理，最后用GSM进行数据通信，将采集到的数据发送到监测端。

关键字：水质在线监测；传感器；STM32F103RCT6；数据处理；无线通信Design of Water Quality Online MonitoringSystemAbstractWith the development of science and technology, the living standard of human beings has been improved unprecedentedly. At the same time, the industrial wastewater produced by the rapid growth of industrial production flows into rivers, seas and lakes, which seriously affect the safety of water use. Therefore, in addition to enjoying the convenience brought by scientific and technological achievements, it is particularly important to treat sewage. The premise of water pollution control and the important measure of water pollution management is to monitor and report the water quality indicators in real time, so as to judge the pollution degree and treatment difficulty more accurately. Therefore, the research and development of online water quality monitoring system is of great significance.In this paper, the domestic and foreign research was carried out, and the previous technology and achievements as well as advantages and disadvantages were analyzed. On this basis, the requirements of multiple measurement parameters, low economic cost, fast and accurate, high field stability and high precision were realized, and the pH value, turbidity, dissolved oxygen rate and conductivity of water were monitored in real time.Based on the design requirements and comparative analysis, the overall design scheme of online water quality monitoring system is proposed. STM32F103RCT6 is the core component of the multi parameter water quality on-line monitoring system. Firstly, digital and analog sensors are used for data acquisition, and then the data is converted into 0 ~ 3.3V voltage signal that can be processed by single chip microcomputer through conversion circuit, and then sent to STM32F103RCT6 for data processing. Finally, GSM is used for data communication, and the collected data is sent to the monitoring terminal.Keywords: on line water quality monitoring; sensor;STM32F103RCT6; data processing; wireless communication目录第一章调研 (1)1.1调研背景 (1)1.2国内外的研究现状及分析 (1)1.2.1国内现状及分析 (1)1.2.2 国外现状及分析 (3)1.3调研分析及结论 (4)第二章方案设计 (6)2.1 设计内容及要求 (6)2.2提出方案 (6)2.3 方案分析及选择 (6)2.3.1 方案一介绍及优缺点分析 (6)2.2.2 方案二介绍及优缺点分析 (8)2.2.3 方案三介绍及优缺点分析 (11)2.4 方案选择 (12)第三章技术路线 (14)3.1 技术路线图 (14)3.2 技术路线阐述 (15)第四章器件选型 (16)4.1稳压芯片选型 (16)4.2传感器选型 (16)4.2.1 PH值传感器 (16)4.2.2浊度传感器 (18)4.2.3溶解氧传感器 (19)4.2.4电导率传感器 (21)4.3 放大器等其他器件选型 (22)4.3.1 LM358 (22)4.3.2 TLC4502 (23)4.3.3 OP07 (24)4.3.4 LF411 (24)4.3.5 LM7812CT (25)4.3.6 变压器 (25)4.4 GSM模块 (26)第五章详细设计 (27)5.1 原理图 (27)5.1.1电源及稳压电路 (27)5.1.2 PH传感器电路 (28)5.1.3 浊度传感器电路 (28)5.1.4 电导率传感器电路 (29)5.1.5 溶解氧传感器 (29)5.1.6 STM32F103RCT6 (30)5.2 PCB (31)第六章仿真分析 (32)6.1 电源及稳压电路仿真 (32)6.2 PH值传感器电路仿真 (32)6.3浊度传感器放大电路仿真 (33)6.4 电导率传感器电路仿真 (33)第七章总结 (34)参考文献 (35)附录 (36)BOM表 (36)原理图 (38)第一章调研1.1调研背景水是生命之源，也是我们生活中必不可少的一部分。

《2024年基于STM32与树莓派的养殖水质监测无人艇系统研究》范文

《基于STM32与树莓派的养殖水质监测无人艇系统研究》篇一一、引言随着科技的快速发展和物联网技术的不断成熟，智能化、自动化和远程化成为现代农业、渔业领域发展的必然趋势。

在此背景下，本文将针对基于STM32与树莓派的养殖水质监测无人艇系统进行深入研究。

此系统集成了高性能的微控制器与高效的计算平台，为养殖水质的实时监测、智能控制与远程管理提供了有力的技术支持。

二、系统架构与工作原理本系统主要由无人艇、STM32微控制器、树莓派计算平台、传感器模块以及通信模块等部分组成。

1. 无人艇：采用轻质材料制作，具备较好的浮力和动力性能，可实现水面的自主航行。

2. STM32微控制器：负责采集传感器数据，控制无人艇的航行方向和速度，实现基本的自主导航功能。

3. 树莓派计算平台：作为系统的核心计算单元，负责处理传感器数据，进行水质分析，并将结果通过通信模块上传至远程服务器。

4. 传感器模块：包括pH值传感器、溶氧量传感器、氨氮传感器等，用于实时监测水质参数。

5. 通信模块：包括无线通信模块和有线通信模块，用于将数据传输至树莓派计算平台以及远程服务器。

工作原理方面，STM32微控制器通过传感器模块实时采集水质数据，经过初步处理后传输至树莓派计算平台。

树莓派计算平台对数据进行进一步处理和分析，得出水质状况，并通过通信模块将数据上传至远程服务器。

用户可通过手机APP或电脑端软件实时查看水质数据，实现远程监控。

三、系统功能与特点本系统具有以下功能与特点：1. 实时监测：通过传感器模块实时监测水质参数，如pH值、溶氧量、氨氮等。

2. 自主导航：STM32微控制器控制无人艇实现自主航行，根据预设路线或远程指令进行水质监测。

3. 数据分析：树莓派计算平台对水质数据进行处理和分析，得出水质状况及变化趋势。

4. 远程监控：用户可通过手机APP或电脑端软件实时查看水质数据，实现远程监控。

5. 高效节能：采用高性能的微控制器和计算平台，确保系统运行的高效性和节能性。

基于STM32的水产养殖水质监测系统的设计

基于STM32的水产养殖水质监测系统的设计简介水产养殖业是一项重要的农业产业，而水质是养殖过程中需要特别关注的关键因素之一。

为了提高水产养殖的效益和可持续发展，我们需要对水质进行实时监测和控制。

基于STM32的水产养殖水质监测系统的设计旨在解决这一问题，通过测量水质参数，提供实时数据监测和远程控制功能，以帮助养殖户更好地管理养殖过程。

系统设计方案硬件设计STM32单片机选择为了满足水质监测系统的实时性和稳定性要求，我们选择了STM32系列单片机作为系统的主控芯片。

STM32单片机具有较高的计算能力和丰富的外设资源，适用于实时数据处理和控制。

传感器选择水质监测系统需要测量多种水质参数，例如温度、溶解氧、酸碱度等。

针对不同的参数，我们选择了相应的传感器作为监测模块的输入设备。

以温度传感器为例，我们可以选择DS18B20数字温度传感器，它具有较高的精度和稳定性。

通信模块选择为了实现远程监测和控制功能，我们需要选择合适的通信模块。

常用的通信方式包括以太网、Wi-Fi和蓝牙等。

根据实际需求，我们可以选择ENC28J60以太网模块进行网络通信。

软件设计系统架构基于STM32的水产养殖水质监测系统的软件架构采用分层设计，包括应用层、驱动层和硬件抽象层。

其中应用层负责实时数据处理和远程控制，驱动层负责与传感器和通信模块的交互，硬件抽象层提供底层硬件操作接口。

系统通过传感器实时采集水质参数数据，并通过驱动层将数据传递给应用层。

应用层对数据进行处理和分析，生成报表和图表，提供实时的水质监测结果。

远程监控与控制系统通过通信模块与服务器进行数据交互，实现远程监控和控制功能。

用户可以通过手机App或者Web页面查看实时的水质监测数据，远程控制养殖设备的运行状态。

功能实现实时数据监测基于STM32的水产养殖水质监测系统可以实时监测多个水质参数，如温度、溶解氧、酸碱度等。

通过传感器采集的数据可以准确反映养殖环境的水质状况。

报警机制系统在检测到水质异常情况时，可以发出报警信号，提醒养殖户及时采取措施。

基于stm32的简易水情检测系统设计

基于stm32的简易水情检测系统设计目录第1章绪论 (4)1．1课题研究的目的及意义 (4)1．2课题研究的国内外发展现状 (4)1．3本课题的主要内容 (5)1．4论文结构安排 (6)第2章PH传感器检测模块 (7)2．1 PH检测传感器的组成 (7)2.1.1 PH复合电极 (7)2.2.2 PH传感器 (7)2．2 PH传感器的工作原理图 (8)2．3 PH工作原理 (8)第3章系统整体设计 (11)3．1系统方案论证 (11)3.1.1微处理器的论证与选择 (11)3.1.2液晶显示模块的论证与选择 (11)3.1.3超声波检测模块的论证与选择 (12)3.1.4温度检测模块的选择 (12)3.1.5串口通信的论证与选择 (12)3．2系统电路设计的指标 (13)3.2.1系统框架 (13)3.2.2超声波测距子系统框图 (13)3.2.3 PH检测子系统框图 (13)3.2.4温度检测子系统框图 (13)第4章系统硬件电路的构成 (14)4．1 STM32F407VET6最小系统 (14)4．2水位传感器 (14)4．3温度传感器 (16)4．4 RS-232串口通信模块 (17)4．5液晶显示模块 (17)第5章系统软件的设计 (18)5．1程序编程软件 (18)5．2程序编程软件 (18)5．2 .1程序功能描述 (18)5．2 .2程序的软件设计思路 (19)5．3 ADC程序编程软件 (19)5．4温度采集模块编程 (19)5．5水位采集模块编程 (20)5．6 PH值采集模块编程 (20)5．7显示模块编程 (21)5．8串口通信模块编程 (22)第6章系统调试与数据测量 (23)6．1测试条件与仪器 (23)6.1.1测试条件 (23)6.1.2测试仪器 (23)6．2测试数据及结果分析 (23)6.2.1测试数据 (23)6.2.2测试分析与结论 (24)结语 (25)第1章绪论1．1课题研究的目的及意义自我国改革开放以来，水情检测系统设计获得越来越多其他行业的关注和重视。

