水質(zhì)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

方自磊 楊謹(jǐn)寧

譚迪熬 中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)院士專家咨詢工作委員會(huì)首任專家，中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)中小學(xué)創(chuàng)造教育分會(huì)會(huì)長(zhǎng)，科技創(chuàng)新教育特級(jí)教師，教育部國(guó)培計(jì)劃專家?guī)鞂＜摇?/p>

一、研究?jī)?nèi)容

設(shè)計(jì)一個(gè)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)水質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、顯示等，通過STM32單片機(jī)對(duì)所有傳感器進(jìn)行控制，達(dá)到監(jiān)測(cè)水質(zhì)的目的。

二、設(shè)計(jì)思路

用DS18B20溫度傳感器檢測(cè)溫度，用TSW-30傳感器檢測(cè)水質(zhì)渾濁程度，用酸堿度傳感器檢測(cè)酸堿度。用傳感器采集水樣中各個(gè)組分的濃度，然后計(jì)算水體中的濁度值（TU，一般飲用水的TU值<1 mg/L）和酸堿度（pH）等參數(shù)，最后將得到的數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)處理分析。

利用單片機(jī)對(duì)收集到的濁度值和pH值進(jìn)行數(shù)值模數(shù)轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以處理的數(shù)字信號(hào)。DS18B20溫度傳感器用來傳輸數(shù)據(jù)到單片機(jī)的是單總線數(shù)字協(xié)議，最后將數(shù)據(jù)顯示在液晶屏幕上。單片機(jī)負(fù)責(zé)判斷污染是否超標(biāo)，如果超標(biāo)，需由Wi-Fi模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到手機(jī)的串口調(diào)試助手上，實(shí)時(shí)進(jìn)行水污染監(jiān)測(cè)。

三、功能測(cè)試與運(yùn)行結(jié)果

（一）硬件電路調(diào)試

我們主要采用分模塊進(jìn)行調(diào)試，每焊接一個(gè)模塊就用萬用表檢測(cè)電路板的通電情況，并時(shí)不時(shí)地用手觸摸芯片，判斷溫度是否有異常升高的趨勢(shì)。所有芯片焊接完成后開始下載程序，若程序能正常下載，則表示系統(tǒng)能正常工作，繼而完成智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)物連接。

實(shí)物連接完成后，我們通過檢測(cè)醋溶液的濁度值、酸堿度，驗(yàn)證濁度傳感器與酸堿度傳感器能否正常工作。實(shí)驗(yàn)測(cè)得濁度值為211 mg/L，酸堿度為3，表示兩個(gè)傳感器均能正常工作。

接著，當(dāng)我們手握溫度傳感器時(shí)，溫度由26 ℃升至31 ℃，觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)（溫度閾值為最高28 ℃）。

（二）軟件調(diào)試

主要通過Keilu Vision5軟件進(jìn)行程序的編寫與調(diào)試。在調(diào)試的過程中，我們遇到了很多問題，其中最讓人頭疼的就是在傳送數(shù)據(jù)時(shí)出現(xiàn)了亂碼。我們通過上網(wǎng)搜索資料，找到了造成這一問題的原因：原來，我們?cè)诰帉懗绦虻倪^程中沒有設(shè)置傳輸數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。我們恍然大悟，通過修改，最終順利完成了數(shù)據(jù)的傳輸。

四、創(chuàng)新點(diǎn)

本文提供了一個(gè)通過STM32數(shù)據(jù)處理器，并結(jié)合無線介質(zhì)傳輸技術(shù)的水體自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其定位是向使用者長(zhǎng)時(shí)間提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，定性評(píng)估水體狀況。該系統(tǒng)方便實(shí)用，不但節(jié)約人力和財(cái)力，且具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、靈活性高的優(yōu)點(diǎn)。

五、總結(jié)

本文基于STM32單片機(jī)設(shè)計(jì)了水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水環(huán)境中溫度、濁度和酸堿度等數(shù)據(jù)的采集，最后將采集到的數(shù)據(jù)顯示在OLED顯示屏上。在此過程中，數(shù)據(jù)還將通過Wi-Fi模塊顯示在串口調(diào)試助手上。

由于我們目前的認(rèn)知尚淺，在設(shè)計(jì)方面還存在很多需要改進(jìn)和完善的地方，如程序不夠簡(jiǎn)化等，我們將在今后的實(shí)踐中進(jìn)一步改進(jìn)。（指導(dǎo)老師：羅福海 ? 徐德軍）

專家點(diǎn)評(píng)

方自磊、楊謹(jǐn)寧同學(xué)的水質(zhì)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是一件富有積極意義的創(chuàng)新實(shí)踐作品。

中國(guó)水資源總量少于巴西、俄羅斯、美國(guó)、印度尼西亞等國(guó)家。若按人均水資源占有量這一指標(biāo)來衡量，則僅占世界平均水平的1/4，排在第110名之后，而甘肅省的水資源總量排在全國(guó)的第14位左右。從有關(guān)報(bào)道獲悉：近年來，甘肅積極踐行“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”治水思路，堅(jiān)持把節(jié)水作為治本之策，全面推進(jìn)節(jié)水型社會(huì)建設(shè)，全省12個(gè)地級(jí)城市以及蘭州新區(qū)、臨夏市、合作市均達(dá)到“雙水源”供水條件，30個(gè)縣區(qū)達(dá)到“雙水源”供水條件。

兩位同學(xué)的這項(xiàng)作品：其一，體現(xiàn)了甘肅省全民水資源保護(hù)意識(shí)的提升和青少年勇于進(jìn)取、知行合一的精神面貌；其二，體現(xiàn)了兩位同學(xué)對(duì)相關(guān)器件利用、技術(shù)應(yīng)用的能力；其三，體現(xiàn)兩位同學(xué)對(duì)科創(chuàng)活動(dòng)的熱情和實(shí)踐探索的科研潛質(zhì)。希望兩位同學(xué)進(jìn)入大學(xué)后，繼續(xù)追逐自己的創(chuàng)新夢(mèng)想。