水質(zhì)智能監(jiān)測系統(tǒng)

方自磊 楊謹寧

譚迪熬 中國發(fā)明協(xié)會院士專家咨詢工作委員會首任專家，中國發(fā)明協(xié)會中小學(xué)創(chuàng)造教育分會會長，科技創(chuàng)新教育特級教師，教育部國培計劃專家?guī)鞂＜摇?/p>

一、研究內(nèi)容

設(shè)計一個智能監(jiān)測系統(tǒng)，對水質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集、處理、顯示等，通過STM32單片機對所有傳感器進行控制，達到監(jiān)測水質(zhì)的目的。

二、設(shè)計思路

用DS18B20溫度傳感器檢測溫度，用TSW-30傳感器檢測水質(zhì)渾濁程度，用酸堿度傳感器檢測酸堿度。用傳感器采集水樣中各個組分的濃度，然后計算水體中的濁度值（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)傳送給單片機處理分析。

利用單片機對收集到的濁度值和pH值進行數(shù)值模數(shù)轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為單片機可以處理的數(shù)字信號。DS18B20溫度傳感器用來傳輸數(shù)據(jù)到單片機的是單總線數(shù)字協(xié)議，最后將數(shù)據(jù)顯示在液晶屏幕上。單片機負責(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)送到手機的串口調(diào)試助手上，實時進行水污染監(jiān)測。

三、功能測試與運行結(jié)果

（一）硬件電路調(diào)試

我們主要采用分模塊進行調(diào)試，每焊接一個模塊就用萬用表檢測電路板的通電情況，并時不時地用手觸摸芯片，判斷溫度是否有異常升高的趨勢。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)測系統(tǒng)的實物連接。

實物連接完成后，我們通過檢測醋溶液的濁度值、酸堿度，驗證濁度傳感器與酸堿度傳感器能否正常工作。實驗測得濁度值為211 mg/L，酸堿度為3，表示兩個傳感器均能正常工作。

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

（二）軟件調(diào)試

主要通過Keilu Vision5軟件進行程序的編寫與調(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，我們在編寫程序的過程中沒有設(shè)置傳輸數(shù)據(jù)的長度。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

本文提供了一個通過STM32數(shù)據(jù)處理器，并結(jié)合無線介質(zhì)傳輸技術(shù)的水體自動監(jiān)測系統(tǒng)，其定位是向使用者長時間提供實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，定性評估水體狀況。該系統(tǒng)方便實用，不但節(jié)約人力和財力，且具有實時性強、靈活性高的優(yōu)點。

五、總結(jié)

本文基于STM32單片機設(shè)計了水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對水環(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。

由于我們目前的認知尚淺，在設(shè)計方面還存在很多需要改進和完善的地方，如程序不夠簡化等，我們將在今后的實踐中進一步改進。（指導(dǎo)老師：羅福海 ? 徐德軍）

專家點評

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

中國水資源總量少于巴西、俄羅斯、美國、印度尼西亞等國家。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的第14位左右。從有關(guān)報道獲悉：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，堅持把節(jié)水作為治本之策，全面推進節(jié)水型社會建設(shè)，全省12個地級城市以及蘭州新區(qū)、臨夏市、合作市均達到“雙水源”供水條件，30個縣區(qū)達到“雙水源”供水條件。

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