stm32水质检测毕业设计

stm32水质检测毕业设计
针对STM32水质检测毕业设计，我们可以从多个方面来进行讨论。

首先，我们可以讨论设计的整体框架和功能模块，其次可以探讨硬件和软件的设计要点，最后可以谈论一些可能遇到的挑战和解决方案。

首先，针对整体框架和功能模块，我们可以考虑设计一个基于STM32的水质检测系统，该系统可以测量水中的PH值、溶解氧、浊度等指标。

在功能模块方面，可以包括传感器数据采集模块、数据处理模块、显示模块和数据存储模块等。

其次，针对硬件设计要点，我们可以选择适合的传感器来实现水质参数的检测，比如PH传感器、溶解氧传感器和浊度传感器等。

另外，需要设计合适的模拟电路和数字电路来处理传感器采集的数据，并将其传输给STM32进行处理。

在软件设计方面，需要编写嵌入式C语言程序，实现数据的采集、处理和显示，同时需要考虑低功耗和实时性等要求。

最后，可能遇到的挑战包括传感器数据的准确性和稳定性、噪声干扰的处理、低功耗设计以及系统的可靠性和稳定性等。

针对这
些挑战，可以采取一些解决方案，比如使用滤波算法处理传感器数据、优化系统架构设计以降低功耗、加入故障检测和容错机制等。

综上所述，针对STM32水质检测毕业设计，需要考虑整体框架和功能模块、硬件和软件设计要点，以及可能遇到的挑战和解决方案。

希望以上内容能够对你有所帮助。

基于STM32的智能水质检测系统的设计

基于STM32的智能水质检测系统的设计本文设计了一种一STM32单片机为核心控制板，GSM为传输数据平台，各种传感器组成的水质检测系统。

标签：STM32单片机；GSM；水质检测1 引言目前，随着国家经济的高速发展，人们的生活水平在不断的提高，但环境污染、水资污染日益严重，导致人们的日常生活受到困扰，所以对水资源的保护意识越来越受到重视，最近几年，保护水资源一直成为社会的热点。

据最新统计数据表明，全国近一半城镇饮用水源地水质不符合标准。

其中水质检测是水质保护的重要指标，但由于一些被检测的人员环境保护意识淡薄及水质检测设備落后、非智能化，导致检测仪器设备难以发挥应有的作用。

而这个智能水质检测系统能够简单快捷的检测出水样的一些简单数据从而检测水样是否被污染，保证人们的饮水安全。

根据以上问题，我们设计一种智能的水质监测系统，其目的可以简单、快捷的监测出周围河流、湖泊等水质的多数参数：如水温、PH值、电导率等重要参数，如果检测的水质，其污染的达到一定的程度时，系统就会自动发报警，并将检测的数据，通过短信实时的发送给相关工作人员，再有相关工作人员发送给周围的群众，提高人们对水资源保护的意识，并通过实际行动，保护环境、保护水源，为了更好的提高人们生活。

2 基于STM32的智能水质检测系统的总体设计方案（1）项目是由STM32单片机开发板为主控板，还包括了电源模块、GSM 模块、传感器模块等组成。

其中传感器模块包括温度传感器、PH传感器、电导传感器等各种水质检测传感器。

（2）通过各种传感器来检测水体的各种数据，例如温度、PH、电导率等，传感器将数据收集后传输到单片机上，单片机处理后会显示在液晶显示屏上。

人可以很直观的了解水体情况。

还可以通过GSM模块将数据传输到手机上实现远程监控水体情况。

基于单片机的水质监测系统的设计

基于单片机的水质监测系统的设计随着工业化进程的加快和城市化程度的提高，水污染日益严重，给人们的生活和环境带来了严重的威胁。

因此，建立一个有效的水质监测系统对于保护水资源、维护生态平衡至关重要。

本文将介绍一个基于单片机的水质监测系统的设计，该系统可以实时监测水质参数，并提供准确的数据支持和预警功能。

一、系统概述基于单片机的水质监测系统主要由传感器模块、数据采集模块、处理模块和通信模块组成。

传感器模块用于采集水质参数，数据采集模块将传感器采集到的数据进行模拟信号转换，并传输给处理模块。

处理模块对数据进行处理和分析，并根据预设的阈值进行报警或报表生成。

通信模块用于与外部设备进行数据的传输和交互。

二、传感器模块设计传感器模块是整个系统的核心部分，其负责采集水质参数。

常见的水质参数包括温度、PH值、溶解氧、电导率等。

在设计传感器模块时，需要选择合适的传感器，并根据传感器的特性进行电路的设计。

传感器与单片机之间需要建立稳定的连接，以确保数据的准确传输。

三、数据采集模块设计数据采集模块负责将传感器采集到的模拟信号转换成数字信号，并传输给处理模块。

在设计数据采集模块时，需要考虑采样率、精度、信噪比等参数。

采用适当的模数转换器可以实现模拟信号到数字信号的转换，同时需要进行滤波和放大等处理，以提高数据的质量和稳定性。

四、处理模块设计处理模块是整个系统的核心，负责对采集到的数据进行处理和分析，并根据预设的阈值进行报警或报表生成。

在设计处理模块时，需要考虑数据的存储和处理算法的选择。

可以采用存储芯片或者SD卡等方式进行数据的存储，同时需要编写相应的算法来实现数据的处理和分析。

五、通信模块设计通信模块负责与外部设备进行数据的传输和交互。

可以采用无线通信模块或者有线通信模块，如WIFI、蓝牙或者以太网等。

通过通信模块，可以将采集到的数据传输给上位机进行进一步的处理和分析，也可以实现与其他设备的联动控制。

六、系统测试和优化完成系统的硬件和软件设计后，需要进行全面的测试和优化。

基于STM32的水产养殖水质监测系统的设计

基于STM32的水产养殖水质监测系统的设计水产养殖行业的重要性和水质监测的必要性水产养殖是一种重要的农业产业，对于满足人们的食品需求以及经济发展起着至关重要的作用。

随着人口增长和对水产品的需求增加，水产养殖行业面临着更大的压力。

然而，水产养殖的可持续发展面临许多挑战，其中之一是水质监测。

水质监测在水产养殖中至关重要。

水质的好坏直接影响着水产养殖的生产效益和养殖物种的健康状况。

监测水质可以帮助养殖户及时了解水环境的变化，及时处理问题，确保水产养殖的稳定和健康。

此外，水质监测也是保护水域生态环境的重要手段，可减少养殖过程中对周围环境的污染。

然而，传统的水质监测方法存在一些局限性。

传统的监测方法费时费力，需要人工采样和实验室分析，数据获取不及时且成本较高。

为了解决这些问题，基于STM32的水产养殖水质监测系统应运而生。

本文将介绍基于STM32的水产养殖水质监测系统的设计。

该系统利用STM32微控制器作为核心处理器，结合传感器和通信模块，实现对水体中的关键参数进行实时监测和数据传输。

通过该系统，养殖户可以更方便地监测水质情况，并及时采取措施，提高养殖效益及环境保护水平。

基于STM32的水产养殖水质监测系统能够解决传统监测方法的问题，提供更便捷、实时、经济的水质监测方案。

该系统的设计将在水产养殖行业发展中具有重要的推动作用，为养殖户创造更好的经济效益和环境效益。

描述基于STM32的水产养殖水质监测系统的基本工作原理和主要功能。

该水产养殖水质监测系统基于STM32微控制器设计，旨在实现对水质的实时监测和分析，以提高水产养殖效率和保证水生物健康。

本系统的主要功能包括：实时监测水质参数：系统能够通过传感器实时采集关键水质参数，如水温、溶氧量、pH值等，以便及时发现水质异常情况。

实时监测水质参数：系统能够通过传感器实时采集关键水质参数，如水温、溶氧量、pH值等，以便及时发现水质异常情况。

数据存储和分析：系统具备数据存储功能，能够将实时采集的水质数据保存在内部存储器中，并提供数据分析功能，以便用户对水质变化进行深入研究和分析。

基于stm32的储水罐水位检测系统的设计原理

基于stm32的储水罐水位检测系统的设计原理
基于STM32的储水罐水位检测系统的设计原理如下：
1. 硬件设计：选用STM32微控制器作为主控芯片，配合浮球
传感器和LCD液晶显示屏等外围设备。

