基于單片機與labview 的懸浮物采集系統設計

白亮亮

（新疆工程學院信息工程學院，新疆烏魯木齊，830000）

0 引言

水庫隨著時間的增長，受氣候、動物以及人類生活等影響，污染物會逐漸在水體中累積，如果不對水源進行監測，不定時清理水體中的污染物，將會對水庫的正常使用造成巨大影響。經研究調查，在不同存在形式、分布特征的污染物中，懸浮態污染物對營養鹽、重金屬和有害有毒物質的吸附率最高，所以開展對懸浮物的研究，對水源水庫的水質的檢測，對水源水庫的水質檢測具有非常重要的價值[1-2]。

自動化設備投入監測與使用提升了管理效率，中科院海洋研究所設計了一種數據采集器，該設備主要面向應用對象為海洋的水環境，該系統存在成本高等問題[3]。王士明提出了一種基于Zig Bee 協議的無線傳感器網絡(WSNs)的水質監測系統方案，系統采集的參數有實質溶解氧、PH 值等數據，通過串口將數據發送到計算機，通過labview 進行顯示，該系統實時性好，對象側重點在水質環境監測[4]。

本系統設計了一種能夠對水位深度，水質渾濁度及水流速進行檢測的傳感器，同時采用labview 進行實時顯示，該系統成本低，顯示界面良好。

1 系統設計

本設計所使用的硬件設備STM32F103R8T6 單片機、深度傳感器、TS-300B 濁度模塊、水流速傳感器、USB 接口模塊、個人計算機，整體框架圖見圖1。

圖1 系統框圖設計

1.1 深度傳感器

本次使用的水位測量傳感器（見圖2），該水位傳感器是一款簡單易用、性價比較高的水位/水滴識別檢測傳感器，該傳感器模塊是一個模擬傳感器，通過一系列的暴露的平行導線完成水滴的測量，因為水具有導電特性，當水覆蓋了傳感器的表面時，引起傳感器的電壓發生改變，后面經過ADC 的數字化轉換，從而完成水位的測量。

圖2 水位測量傳感模塊

1.2 濁度傳感器

本次實驗采用的是TS-300B 濁度模塊（見圖3），該裝置是根據散射光線強度這一原理進行，采用紅外光作為光源能夠進行干擾的抵抗，同時在該模塊中集成了溫度的補償系統，這樣在復雜環境下傳感器的穩定性還是能夠得到進一步的保障。同時在具體的測量值可以進行一定的保存，與一些CPU 控制模塊相互配合可以進行濁度的閾值設定與報警。該模塊也是一種低能耗模塊，利用鋰電池就可以驅動模塊實現正常的工作。

1.3 流速傳感器

本次設計使用的流速傳感器（見圖3），設計的過程中采用的工藝有塑料閥門，水流轉子和霍爾傳感器。當水流通過轉子的時候推動轉子旋轉，因而在霍爾傳感器接收信號的時候產生脈沖信號根據脈沖信號的強弱判斷控制器水流量的大小，從而對其進行調控。

圖3 TS-300B 濁度模塊

圖4 水流量傳感器

1.4 軟件設計

設計的流程圖（見圖5），在初始化函數中使用到的模塊有串口模塊，ADC 模塊和三種必須的傳感器模塊，和計時器模塊。單片機中采集深度和渾濁度數據，均是通過ADC 循環采樣模塊進行采樣，采集流速信息則是通過設置一個定時器，每接收到一個脈沖信號則中斷加一，以此來計算水流量。

圖5 主程序流程圖

LabVIEW 的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼，系統部分程序框圖見圖7。

圖7 系統程序框圖

2 結論

設計的硬件部分通過調試，使用STM32 單片機，以及TS-300B 濁度模塊、水位測量傳感器、水流量傳感器。能通過串口通信的方式，實現數據從單片機向上位機界面的傳送，并且硬件設備從水中測量水體深度、測量水中的濃度及水流量誤差不大，同時實現將采集到的信息上傳到上位機中，并在LabVIEW 中能夠將這三者變量用折線圖進行展現，在LabVIEW 上位機中也能正常顯示實時數據變化，基本達到了預期的要求，

設計在完成基本功能的同時，依然有許多不足之處需要進行進一步的完善與改進，如在具體的使用時能測量的水位高度有限，因為濕敏傳感器測得的水位畢竟有限。在進行濁度測量的時候，使用了反射光線強度的表征方式來量化水體的濁度，所以在實際測量時日光或者日光燈對測量精度影響很大，同時傳感器的表面需要時刻保持潔凈。同時本次設計僅能采集數據，并不能通過LabVIEW 上位機來控制傳感器參數，設計功能不夠全面。

1.5 上位機界面設計

LabVIEW 是美國國家儀器公司提出的一種語言，同時提出了虛擬儀器這一概念，提出軟件即儀器的思想。LabVIEW語言的功能不斷被擴充，因為其對功能的打包，使得其開發周期縮短，LabVIEW 提供圖形化編程語言，并提供大量的控件給用戶使用，很大程度上模擬了現實世界，使得沒有編程基礎的人也能使用。基于LabVIEW 編程的上位機編程實現還有很多其他的特點，LabVIEW 運行機制是基于數據流進行的，程序在運行的時候，都會由節點進行聯系，當所有的數據到達節點后，才能被執行。

系統LabVIEW 應用程序包括前面板(Front Panel)、流程圖(Block Diagram)以及圖標/連結器(Icon/Connector)三部分。前面板是圖形用戶界面，也就是VI的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類對象，具體表現有開關、旋鈕、圖形以及其他控制和顯示對象。該設計的前面板見圖6。