水質智能監測系統

◆甘肅省高臺縣第一中學高一（7）班 方自磊 楊謹寧

一、研究內容

設計一個智能監測系統，對水質的相關數據進行采集、處理、顯示等，通過STM32單片機對所有傳感器進行控制，達到監測水質的目的。

二、設計思路

用DS18B20 溫度傳感器檢測溫度，用TSW-30 傳感器檢測水質渾濁程度，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，最后將得到的數據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 值進行數值模數轉換，將數據轉化為單片機可以處理的數字信號。DS18B20 溫度傳感器用來傳輸數據到單片機的是單總線數字協議，最后將數據顯示在液晶屏幕上。單片機負責判斷污染是否超標，如果超標，需由Wi-Fi 模塊將數據發送到手機的串口調試助手上，實時進行水污染監測。

三、功能測試與運行結果

（一）硬件電路調試

我們主要采用分模塊進行調試，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，則表示系統能正常工作，繼而完成智能監測系統的實物連接。

圖1 硬件實物圖

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

圖2 檢測醋溶液的濁度值（左）和酸堿度（右）

圖3 檢測溫度

（二）軟件調試

主要通過Keilu Vision5 軟件進行程序的編寫與調試。在調試的過程中，我們遇到了很多問題，其中最讓人頭疼的就是在傳送數據時出現了亂碼。我們通過上網搜索資料，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置傳輸數據的長度。我們恍然大悟，通過修改，最終順利完成了數據的傳輸。

四、創新點

本文提供了一個通過STM32 數據處理器，并結合無線介質傳輸技術的水體自動監測系統，其定位是向使用者長時間提供實時監測數據，定性評估水體狀況。該系統方便實用，不但節約人力和財力，且具有實時性強、靈活性高的優點。

五、總結

本文基于STM32 單片機設計了水質監測系統，可以實現對水環境中溫度、濁度和酸堿度等數據的采集，最后將采集到的數據顯示在OLED 顯示屏上。在此過程中，數據還將通過Wi-Fi模塊顯示在串口調試助手上。

由于我們目前的認知尚淺，在設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。

專家點評

方自磊、楊謹寧同學的水質智能監測系統，是一件富有積極意義的創新實踐作品。

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。從有關報道獲悉：近年來，甘肅積極踐行“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”治水思路，堅持把節水作為治本之策，全面推進節水型社會建設，全省12 個地級城市以及蘭州新區、臨夏市、合作市均達到“雙水源”供水條件，30 個縣區達到“雙水源”供水條件。

兩位同學的這項作品：其一，體現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，體現了兩位同學對相關器件利用、技術應用的能力；其三，體現兩位同學對科創活動的熱情和實踐探索的科研潛質。希望兩位同學進入大學后，繼續追逐自己的創新夢想。