浮球传感器安装在储
水罐内部，根据浮球的上升和下降来检测水位的高低，并将检测结果通过IO口连接到STM32中。

LCD液晶显示屏用于实
时显示水位信息。

2. 软件设计：基于STM32的开发环境，使用C语言编写储水
罐水位检测系统的软件。

通过配置STM32的IO口为输入模式，读取浮球传感器的信号。

根据读取到的信号值进行水位的判断，比如可以设置一个阈值，当读取到的信号值低于阈值时，系统显示为低水位；当读取到的信号值高于阈值时，系统显示为高水位。

然后将水位信息显示在LCD液晶显示屏上。

3. 系统工作流程：系统通过定时器中断来定时读取浮球传感器的信号，并进行水位的判断。

读取到的水位信息通过串口或者无线模块发送到外部设备，比如监控中心或者手机APP，从
而实现远程监测。

同时，系统也可以通过蜂鸣器或者报警灯等方式进行报警，当水位过高或过低时，及时提醒用户进行操作。

以上就是基于STM32的储水罐水位检测系统的设计原理，通
过硬件和软件的配合，可以实现对储水罐水位的实时监测和报警功能，提高了水资源的利用效率和安全性。

基于STM32_单片机的智能泳池系统设计

第21期2023年11月无线互联科技Wireless Internet Science and TechnologyNo.21November,2023作者简介:刘登辉(2001 ),男,河南新乡人,硕士研究生;研究方向:嵌入式㊂基于STM32单片机的智能泳池系统设计刘登辉,钟㊀麟,李怡达(西京学院电子信息学院,陕西西安710123)摘要:由于传统泳池耗费大量人力成本,故文章提出设计一个基于STM32单片机的智能泳池管理系统㊂该系统使泳池在保证安全性㊁舒适性的基础上,实现自动化管理控制㊂智能泳池系统通过多个传感器和单片机配合控制,设计最终实现了温湿度监测调节㊁泳池透气㊁CO 浓度监测㊁摔倒报警装置及设定阈值报警等㊂该设计利用OLED 显示屏实时显示水温㊁室内温湿度㊁CO 浓度和自动手动模式㊂泳池在温控方面采用模糊PID 算法的精准控制,以保证泳池的舒适度,同时使用Wi-Fi 模块实现App 无接触远程控制,进一步提升智能化㊂关键词:单片机;智能泳池;监测;PID 算法中图分类号:TP311.1㊀㊀文献标志码:A 0㊀引言㊀㊀随着时代与科技的蓬勃发展,智能化应用出现在大家的视野中[1]㊂本设计提出以STM32单片机控制各个传感器,以达到游泳环境的稳定智能化[2]㊂本设计加入Wi-Fi 模块实现远程连接设备,且可通过按键实现手自动切换㊂设计还使用OLED 液晶显示电路㊁传感器检测电路㊁继电器电路㊁摔倒报警装置及温控电路等,并在液晶屏上实时显示参数㊂1㊀单片机系统方案设计㊀㊀单片机系统方案设计围绕着以STM32单片机为核心,多模块互相协作为辅助,形成一个闭环系统㊂该系统的信息以数字信号输出,既可以在OLED 屏显示,又可以在无线设备实时监控㊂系统主要功能如图1所示㊂设计分为硬件设计和软件设计2个部分[3]㊂图1㊀系统功能设计1.1㊀硬件设计㊀㊀设计主控制器采用的是STM32F103C8T6芯片,其最突出的特点就是强大的拓展能力[4]㊂单片机使用8MHz 晶振提供时钟信号㊂单片机加了reset 复位按键和JTAG /SWD 调试接口,用于初始化单片机及连接开发器,其有利于单片机程序调试㊂单片机使用了A /D㊁D /A 转换通道以及外部中断用于检测外部信号的变化㊂以下介绍了各个模块的功能㊂1.1.1㊀DHT11温湿度模块㊀㊀本设计使用了温湿度传感器模块㊂该模块集成了一个NTC 测温原件和电阻式感湿原件,可以将采集到的空气温湿度模拟信号转换成数字信号,信息处理后在屏幕上显示[5]㊂在设计泳池时,该模块可以多位置分布,一旦有温度波动会第一时间上报单片机并做出处理,温度过高或湿度过高会控制风扇通风,温度过低会有加热丝加热,将环境温度稳定在适合的范围内[6]㊂1.1.2㊀MQ -7CO 浓度模块㊀㊀本设计采用国产MQ -7CO 浓度模块,该模块是利用半导体气敏元件来检测CO 浓度的传感器㊂传感器内部装有一个小型的加热器,通过电流加热,提㊀㊀高传感器的工作环境温度并加速气体分子的运动㊂当空气中的CO 与金属氧化物接触时,传感器表面会发生氧化还原反应,改变金属氧化物表面的电阻㊂当空气中CO 浓度增加,电阻减小并输出模拟信号[7]㊂在泳池设计中,CO 达到阈值时,首先会打开风扇通风,并伴随着报警㊂1.1.3㊀摔倒检测模块㊀㊀摔倒识别由传感器计算将摔倒可以分为3个状态,分别为:失重㊁平稳及倒地㊂失重时,合加速度会迅速下降,当低于阈值即判定,人体在失重后0.5s 内会倒地,如果在0.5s 内合加速度超加速度阈值,会判断已经跌到㊂而在跌倒后2s 内,传感器发现倾角过大,即会判定人体摔倒并求助㊂此设计加入MPU6050六轴陀螺仪采集传感器状态的加速度,使用加速度计模块采集角速度和加速度㊂将采集到的信息转换成模拟电压信号,经放大器放大后,经中间信号处理,进入A /D 数模转换输出数字信号交给单片机处理㊂1.1.4㊀人体检测模块㊀㊀人体检测模块即红热传感器,该传感器不可重复触发,即感应输出高电平后,延时时间段一结束,输出将自动从高电平变成低电平;另一种可重复触发,感应输出高电平后,在延时时间段内,人体在传感器感应的范围活动,其输出会保持高电平不变,直到人离开后才延时将高电平变为低电平,此模块在单片机设计中使用非常广㊂除此之外,本设计采集到的信号运用模数转换和ADC 采样,通过使能指定此模块,校准结束后开始AD 校准,利用递推算法将采集到的值用数组储存起来,方便单片机进一步处理㊂1.1.5㊀Wi-Fi 模块㊀㊀本设计使用ESP8266系列无线Wi-Fi 模块㊂此模块连接非常简单,一般使用SPI /SDIO 接口连接,但也有直接用中央处理器AHB 桥接口连接㊂因此,该模块是完整的Wi-Fi 网络解决方案,可独立运行,也可作为从属设备搭载在其他主设备上运行,本次就是配合单片机使用㊂设计中ESP8266直接连接单片机,其具有强大的片上处理和存储能力,可以通过GPIO 口集成传感器和其他应用的特定设备,该模块将单片机处理完的数据,通过配网传送给移动端,从而实现高效连接㊂延时低使得数据上传很及时㊂1.1.6㊀PID 温控电路㊀㊀测泳池水温模块使用了T 型热电偶传感器,铷泡感应的温度信号会转换为电压信号,再经过LT1025补偿电路及放大电路,将模拟信号传给数模转换中,输出数字信号给单片机㊂信号发生器会产生一定频率的正弦信号㊂正弦波进入功率放大器,出来的信号会反馈给铷泡㊂比例控制是PID 的基础,利用微分控制会减小超调量同时加快响应,缺点则是系统不稳定,易受干扰引起系统震荡㊂同时,积分控制可以使系统稳定但会增加超调量㊂由于随着变量逐渐增多,使用传统方法并非准确㊂本设计加入模糊PID 算法,将模糊变量精确化,可以提高水温调节的精度㊂除此之外,本设计还使用0.96寸OLED 显示屏模块和继电器模块㊂OLED 作为一种显示屏模块,此模块通常使用SPI 或I2C 接口进行通信,并且支持多种分辨率和颜色模式㊂设计中单片机由各模块采集信息做出反馈,使用继电器驱动外设触发动作㊂1.2㊀系统软件流程㊀㊀根据系统整体的设计,外部传感器只负责采集数据,数据处理主要由单片机完成㊂如何将外设处理得当更是重中之重了,不同的程序逻辑运行速度不同,程序对装置稳定性有很大影响㊂本设计的系统软件流程如图2所示㊂图2㊀系统软件流程㊀㊀本设计中,程序初始化作为单片机端口初始操作,该功能会将全部程序恢复到初始状态,等待设备开始运行以及外设重置刷新,保障每次初始化后都重新开始㊂设计具备泳池环境检测CO浓度,实时采样后把信号给单片机,单片机将会和预设阈值进行对比㊂超阈值会有相应动作即通风和告警㊂设计利用陀螺仪检测加速度㊂传感器分析检测摔倒动作会报警呼救㊂红外检测人体控制的时间㊂温湿度传感器控制通风㊂以上设计都是为了保证泳池的安全性㊁舒适性㊂为达到恒温的效果,加入模糊PID控制加热芯片,对水温实时测量并控制㊂本设计通过设置温湿度区间阈值㊂当空气湿度超出阈值时,系统会自动打开风扇进行通风㊂反之,当空气温度低于阈值,系统会打开空气加热装置㊂本设计加入Wi-Fi模块,双方建立TCP连接后,通信配对成功,使用机智云App进行Wi-Fi配网,实现软件的远程遥控功能,实现智能互联以及实时监测信息,远程遥控泳池的各类信息㊂本设计使用PID作为温度控制,其精度要高于其他方法㊂铷泡将温度采集解析后开启PID算法㊂温度过低会启用加热模块提高泳池水温㊂此控制是本设计的创新点及难点㊂2　结语㊀㊀本设计使用单片机用于智能泳池设计,实现手自动切换,并控制外界环境及其他因素,同时监测在机智云软件上实现远程的控制㊂经过多次联调,确保装置运行稳定,设备在一切正常的前提下,为了测试PID温控的效果,多次改变泳池的温度,起初反应迟钝,最终使用单片机完整地实现了智能泳池的功能㊂参考文献[1]李金凤,吕俊燕.基于STM32的智能家居环境控制与物联系统的设计[J].黑龙江科学,2023(16): 147-149.[2]韩自龙,李庚洋,朱艳英.基于STM32的输电线路覆冰监测系统及低功耗策略研究[J].电工电气,2023 (8):42-47,60.[3]王冉,孟磊.智能家居控制系统设计与实现[J].南方农机,2021(18):187-190.[4]李政远,王旭刚,贾昂.巡航式冲压增程制导炮弹模糊自适应PID控制[J].电光与控制,2023 (9):22-28.[5]张皎,宁煜航.基于MSP430的智能浴室系统设计[J].电子质量,2022(7):84-88,95.[6]白龙涛,王鹏,吴风华.基于互联网+交互式感知的家庭浴室智能控制系统研究[J].通信与信息技术, 2019(5):48-50.[7]李逢琳,刘忠富.九轴传感器在老年人摔倒检测中的应用综述[J].山西电子技术,2023(3): 108-110.(编辑㊀王永超)Design of intelligent swimming pool system based on STM32single-chip micro computerLiu Denghui Zhong Lin Li YidaSchool of Electronic Information Xijing University Xi an710123 ChinaAbstract Because the traditional swimming pool consumes a lot of manpower cost this paper proposes to design an intelligent swimming pool management system based on STM32single-chip micro computer.The system enables the swimming pool to realize automatic management control on the basis of ensuring safety and comfort.Intelligent pool system through a number of sensors and single-chip microcomputer control the design finally realizes temperature and humidity monitoring pool air permeability CO concentration monitoring fall alarm device and threshold alarm.The design uses OLED display to display real-time water temperature indoor temperature and humidity CO concentration and automatic manual mode.In addition the temperature control of the swimming pool adopts the precise control of fuzzy PID algorithm to ensure the comfort of the swimming pool and the Wi-Fi module is used to realize the contactless remote control of the App to further improve the intelligence.Key words single-chip micro computer smart swimming pool monitor PID algorithm。

