基于stm32微控制器的高位水箱供水自動控制與質檢裝置的設計

楊曉燕，王琰琰，侯緒杰

（濰坊職業學院，山東 濰坊 262737）

隨著城鄉建設的迅猛發展，許多高層或超高層樓群拔地而起，高樓供水是一項十分重要的內容。受地理環境、市政供水設施等因素的影響，高樓供水不能一次性滿足所有住戶的需求，需要二次供水。高位水箱能夠儲存生活用水、消防用水，具有節能、調節量大等優點，對于大、中、小型建筑物均適用，是目前廣泛使用的二次供水方式。隨著居民生活水平的不斷提高，人們對生活給水系統的要求越來越高。當用水量過大，由于高位水箱補水不及時，可能造成水箱供水間斷，而影響正常用水。由于水箱現有結構、材質、死水區等因素，高位水箱中的水質易受二次污染等問題，備受大眾的質疑。目前高層樓房常用是采用變頻調速裝置保持高位水箱中的水量，供水系統大多都無法同時滿足對供水連續性與安全性的要求，有的供水系統可以連續供水，卻無法進行水質檢測，而水質監測系統則無法實現連續供水控制，不能滿足不同服務場所的需求。為確保高層樓房供水連續與安全，如何經濟合理地解決高層樓房供水是一個亟待解決的問題。本裝置從實際應用出發，利用單片機實時監控水位與水質，當水位低于供水需求時，實現自動蓄水。高于供水要求時，停止蓄水。當水質出現問題時及時報警，采取科學合理的措施，保證高層樓房的人群飲用符合生活飲用衛生標準的水，以確保人民的健康。

1 硬件電路設計

1.1 總體方案設計

本裝置從高位水箱供水的實際需求出發，針對高層樓房供水中連續性與安全性問題，設計水位檢測、自動蓄水、水質監測、報警等功能。本裝置的MCU采用基于ARM Cortex M處理器內核的STM 32F103系列微控制器作為核心處理器。該控制器采用 64PIN LQFP封裝，具有3個12位us級A/D轉換器，相較于傳統單片機性能上明顯提升。該芯片具有豐富的引腳、中斷資源并且支持在低功耗與在線編程，完成信號采集、通訊、控制等功能，具有高性能、低成本、低功耗等特點。

1.2 水位檢測部分

根據對高位箱檢測設備使用環境及功能的分析，本設備具有對水位的檢測功能，采用懸臂梁式稱重傳感器得到水位信息。懸臂梁稱重傳感器具有安裝方便、方便維護與更換以及優秀的抗偏載能力。通過驗證，水位檢測的精度可達到mm級別。硬件連接圖如圖1所示。

圖1 水位檢測原理圖

1.3 自動蓄水部分

本裝置可根據實際需要設置報警水位，當水位的高度低于最低水位時系統會控制電磁閥的打開進行上水，當水位到達最高水位時系統將控制電磁閥關閉停止上水。電磁閥的通斷通過水箱內的水位傳感器來獲得啟停信號。

1.4 水質檢測部分

各種水質的分析是二次污染檢測中的關鍵環節，水的pH值控制更是重中之重，因此本裝置的水質檢測以pH值檢測為主，采用E-201-C型pH復合電極來作為檢測設備，用stm32所帶的高精度AD轉換器來對復合電極測得的數據進行轉換，用濾波程序將數據中的雜波進行濾除，最終得到一個穩定且精確的數據。硬件電路連接如圖2所示。

圖2 水位檢測原理圖

1.5 人機交互部分

（1）系統顯示。本裝置使用OLED顯示屏顯示測量信息，OLED為自發光材料，不需用到背光板，同時視角廣、畫質均勻、圖像穩定、反應速度快、用簡單驅動電路即可達到發光、制程簡單、使用方便符合輕薄短小的原則，應用范圍屬于中小尺寸面板等優點。綜上說述選擇了OLED顯示屏作為信息顯示系統。

（2）人機交互顯示。本裝置配備人機交互系統，操作人員可以通過本系統進行水位下限、水位上限、PH值檢測上限、PH值檢測下限、電池檢測下限等報警信息設置。同時該系統配有手機APP，可實時查看本裝置信息，避免人力資源浪費。

2 軟件功能實現

高位水箱供水與人們生活息息相關，水量與水質直接影響日常生活，因此，供水系統的準確性、可靠性、安全性顯得尤為重要。軟件設計必須保證可靠性、穩定性。本裝置的主要功能有：水位檢測、水質監測、自動蓄水、顯示、報警以及電池檢測等功能。水位檢測時，首先將懸臂梁式稱重傳感器測的數據經處理后傳入smt32處理器，由公式將得出的重量信息進行計算最后得出現有的水位高度，當水位的高度低于最低水位時系統會控制電磁閥的打開進行上水，當水位到達最高水位時系統將控制電磁閥關閉停止上水，OLED顯示屏對水位進行實時顯示。水質監測時，由pH復合電極測得的數據經由PH-Module傳入stm32處理器，經過stm32上的AD轉換器將電壓值轉換成可輸出的數據，并將處理完成的數據送入OLED顯示屏進行信息顯示。

3 結語

在當今日益變化的市場競爭中，節約成本以實現盈利勢在必行。本裝置的使用可以合理分配人員，避免人力資源浪費，同時又可以保證飲水的連續性與安全性，彌補了市場在此方面的空缺。通過測試，運行效果良好，有一定實際意義。