基于STM32的城市道路积水监测系统设计

ＤｅｓｉｇｎｏｆＷａｔｅｒＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｆｏｒＵｒｂａｎＲｏａｄｂａｓｅｄｏｎＳＴＭ３２
ＢａｉＨｏｎｇｔｕ
（Ｘｉ′ａｎＲａｉｌｗａｙＶｏｃａｔｉｏｎａｌａｎｄＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ′ａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ７１００１４，Ｃｈｆｔｈｅｈｅａｖｙｒａｉｎｆａｌｌｉｎｍｏｓｔａｒｅａｓｏｆｔｈｅｃｏｕｎｔｒｙ，ｔｈｅｗａｔｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｖａｒｉｏｕｓｂｉｇｃｉｔｉｅｓｃａｎｎｏｔｂｅｇｒａｓｐｓｉｎｒｅａｌｔｉｍｅ，ａｎｄｔｈｅｒｏａｄｄｅｅｐｗａｔｅｒａｒｅａｉｓｌｉｋｅｌｙｔｏｃａｕｓｅｈａｒｍｔｏｐｅｄｅｓｔｒｉａｎｓｏｒｖｅｈｉｃｌｅｓ，ａｎｄａｍｕｌｔｉｐｏｉｎｔｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｗａｔｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｕｒｂａｎｒｏａｄｓｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＴｈｅｓｙｓｔｅｍｕｓｅｓＳＴＭ３２ａｓｔｈｅｕｐｐｅｒｃｏｍｐｕｔｅｒ．ＥａｃｈｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｏｉｎｔｕｓｅｓａＳＴＣ１２Ｃ５Ａ６０Ｓ２ｍｉｃｒｏ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｗｉｔｈ５１ａｓｔｈｅｃｏｒｅａｓｔｈｅｌｏｗｅｒｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｔｈｅｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｔｅｓｔｕｓｅｓｔｈｅｗａｔｅｒｌｅｖｅｌｐｒｅｓｓｕｒｅｃｈａｎｇｅｓｅｎｓｏｒ，ａｎｄｔｈｅｎｃａｒｒｉｅｓｔｈｅｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｉｇｎａｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ａｎｄｓｏｌｖｅｓｔｈｅｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃａｂｌｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．Ｔｈｅｄｅｐｔｈｏｆｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｗａｔｅｒｃａｎｂｅｄｉｓｐｌａｙｅｄｉｎｔｈｅｄｉｓｐｌａｙｄｉｓｐｌａｙ．Ｓｃｒｅｅｎ，ｔｏｒｅｍｉｎｄｐｅｄｅｓｔｒｉａｎｓａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｉｓｓｉｍｐｌｅｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｉｔｃａｎｇｅｔａｃｃｕｒａｔｅｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄｍｅｅｔｓｔｈｅａｃｔｕａｌｎｅｅｄｓｗｅｌｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＲｏａｄＷａｔｅｒ；ＳＴＭ３２；ｓｅｎｓｏｒ；ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ

STM32单片机的智能水产养殖监测系统

S T M 32单片机的智能水产养殖监测系统*陈定武,张思扬(温州商学院信息工程学院,温州325035)*基金项目:浙江省自然科学基金(项目编号:L Y 16F 020022)㊂摘要:本文针对传统人工养殖方式存在人力和物质资源严重浪费问题,设计了基于S TM 32的智能水产养殖系统,以实现对水产养殖水质环境各种关键指标的实时监控如水质含氧量㊁温度㊁p H 值㊁物联网显示㊁自动报警装置以及设备自动控制㊂该智能养殖系统以S TM 32单片机为核心,通过数据采集㊁数据传输㊁数据库存㊁数据分析以及数据显示等功能集为一体,将设计好的智能化养殖器应用在鱼塘进行实时监控发现㊂该系统有较高的稳定性㊁可靠性和准确性,它不仅能提高经济效益,而且能降低物资与人力资源且提升水产生物成活率㊂关键词:物联网;S TM 32;水产养殖;智能化中图分类号:T P 273 文献标识码:AI n t e l l i g e n t A q u a c u l t u r e M o n i t o r i n g S ys t e m B a s e d o n S T M 32C h e n D i n g w u ,Z h a n g S i y a n g(S c h o o l o f I n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n g ,W e n z h o u B u s i n e s s C o l l e ge ,W e n z h o u 325035,C h i n a )A b s t r a c t :T h e i n t e l l i g e n t a q u a c u l t u r e s ys t e m b a s e d o n S TM 32f o r t h e s e r i o u s w a s t e o f h u m a n a n d m a t e r i a l r e s o u r c e s i n t r a d i t i o n a l a r t i f i -c i a l w a y s o f r a i s i n g i s d e s i g n e d i n t h i s p a p e r t o r e a l i z e t h e r e a l -t i m e m o n i t o r i n g f o r v a r i o u s k e y i n d i c a t o r s o f w a t e r q u a l i t y ,i n c l u d i n g th e o x y g e n c o n t e n t ,t e m p e r a t u r e ,p H v a l u e ,d i s p l a y o f i n t e r n e t o f t h i n g s a n d a u t o m a t i c a l a r m d e v i c e .T h e s y s t e m t a k e s S TM 32M C U a s t h e c o r e ,i n t e g r a t i n g f u n c t i o n s l i k e d a t a c o l l e c t i o n ,d a t a t r a n s m i s s i o n ,d a t a i n v e n t o r y ,d a t a a n a l y s i s a n d d a t a d i s p l a y w h i l e m a k i n g re a l -t i m e m o n i t o r i n g w i t h d e s i g n e d i n t e l l i g e n t b r e e d i n g d e v i c ef o r f i s h p o n d .T h e e x p e r i m e n t r e s u l t s s h o w t h a t t h i s s y s t e m h a s t h e f u n c t i o n o f h i gh s t a b i l i t y ,r e l i a b i l i t y a n d a c c u r a c y ,w h i c h c a n n o t o n l y i n c r e a s e e c o n o m i c b e n e f i t ,d e c r e a s e m a t e r i a l a n d h u m a n r e s o u r c e s ,b u t a l s o i m p r o v e t h e s u r v i v a l r a t e o f a q u a t i c o r ga n i s m s .K e y wo r d s :I n t e r n e t o f T h i n g s ;S TM 32;a q u a c u l t u r e ;i n t e l l i g e n t i z a t i o n 引言都说养鱼先养水 ,从这句话中可见水产养殖对水质的要求极高,水质的质量也直接影响水产的生长和发育,从侧面也反应出水产品的产量与质量的高低㊂[1]近年来,我国有五大方面阻碍水产养殖发展:养殖技术和方式落伍,水域资源不断减少,水质污染迅速加重,水产品安全系数严重下降㊂然而,国内对水产养殖监控系统研发较少,而且以往的技术存在诸多问题:数据检测准确性低㊁通信距离短㊁开发成本高㊁纠错能力差㊁未接入物联网㊂本文针对上述存在的问题,提出智能水产养殖监测系统对电热棒㊁增氧机㊁投粉机等远程设备进行控制并通过远程监控系统显示水质信息,用户可以实时监控电机运行状态和水质信息,还可以对水质进行实际情况调节,这样智能养殖检测系统具有方便㊁准确㊁实时的特点㊂1 水产养殖监控系统结构分析Z i gB e e 是一种短距离㊁低功耗㊁可靠性高的全双工无线通信技术,遵循了I E E E 802.15.4标准的规定[2]㊂可以适用于自动控制和远程控制领域,链接嵌入各种设备,具有省电㊁节点安装灵活方便㊁覆盖范围宽阔和传输准确性高等优点㊂G P R S 网络是一种高速分组数据交换无线业务,具有远距离传输可靠度高㊁可以和物联网物联㊁实时性好等优点[3]㊂在远程数据传输过程中,我们采用G P R S 技术,通过客户端和服务器进行点对点数据传输㊂基于Z i g B e e 和G P R S 的特点,系统采用Z i gB e e 和G P R S 的技术组成无线网络,设计互联网水产养殖检测系统,分别由采集控制层㊁网关监控层㊁监控中心构成㊂采集控制层由传感器采集数据节点和继电器控制器节点组成,传感器节点编码具有唯一性,经过Z i g B e e 高可靠无线网络技术传输到网关监控层㊂网关监控层具有接收传感器检测数据结果和显示数据以及传输电机控制指令功能,经过串口总线与G P R S 无线传感网络通信,并经过G P R S 无线将水环境检测结果传输到服务层㊂监控中心可分为服务层和应用层,服务层利于保存㊁录入㊁分析㊁发布检测结果;服务层具有保密性㊁完整性㊁可控性;应用层用户可以通过电脑㊁手机㊁平板等电子设备浏览设备运行情况和水质数据信息㊂2 系统硬件设计2.1 采集控制层硬件设计采集控制层由中央主板模块㊁传感器模块㊁电机控制模块㊁电源模块组成,如图1所示㊂传感器模块由溶解氧传感器(带有温度传感器)㊁p H 值传感器和信号调理电路构成;电机控制模块由继电器控制电路和电机设备构成;中央处理模块是由A /D 转换器㊁S TM 32以及Z i gB e e 通信构成㊂[4]图1 采集控制层硬件设计方框图图2 p H 值调理电路2.1.1 采集传感器层硬件选用考虑到水产养殖系统在室外,用电方面存在阻碍,则电源模块采用太阳能发电,太阳能以锂电池为储能,晴天利用太阳能技术给锂电池充电,就算夜晚或下雨的情况也能保证采集控制层弱电部分正常工作,另外也预留出干电池接口,以防不测㊂电机控制模块由空气开关㊁保险丝㊁热继电器㊁交流接触器等原器件组成㊂对电机进行漏电㊁过载㊁短路㊁缺相一系列保护㊂电机控制模块收到无线信息时,单片机对继电器进行控制,再由继电器控制交流继电器,以弱电压控制强电压,最后在由交流接触器全方面保护下启动电机设备㊂例如,池塘的增氧机的功率一般为1000~4000W ㊂按4000W 计算,额定功率表达式为:P =3ˑUˑI ˑc s c Ø,功率因素c s c Ø一般为0.7~0.9,按0.7计算,根据额定功率P 表达式可以推出额定电流I 的表达式:I =P /(3ˑ380ˑc s c Ø)ʈ8.7A ,上述分析可得:按成本与安全等因素考虑,控制模块的设备额定电流应在12A 以上㊂传感器模块中的p H 传感器和溶解氧传感器分别是由豪森传感器公司和上海仪电科学仪器公司提供,p H 传感器测量范围为0~14,溶解氧传感器测量范围为0~20m g/L ,其内置热敏电阻,两款传感器具有安装方便㊁稳定性好㊁价钱低廉的特点㊂[5]2.1.2 p H 值调理电路分析pH 值传感器输出电极信号以m A 级为单位,并且内阻十分高㊂[6]在P H 值调理电路设计中,采用集成运算放大电路构成3级放大电路:第一级将p H 值传感器输出信号与电压跟随器相连,其作用是提高p H 值调理电路输入阻抗,并让隔离前级与后级之间互不影响;第二级是将p H 值传感器输出信号滤波放大;第三级是将p H 值传感器输出信号放大,放大后正常的电压在0~3.3V 之间,以满足A /D 转换器正常转换㊂p H 值调理电路图2所示㊂(注:1和2端分别是p H 值输出信号端)通过电路分析整理可得p H 值调整电路输出电压V o 1表达式为:V o 1=R 8R 61+R 7+R P 1)R 6 V i n -3R 12R 12+R 111+R 8R 9(1)其中,V i n 为pH 值传感器输出信号;除R P 1为可变电阻,其余电阻为固定电阻㊂2.1.3 溶解氧调理电路分析溶解氧电极输出电流一般在10~100μA 之间㊂在调理电路的设计中,必须把电流信号转换为电压信号,因为A /D 转换器只对电压进行转换㊂另一方面,溶解氧电极需要施加0.7V 左右电压才能正常工作㊂[7]第一级放大器为电压跟随器,调节R P 2可以对溶解氧阴极电位调节;第二级放大器作用是把溶解氧输出电流转换为电压㊂另一方面,调节R P 2,使得溶解氧阴极和阳极电位差为0.7V ,保证溶解氧电极正常工作;第三级是将第二级的输出电压反相放大滤波,溶解氧调理电路图3所示㊂(注:3和4端分别是溶解氧值输出信号端)经过电路图分析整理可得出溶解氧输出电压V o 2表达式为:V o 2=R 14R 15R 18I (2)其中,R 14㊁R 18㊁R 15为固定电阻;I 为溶解氧输出电流㊂图3 溶解氧调理电路2.1.4 温度调理电路分析本文中溶解氧传感器内置热敏电阻,具有灵敏度好㊁精度高㊁测量范围广等特点,于是利用它作为温度传感器,在温度调理电路设计中,采用电桥电路和运算放大电路组成温度调理电路,R 21㊁R 22㊁R 23㊁R P 3㊁R t 组成电桥电路,电桥的平衡条件是:R 21=R 23,R 22=(R t ||R 23),(R t ||R 23)=R 23,R 21=R 22;如果电桥不平衡将调节R P 3阻值,让放大器输出端为0,由于外部的温度变化时电桥失去平衡状态,从而放大器的输出端将输出电压信号㊂温度调理电路如图4所示㊂(注:5和6端分别是热敏电阻输出信号端)㊂图4 温度调理电路经过电路图分析整理可得出温度调整电路输出电压V o t 表达式为:V o t =5R tR P 3R 21+R t R P 31+R 22R 26+R 23R 26R 22R 24+R 22R 23+R 23R 24-R 23R 26R 22R 24+R 22R 23+R 23R 24(3)其中,R P 3为可调电阻,R t 为溶解氧传感器内嵌热敏电阻,R 21~R 24㊁R 26为固定电阻㊂2.2 网关监控层硬件设计网关监控层分别由显示器模块㊁Z i gB e e 通信模块㊁电源模块㊁G P R S 通信模块㊁单片机处理器组成㊂本系统的主控芯片是S TM 32F 103单片机,具有高性能㊁低成本㊁低功耗,专门为嵌入式设计,拥有5个串口[8]㊂Z i gB e e 通信电路采用C C 2530完成无线接收㊁数据传输及智能控制,并通过标准的串口传送给单片机,C C 2530能够以非常低的总材料成本建立强大的网络节点㊂网关监控层硬件设计如图5所示㊂图5 网关监控层硬件设计方框图触摸显示模块和G P R S 无线通信模块经过R S 485总线与单片机相连㊂R S 485总线采用半双工工作方式,具备抑制共模干扰能力㊁抗噪声干扰性好㊁数据传输速率高㊁多点互联方便以及高灵敏度等优点[9-10]㊂显示器采用7寸触摸串口屏(U S A R T HM I ),屏幕具备睡眠和触碰唤醒特点,显示器还可以通过图表㊁文字来显示水质信息和电机状态,A P M 2483是一款隔离型的R S 485收发器㊂其显示器通信串口连接电路图6所示㊂G P R S 采用MA X 3082芯片,芯片接收速率可达85.60k b p s ,发送速率达14.4k b ps ,芯片具有永久在线连接㊁快速数据存储和数据下载速度快的特点㊂其G P R S 通信串口连接电路如图7所示㊂3 系统软件设计S T M 32单片机智能水产养殖检测系统软件设计基于μV i s i o n 5软件环境开发,K e i l 是由美国K e i l S o f t w a r e 公司出品,软件可以运用汇编程序㊁C 51程序混合式编写㊂软件生成目标代码效率高㊁界面简单方便㊁可读性强㊁利于维护[11]㊂本系统采用主机+副机模式, 副机是由电机控制器担任㊂主机在每30s 发送给电机控制器正确信息,说明系统运行良好,如果超过30s 时间未发送数据或错发数据给电机控制器,则断定主机出现问题,于是系统自动启动副机进行控制整个系统运行,同时也对养殖户发出相应的警报,即主机发生故障,系统依旧能够正常运行㊂此外,如果温度或溶解氧很低,而主机还是对电热棒和增氧机发出关闭指令,则副机对主机进行监察,判断主机图6显示器通信串口连接电路图图7 G P R S 通信串口连接电路图是否不开启,假如主机还是关闭,则副机自动对水质温度㊁含氧量进行获取,在进一步分析处理㊂主机+副机模式可提高整个系统的可靠性㊂3.1 采集控制层软件设计采集控制层软件设计对各个电路进行分析计算,处理结果,软件设计主要有采集层各个部分电路初始化㊁A /D 转换器进行数值转换处理和R S 485串口中断服务㊂采集控制层软件设计程序方框图如图8所示㊂图8 采集控制层软件设计程序方框图首先程序对设备进行初始化设置,接着采集的数据经过A /D 转换器将模拟量转换为数字量,A /D 将转换后的结果再发送给单片机,单片机设置数据采集延时为20m i n ,连续采集两次数据,如果两次采集的数据超出允许误差,则再次采集数据,如果数据还是超出允许误差,则报警设备立刻对用户发出警报,否则计算两次采集结果的平均值,使得数据更加可靠㊁准确㊂紧接着R S 485串口进行点对点的通信,并将结果传输到Z i gB e e 无线通信电路㊂最后Z i gB e e 无线通信电路将信息传输到网关监控层㊂3.2网关控制层软件设计图9 网关控制层软件设计程序方框图网关控制层软件设计中的手动控制软件和自动控制软件的设计主要分为设备初始化化㊁接收采集控制层数据㊁检测是否自动或者手动状态㊁检测数据参考范围㊁发送继电器闭合或是断开指令等步骤㊂网关控制层软件设计流程如图9所示㊂网关监控层首先接收采集控制层数据并进行数据显示,然后收集数据进行分析㊁计算㊁处理㊁整合,在断定手动或是自动状态后,判定的结果通过G P R S 电路将操作指令发送到服务层平台,平台可以根据数据的推算和人为发出的指令,通过G P R S 网络发送到服务器,接着通过Z i g B e e 网络传输到操作点,如果是自动状态则将当前数据和设定的闭合继电器数据进行对比,如果达标继电器闭合,否则继电器断开,从而控制电机设备的开启或断开㊂3.3 监控中心软件设计应用层软件设计基于V i s u a l S t u d i o 软件平台进行开发,V i s u a l S t u d i o 是目前最流行的W i n d o w s 平台应用程序,是一个超集成㊁全面㊁界面简洁的开发工具,V i s u a lS t u d i o 可以创建W i n d o w s 应用程序,其必须运行在.N E T 框架之上,.N E T 支持多种语言,如V B .N E T ㊁C #㊁C ++等,服务器开发环境使用C #.N E T 语言编写㊂服务器根据鱼塘唯一码通过无线通信模块与网关监控层通信,利用互联网监控鱼塘水质信息㊂该系统主要由用户管理㊁参数配置和实时监控栏目组成㊂[12]用户管理模块主要是监控中心管理员对访问用户的身份授权与维护,用户查阅或导出系统的水环境数据进行不同级别管理,所有用户登陆后均可修改自己的登陆密码;参数配置模块可以查阅设备的型号以及设备参数,设置投饵机㊁增氧机以及加热棒定时和运行时间;实时监控是指远程监控中心通过互联网来收集采集节点传送的水质情况,对水质进行数据分析与显示,当水质参数与设备工作状态异常时则启动报警装置㊂其客户端基本结构如图10所示㊂图10 客户端基本结构4 系统数据测量结果分析2018年1月3日,我们将设计好的智能养殖器进行测试,测试项目主要包括网络数据丢失率㊁水质数据采集以及设备运行情况,网络数据丢失率用于验证网络传输的准确性,水质数据采集则考验传感器采集数据和传输数据的可靠性,设备运行情况用于检验设备运行的稳定性㊂我们在水产养殖公司中把6个传感器节点分别安放在6个鱼塘里,安放6个路由器节点和1个汇聚节点,其中传感器节点主要负责对水质环境进行采集,路由器节点负责转发数据,汇聚节点作为监控中心㊂[13]传感器节点每30s 采集一次数据,并采用Z i gB e e 和G P R S 的技术组成传输到网络㊂测试结果如表1所列,通过表1分析整个系统数据包丢失率为0.62%,证明该网络通信情况符合设计要求㊂表1 网络丢失包率数据统计传感器节点号实际数据包数接收数据包数丢失数据包差值丢失数据包率%11200120000.0021200119730.2531200119370.58412001186141.12512001187131.1061200119280.67当检测系统水质信息与电机状态时,将水质进行部分干扰,让水质数据在设备启动和关闭之间㊂一般情况下,把鱼塘的温度㊁pH 和溶解氧的值分别定在ȡ20ħ㊁ɤ6.5和ȡ6m g/L ㊂[14]系统测量数据及误差结果如表2所列㊂表2 系统测量实验数据及误差结果控制参数检测时间系统检测值精度仪器检测值设备状态是否报警实际相对误差/%温度/ħ21:05:0016.217.3O N 是-6.421:20:0018.719.2O N是2.621:35:0020.821.1O F F 否-1.4pH 值21:40:005.25.4O N 是-3.721:42:006.3.6.4O N 是-1.621:44:007.37.2O F F否1.4溶解氧/m g㊃L 422:00:004.54.3O N 是4.722:05:005.35.5O N 是-3.622:10:007.87.9O F F否-1.3从表2中可以看出温度㊁pH 值和溶解氧分别从数据库中抽取三次的数据结果,温度的时间间隔是15m i n ㊁p H 值是2m i n ㊁溶解氧是5m i n,对上述三种控制参数进行实际相对误差计算,从计算结果可看出水质测量相对误差并不是很大㊂控制参数获取三次临界数据可以很清晰看出电热棒㊁石灰粉投粉机㊁增氧机以及报警装置运行正常㊂通过表可以看出检测传感器测量的准确性,无线传输的实时性以及设备控制的可靠性,基本符合设计要求㊂结语本文设计的基于S TM 32单片机智能水产养殖检测系统具有众多优点㊂系统维护方便:智能监控中心可以设置在各个地方,在远程控制端用户可以通过电脑㊁手机㊁平板等电子设备浏览设备运行情况和水质数据信息;智能化集成高:通过S TM 32单片机对系统进行水质监测㊁短信报警㊁自动调节水质,使整个系统更加智能化㊁科技化;降低成本:整个系统基于自动化,自动启动增氧机㊁热电棒等设备,极大避免水质不合格造成经济损失,提高水产养殖的产量和质量,减少对水产养殖过程中的人力和物力消耗,具有良好的经济效益㊂参考文献[1]曾文辉,匡迎春,欧明文,等.水产养殖水质监测温度补偿系统[J ].中国农学通报,2016,32(11):1721.[2]基于Z i gB e e 和G P R S 的水质监测系统节能设计[J ].渔业现代化,2017,4(44):2429.[3]Z i gB e e 及G P R S 模块的智能家居系统设计[J ].单片机与嵌入式应用,2014,5(14):2628,32.[4]吴泽鑫,高一川,肖进,等.基于嵌入式的水产养殖环境监控系统设计[J ].中国农机化学报,2016,37(9):8387.[5]杨旭辉.基于Z i gB e e 的节能型水产养殖环境监测系统的研究[D ].兰州:兰州大学,2016.[6]李成春.基于C C 2430无线多参数传感器检测网络的设计[D ].镇江:江苏大学,2010.[7]陈彪.基于M S P 430水产养殖环境监控系统设计[D ].海口:海南大学,2015.[8]张洋,刘军.原子教你玩S TM 32库函数版[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2018.[9]P i e r c e F J ,E l l i o t t T V.R e gi o n a l a n d o n -f a r m w i r e l e s s s e n s o r n e t w o r k s f o r a g r i c u l t u r a l s ys t e m s i n E a s t e r n W a s t e r n W a s h -i n g t o n [J ].C o m p u t e r s a n d E l e c t r o n i c s i n A gr i c u l t u r e ,2008,61(1):3243.[10]Z h u X ,L i D ,H e D ,e t a l .A r e m o t e w i r e l e s s s ys t e m f o r w a -t e r q u a l i t y o n l i n e m o n i t o r i n g i n i n t e n s i v e f i s h c u l t u r e [J ].C o m p u t e r s a n d E l e c t r o n i c s i n A gr i c u l t u r e ,2010(71):S 3S 9.[11]任工昌,张戈.基于S T C 12的家居智能信息仪设计与实现[J ].现代电子技术,2017,44(8):6972.[12]刘星桥,骆波,朱成云.基于物联网和G I S 的水产养殖测控系统平台设计[J ].渔业现代化,2016,43(6):1620.[13]黄建清,王卫星,姜晟,等.基于无线传感网络的水产养殖监控系统开发与试验[J ].农业工程学报,2013,29(4):189190.[14]基于物联网的水产养殖测控系统的设计与实现[D ].镇江:江苏大学,2017.陈定武(本科生),主要研究方向为自动化控制㊁嵌入式开发;张思扬(副教授),主要研究方向为电子电工技术㊁电气工程与自动化㊂(责任编辑:杨迪娜收稿日期:2018-04-23) 2.4G H z 频段的n R F 24L 01射频芯片,并与低功耗单片机S T C 89C 52结合,设计了一套无线病床呼叫系统,实现了短距离无线数据通信功能㊂经实验测试,该系统功耗低㊁传输速率高㊁通信稳定可靠,是无线技术在医学临床上的大胆应用,具有创新性和可行性㊂参考文献[1]朱玉颖,蔡占辉.基于n R F 24L 01的远程温度检测系统设计[J ].通信与信息处理,2010,29(5):5658.[2]高天星,赵旭强,马忠梅.基于C C 3200的W i F i 无线组网式跌倒检测系统[J ].单片机与嵌入式系统应用,2016(1):4144.[3]H a o M a ,H a o L i u ,Z h i Q i n g M a .T h e D e s i gn o f C o m m u n i c a t i o n S y s t e m f o r W e a r a b l e H e a l t h M o n i t o r i n g E q u i p m e n t [J ].A p pl i e d M e c h a n i c s a n d M a t e r i a l s ,2014(599601):11061110.[4]X i n R u i J i a n g ,Y i M i n g L v ,X i a o H a n C h e n g .D e s i gn o f W i r e -l e s s C o mm u n i c a t i o n S y s t e m B a s e d o n n R F 24L 01[J ].A d -v a n c e d M a t e r i a l s R e s e a r c h ,2014(945949):17561759.吕晓颖(讲师),主要研究方向为通信系统与数据处理㊂(责任编辑:杨迪娜收稿日期:2018-04-16)U l t r a S o C 嵌入式分析技术与I m pe r a s 虚拟平台联手助力多核开发及调试U l t r a S o C 和I m pe r a s 共同宣布:双方将达成一项广泛的合作,为多核系统级芯片(S o C )开发人员提供结合了嵌入式分析技术和虚拟平台技术的强大组合㊂根据协议条款,U l t r a S o C 将把I m p e r a s 开发环境的关键元素纳入其提供的工具中,从而为设计人员提供一个统一的系统级预处理和后处理芯片开发流程,显著地缩减了产品开发时间和整体开发成本㊂通过结合半导体知识产权(I P )和相关软件,U l t r a S o C 提供行业领先的独立片上监测㊁分析和调试技术㊂I m p e r a s 首创的虚拟平台方法使得软件开发人员能尽早启动S o C 项目的相关开发工作,并提供一系列调试工具为开发人员提供系统全局视角㊂将两家公司提供的技术结合起来可创造一个强大的㊁带有一个通用软件调试环境的集成化设计流程,为项目发展提供平稳过度㊂与I m pe r a s 一起合作使得我们能够为多核设计人员提供一个省时且性价比很高的商业级平台,用来开发并推出行业领先的S o C 设计, U l t r a S o C 首席执行官R u p e r t B a i n e s 说道㊂ R I S C V 或A R M ,无论设计人员的选择是什么,我们都提供一套完整的且最优化的解决方案㊂U l t r a S o C 携手I m p e r a s 可为半导体行业所面临的复杂性㊁规模和质量问题提供独特的解决方案㊂此次合作就是在我们达成了为系统性复杂挑战提供解决方案这一共识后迈出的第一步㊂。

《2024年基于STM32与树莓派的养殖水质监测无人艇系统研究》范文

《基于STM32与树莓派的养殖水质监测无人艇系统研究》篇一一、引言随着科技的不断进步，水产养殖业正逐步向智能化、自动化方向发展。

水质监测作为水产养殖的重要环节，其准确性和实时性直接关系到养殖效益和生态环境。

本文提出一种基于STM32与树莓派的养殖水质监测无人艇系统，旨在实现水质参数的实时监测、快速反应和精确控制。

二、系统概述本系统以STM32微控制器和树莓派为核心，结合传感器网络、无线通信、自动控制等技术，构建一套集数据采集、传输、处理、控制于一体的无人艇水质监测系统。

该系统可实现对养殖水体的温度、pH值、溶氧量、氨氮含量等关键参数的实时监测，为养殖户提供科学决策依据。

三、硬件设计1. 主控制器：采用STM32微控制器，具有高性能、低功耗、易于扩展等优点，负责整个系统的协调和控制。

2. 树莓派：作为数据处理中心，负责接收传感器数据，进行数据处理和分析，并通过无线通信模块将数据传输至远程监控中心。

3. 传感器网络：包括温度传感器、pH值传感器、溶氧量传感器、氨氮含量传感器等，用于实时监测水质参数。

4. 动力系统：采用电动推进系统，实现无人艇的航行和转向。

5. 无线通信模块：采用4G/5G通信技术，实现无人艇与远程监控中心的实时数据传输。

四、软件设计软件设计包括数据采集、数据处理、数据传输和远程监控四个部分。

数据采集由传感器网络完成，将采集到的数据通过主控制器传输至树莓派进行处理。

数据处理包括数据分析和预测，为养殖户提供科学决策依据。

数据传输通过无线通信模块将数据发送至远程监控中心。

远程监控中心可通过电脑或手机实时查看水质参数和数据变化情况。

五、系统实现系统实现包括硬件组装、软件编程和系统调试三个阶段。

硬件组装将各部分硬件进行组装和调试，确保各部分正常工作。

软件编程包括编写主控制器程序、树莓派程序和无线通信程序等。

系统调试包括硬件和软件的联合调试，确保整个系统能够正常工作。

六、实验与分析通过实际养殖环境中的实验，验证了本系统的准确性和可靠性。

基于stm32单片机水质检测系统的原理

基于stm32单片机水质检测系统的原理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

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基于STM32和阿里云IoT的水产养殖水质监测系统设计与实现

基于STM32和阿里云IoT的水产养殖水质监测系统设计与实现作者：徐鑫张传龙胡海刚来源：《南方农业·上》2024年第04期摘要針对水产养殖产业传统水质监测方法存在人工依赖性强、难以实时获取水质环境参数等问题，设计了一套基于STM32和阿里云IoT平台的水产养殖水质监测系统。

系统基于阿里云IoT平台开发了Web应用，以STM32芯片为核心设计了微控制单元，同时选用了水温、pH值、溶解氧浓度和盐度4个常用参数的水质检测传感器组成数据采集端，成功搭建了试验平台并进行了一系列测试。

测试结果表明，系统不仅能够实现水质数据的实时采集，还能够将数据远程传输到用户端，并生成历史数据曲线，从而实现了全面的水质监测。

此外，系统还能够主动响应数据异常，并触发声光报警，减少了对人工干预的需求，提高了监测的及时性和准确性。

关键词水产养殖；水质监测；物联网；STM32中图分类号：S951.2 文献标志码：A DOI：10.19415/ki.1673-890x.2024.07.054党的十八大以来，中国农业现代化建设取得了显著进展，具备了由农业大国迈向农业强国的基本条件[1]。

在农业领域，水产养殖作为一个重要产业一直呈现出良好的发展态势，其产品产量逐年上升[2]。

水产养殖业逐渐呈现出大规模和工厂化的趋势，密集养殖和相对封闭的水体养殖成为主要特点。

这一趋势对于水产养殖行业的未来发展具有重要意义。

养鱼首要考虑的是水质[3]，因为水质对养殖的影响至关重要。

养殖过程不仅需要确保水体中的养分充足，还需要维持水质环境的稳定性[4]。

水质环境的大幅度变化可能导致水生物的新陈代谢功能紊乱，并增加水生物疾病的发生频率[5]。

水质环境受多种因素的影响，其中包括投喂方式不合理、饲料残留、过度使用渔药和激素等问题[6]。

这些因素可能导致养殖水体的恶化[7]，增加了养殖水质管理的难度，因此，为了成功养鱼，必须注重水质管理，以确保水质环境的稳定性和适宜性。

基于STM32的智能水质监测系统的研究和设计的开题报告

基于STM32的智能水质监测系统的研究和设计的开题报告1.研究背景与意义随着水污染的加重，人们对于水质的关注越来越高。

尤其是在农村地区，因为水质监测系统设备条件差，许多水污染信息无法及时准确的获取到，导致严重影响了人民群众的饮用和生态环境的保护。

因此，研发一种能够实时监测水质的设备具有重要的现实意义。

本文选用STM32单片机为控制核心，设计了一种智能水质监测系统，从而考察其实时监测水体环境参数的可能性。

2.研究的目标本文的主要目标是着眼于智能水质监测系统，采用STM32控制器为核心，设计一种实时检测水质参数的系统，该系统可以自动采集和监测各种水体环境参数，并将数据通过无线方式传输到终端设备。

3.研究内容和方法本文主要通过以下步骤执行：（1）系统设计和构建，包括设计电路、机械和程序；（2）研究STM32单片机的基本架构和特性，掌握STM32的程序编写方法；（3）研究水体参数的检测方法和设备，包括水温、pH、氧化还原电势等；（4）实时采集水体参数，并通过模块将数据传输到终端；（5）数据存储、认证和分析。

4.研究方案系统硬件方案本系统硬件主要由传感器模块、STM32主控模块、数据传输模块组成。

传感器模块负责实时检测水体的各项参数，将数据传输到STM32主控模块，数据传输模块则负责将采集到的数据通过无线方式传输到终端设备。

系统软件方案本系统软件设计的主要任务是完成以下几个功能：（1）根据传感器模块采集到的传感器数据，进行实时数据采集处理；（2）通过数据传输模块把处理后的数据传输到远程服务器；（3）在远程服务器部署面向Web的监控系统，实现数据的在线监控和处理；（4）实现数据的存储和查询，方便后续数据分析和处理。

5.预期成果本论文预期将设计出一套基于STM32单片机的智能水质监测系统，该系统将极大程度地改善水污染检测的实时性和准确性，为环境保护和人民群众的健康提供有力的保障。

同时，本文的成功实施将从技术上提高了国家对于智能水环境监测系统的标准与支持。

基于的鱼塘水环境监测系统设计

系统工作流程
系统上电后，首先进行初始化操作，然后进入主循环。在主循环中，程序会依次读取pH值、溶解氧浓度和水温等数据，并将数据存储到SD卡中。如果监测数据出现异常(如pH值或溶解氧浓度过低)，则启动报警模块
系统软件设计
系统软件设计
数据处理与存储
读取传感器数据后，微控制器会对数据进行处理(如滤波和标度转换)。处理后的数据会被写入SD卡中，同时也会通过串口发送到计算机或移动设备上。为了方便分析数据，我们会在SD卡中建立一个文件，专门用于存储监测数据。每个文件包含多行数据，每行数据包括时间戳、pH值、溶解氧浓度和水温等信息
2
系统需求分析
系统需求分析
在设计监测系统之前，我们需要明确系统的需求。一个基本的水环境监测系统应具备
以下功能
系统需求分析
监测pH值 pH值是水质的重要指标，过高或过低的pH值都会
对鱼类产生不利影响
监测溶解氧溶解氧是鱼类呼吸的必要条件，低氧
会导致鱼类窒息
Z ZZ Z
监测温度水温会影响鱼类的生长
传感器模块
系统硬件设计
pH传感器：选用PH-005型pH传感器，它具有较高的测量精度和良好的稳定性。通过SPI接口与STM32微控制器连接溶解氧传感器：选用DO-005型溶解氧传感器，测量范围为0~100%。同样通过SPI接口与微控制器连接
水温传感器：选用温度-湿度传感器DHT11，它可同时测量温度和湿度。由于DHT11使用的是数字接口，因此可以直接与STM32的GPIO口连接
速度和健康状况
报警功能当监测数据出现异常时，系统应能自动报警
数据存储系统应能将监测数据存储起来，方便养殖者查看和分析

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无论是国内还是国外都有研究显著说明，此设计中测量待测液体中的PH 值测量、水位测量、水温测量已经逐渐往“高科技”方向发展。

简易水情检测系统设计现如今主要可以应用于规模大的水厂、长江漓江等流域的水文资源局、农村和城市的水库、中华人民共和国水利部，比如水文遥测系统、水雨情自动监测系统、水位报警器等。

主要进行雨量水情、防汛和饮用水PH监控等信息的预警等，也普遍应用于污水处理厂对农药废水、酿造行业废水、化学肥料废水等进行水情检测，使其能够安全的排入江河湖海让水系动物像鱼类不受到污染。

21世纪的现在，中华人民共和国到处都在经历严重的洪涝灾害，对于网络爆炸的时代，兴起了“城市看海”的网络热词。

无论是山体滑坡还是城市内涝，中国许多城市的居民的出行和日常生活都受到严重的影响。

如果想让“看海”这样的情况消失的话，本次设计就得用一些现在国际上先进的高科技技术来预防并使它得到控制，这也是与水情管理部门存在着密不可分的关系。

在能购买到水情检测系统的平台，它们的标价大多数价格昂贵，一般不能集水位，水温，水的PH值测量等功能融为一体，这一现状使很多公司想扭转水利建设明显滞后的局面。

如果想要对水情情况进行实时的数据采集、存储和传输，那么简易水情检测系统设计就要运用21世纪比较高科技的技术，使其能够解决小溪、河流和水库的洪水预测与防洪调度，然后使得人们能够提前预防洪水以及发生洪水后有一定的应对能力。

预计到2025年，基本可以建成防洪减灾的简易水情检测系统，使其在农民的田地灌溉以及预防洪灾也可以发挥很大的作用。

所以就必须加强对水情检测系统的技术钻研力度和创新发明。

总而言之, 大力发展水情检测系统技术, 设计一个高级先进的简易水情检测系统, 对提高水利部门在防汛、防洪方面的工作质量和效率具有十分重要的意义。

1．2课题研究的国内外发展现状据我阅读许多国外资料了解到，美利坚共和国在简易水情检测设计方面比较重视。

世界上最早开始着手研究这个设计的国家是美国和日本。

在水情情况检测的历史发展历程中，首次在市面上出现的产品是来自美国的SM公司与其国家的天然气局一起合作生产的一款名为“水情自动测报”的检测设备。

随着技术的逐渐往高处走，此系统也是一样，这个系统由低性能到高性能，而且功能更加稳定。

1970年之后，红外线遥控设备、远程监控技术在全世界得到广泛的应用。

1980年之后，世界上有许多家公司都研发了一些很厉害的产品，使得水情检测系统可以在水文监测、水情测报、河道观测、农田小气象观测、环保监测、大坝安全监测、山洪地质灾害预警、城市饮水安全监测、水产养殖等领域应用，也可以给予给排水工程师在水利工程中提高帮助。

在我国，刚开始是为了水库工作的方便所以让工程师研究一个可以应用于水库的水情检测简易水情检测系统。

但是由于当时的旧中国各方面都比较落后，资金方面又跟不上，导致测量的误差较大，不能应用。

到了1980年，我国渐渐开始崛起,并用较快的速度改进了国家的技术基础,自主开发设计了属于自己的水情自动监测系统。

新中国于1986年将此设计投入运行，使得水情检测技术在20世纪的最后十年发展迅速，这一段时间被称作是最快的时期。

此外，铁路、互联网、工业网络也开始陆续建成，中国逐渐进步。

简易水情检测系统设计从开始到成型经历了十几年的发展过程，特别是近几年，我国的水情自动监测系统有了不小的发展。

系统的功能由最初的能够测量出水位高度、水酸碱度、水温测量，发展到现如今能够满足测量很多种水利工程中的数据。

此系统将持续创新，简易水情检测系统设计可以实时监控一些人不能靠近的犄角旮旯或者没有人监控的场景。

不断的去改进和创造先进的产品支持水利有关工作，为我国的天气预报、防洪减灾事业做出它应有的贡献。

1．3本课题的主要内容由系统功能可得，本系统是一个可应用于实际生活的简易水情检测系统，主要包括以下几个设计内容:（1）水情数据采集：STM32主控芯片可以连接到外围硬件电路中的多个传感器,准确且实时地进行采集所在地方水情（水温、水位、PH）数据；（2）数据显示：将进行采集所在地方水情（水温、水位、PH）数据显示在屏幕上，在屏幕上分两行显示“水情检测系统”等字并显示实时时间；（3）数据传输：对采集的数据进行远程传输即对检测到的几个数据以及实时时间通过串口通信发送到PC机上显示，就可以达到监测水情和预防未知性灾害的效果。

1．4论文结构安排本论文共分为六章，章节结构安排如下：第一章介绍了简易水情检测系统研究的目的及意义、国内外研究现状等，最后给出了本设计的主要内容及任务要求。

第二章对水情检测中最重要的PH传感器作出了详细的分析,给出了其在工作时的工作原理。

第三章是对系统方案的确定,对每个方案进行了详细分析并介绍了系统电路设计的具体指标。

第四章主要介绍了本设计硬件各模块的组成以及电路原理。

第五章主要介绍了系统各模块的软件设计方案以及软件编写设计思想。

并对一些主要程序进行细致的分析，比如PH检测、水温检测等。

第六章介绍了本设计的系统测试工作并记录了测试的数据，对采集的参数进行误差分析，最后对全文进行总结。

第2章PH传感器检测模块本次设计中采用市面上常见的PH值检测采集传感模块，接口为BNC标准接口，适合接可充式PH复合电极，检测精确度高，使用也很方便。

2．1 PH检测传感器的组成在生活中要判断一个液体是酸还是碱的时候，一个最通常的方法就是利用石蕊试纸进行测试酸碱值。

将液体滴一滴在试纸上，试纸的颜色会随着液体PH值的不同而改变颜色，从而辨别出是酸或是碱。

但是，如果待测液体的PH值接近中性的话，数值会有极大误差，所以这就是为什么这次设计要用PH传感器检测模块的原因。

PH传感器检测模块包括了PH复合电极和PH传感器电路。

2.1.1 PH复合电极本系统中待测溶液中的PH值在工业以及生活中都是用PH复合电极来实现的。

图2.1为PH复合电极。

所谓PH复合电极就是将两个电极封装在一起形成一个可填充塑料外壳的复合电极。

它的实际测试电极是底端的玻璃泡，对比电极是银-氯化银电极。

本次设计运用了上海知名品牌雷磁的E-201-C型号PH复合电极，从传统意义上来说：它有塑料栅保护，可以防止测量时外电场干扰，测量时可搅拌待测液体。

图2.1 PH复合电极2.2.2 PH传感器PH传感器模块是数据采集中较稳定的检测传感器模块。

它可以进行二次开发，具有经济实惠、小巧玲珑、测量值准确、电路稳定等特点。

此PH传感模块可与N种微处理器AD转换的I/O口进行连接，输出方式是模拟电压信号输出。

该模块是由电位器、电阻、电容、电源指示灯、温度补偿模块和BNC接口。

在简单水情检测系统的测量过程中，将PH复合电极连接到板上的BNC接口上。

图2.2为PH传感电路。

图2.2 PH传感器电路2．2 PH传感器的工作原理图图2.3是PH传感器模块原理图。

图2.3 PH传感器模块原理图PH传感模块在工作时会外接PH复合电极，原理图中通过BNC接口输出的是电压单位是mV，该模块利用放大器来实现信号放大的功能，将mV转换成V。

PH 模块由多个电阻、电容与放大器TLC4502一起工作达到对信号的变大,还搭载了采用SOIC-8封装方式的LM285D-2.5基准电压源，给电路提供高精度的2.5V电压。

2．3 PH工作原理在本设计中，为了得到精确度高的PH值，就要使用电位分析法来进行PH 值测量。

会把收到的酸碱信号转换为电压信号，然后再把数据发送到控制电路，这种方法就叫做电位分析法。

准确率高的PH检测模块主要应用于需要检测溶液酸碱度的各个工业溶液。

主要工作原理：（1）PH传感器连接PH复合电极之后，整个模块上电后开始工作。

通过PH 复合电极利用溶液中对酸碱度的敏感，PH传感器利用溶液中的H+离子活度来检E ：代表标准电极电动势；R ：气体常数）mol *K （8.31441J/； T ：温度； n ：电极反应中电子转移数；F:法拉第常数。

验溶液酸碱度。

PH 值与氢离子活性aH+的关系如下：+-=H PH a log 10 （1）此外，氢离子活性与氢离子浓度的关系如下：)(a +++=H H H γ （2）（2）PH 复合电极主要拿来测试部件是玻璃电极和参比电极，通过这两电极的内部电极与内部液体之间产生的电位。

如在特殊情况下，温度会对电动势产生特别大的影响。

此时需将温度保持一致，玻璃电极的电动势只由待测液体的酸碱度决定。

由上可得被测溶液的PH 值与模拟电压输出的关系是线性的，线形图为图2.4。

根据Nernst 方程可以得出，电动势、温度与PH 值三者之间的关系为： KPH E a nF RT E E H -=+=+00)(log )/303.2( （3）其中：图2.4 PH 值与输出电动势关系其中：γH+：氢离子活性系数（acTIvity coefficient ） H+：氢离子浓度（3）因此通过对电位的变化测量，从而将这两个电极电位测量出来就可以得出PH溶液的PH值。