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    水质监测数据传输网络设计

    时间：2021-06-08 15:10:48 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人 蒲公英阅读网手机站

    相关热词搜索：数据传输 水质监测 设计

    　 水质监测数据传输网络设计

    　摘

    　要：随着电子技术的不断进步，新概念的不断提出，人们对于生活的要求也在不断的提高，智能化自动化的概念也逐渐的深入人心。伴随着生命之源的不断消耗，人们对于淡水资源的关注度也在提高。本课题就是以智能检测为主题进行设计的一款集检测、监测于一体的水质在线监测系统。本系统能够实时监测温湿度、水位、浑浊度值，并可以通过无线模块传输此时的监测值。用户采用手机 APP 即可查看此时检测的数据，非常方便。系统的硬件设计包括 STM32 系统处理器电路、温湿度传感器模块、水位监测模块、WIFI 模块、浑浊度监测模块设计；软件设计主要包括系统主程序、温湿度采集程序、WIFI 传输子子程序。最终通过实测表明系统设计达到设计要求，所有功能均实现。

    　关键词：STM32；WIFI；温湿度；水位；浑浊度

    　Water quality monitoring data transmission network design

    　Chenmengzhu school of Electronic Information Engineering, Electronic information engineering, Class06 Grade 2016

    　Instructor: Peng Ting

    　Abstract:With the continuous progress of electronic technology, new concepts are constantly put forward, people"s requirements for life are also constantly improving, the concept of intelligent automation is also gradually deeply rooted in people"s minds. Along with the continuous consumption of the source of life, people"s attention to freshwater resources is also increasing. This subject is an online water quality monitoring system with intelligent detection as the theme. The system can monitor temperature and humidity, water level and turbidity in real time, and can transmit the monitoring value through wireless module. The user can check the detected data by using the mobile APP, which is very convenient. The hardware design of the system includes STM32 system processor circuit, temperature and humidity sensor module, water level monitoring module, WIFI module and turbidity monitoring module. The software design mainly includes the main program of the system, temperature and humidity acquisition program, WIFI transmission sub-subroutine. Finally, the test shows that the system design meets the design requirements and all the functions are realized.

    　 Key words:

    　STM32; WIFI; Temperature and humidity; The water level; turbidity

    　目

    　录

    　 1

    　绪

    　论 ........................................................... - 4 - 1.1 设计背景 ..................................................... - 4 - 1.2 设计现况和意义 ............................................... - 4 - 1.3 本文主要内容 ................................................. - 5 - 2

    　系统的方案设计 ................................................... - 6 - 2.1 系统主要模块 ................................................. - 6 - 2.2 系统结构 ..................................................... - 6 - 3

    　系统的硬件设计 ................................................... - 8 - 3.1 主处理器系统电路 ............................................. - 8 - 3.2 温湿度模块 ................................................... - 9 - 3.3 水位监测模块 ................................................. - 9 - 3.4 浑浊度检测模块 ............................................... - 9 - 3.5 Wifi 模块接口 ............................................... - 10 - 4

    　系统的软件设计 .................................................. - 12 - 4.1 主程序 ...................................................... - 12 - 4.2 温湿度检测子程序 ............................................ - 13 - 4.3 Wifi 传输子程序 ............................................. - 14 - 5

    　系统测试 ........................................................ - 17 - 5.1 测试流程 .................................................... - 17 - 5.2 测试结果 .................................................... - 18 - 结论 ............................................................... - 20 - 参考文献 ................................................ 错误! ! 未定义书签。

    　附录 ............................................................... - 22 - 致

    　谢 .................................................. 错误! ! 未定义书签。

    　1

    　绪

    　论

    　 1 1 .1

    　设计背景

    　水是生命之源，人类在生产生活中都离不开水。在地球水圈中，水资源的总量为1．37×9103km ，其中海水约占总量的 97．3％，淡水仅占其 2．7％。淡水所占比例不但少，而且大部分分布在地球南北极冰雪覆盖下的冰川、冰盖中，而可利用的淡水资源就只有河流、淡水湖和地下水的一部分，还不到总量的 1％[1] 。现如今随着社会经济的发展、科学的进步和人民生活水平的提高，环境污染越来越严重，其中，水环境污染最为严重。在水资源日益短缺的今天，水质问题受到了更多地关注，因此对水质进行测试能使我们更好地保护水资源，保证合格的水质，这对正常生产、保证产品质量和人们健康具有非常重要的意义。

    　随着我国社会经济的高速发展，城市化、工业化进程的加速，导致城市生活污水和工业废水大量排入江河、湖泊和水库，造成地表水和地下水的严重污染，水污染的问题日益突出。根据中国环境状况公报的数据，2005 年在我国长江、黄河、珠江等七大水系 100 个国控省界重点监测断面中，I．Ⅲ类水质断面占 36％，1V、V 类水质断面占 40％，劣 v 类水质断面占 24％t21，与 2003 年统计数据相比，2005 年七大水系重点监测断面中 I．Ⅲ类水质断面所占比例下降了 17．4％，而劣 v 类水质断面则上升了15．3％，这说明我国水污染状况逐年恶化的趋势明显。另外，我国 28 个国控重点湖(库)中，劣 v 类水质所占比例高达 43％，而满足 II 类水质的湖(库)仅占 7％。2007 年的统计数据表明：全国每年因为水污染造成的经济损失高达 300 亿元，与发达国家相比，我国面临着更严重、更紧迫的水污染危机。加强我国的水环境保护和水污染的治理工作成了我国国民经济发展亟待解决的问题。

    　地球上的土地面积很少，大部分的部分都是水，所以说地球还可以成为一颗水星，但是尽管水占地球的大部分区域，而其中的淡水资源却很少，整体的淡水资源只占地球的百分之一。就在这仅有的百分之一的淡水资源随着工业化的破坏和人们的不节约，在很多淡水都是冰山的时候，人们可用的淡水也越来越急缺。随着电子技术、传感器技术、计算机技术、现代通信技术等高新技术的发展，使安全技术逐渐发展起来。人们也开始逐渐关注节约水资源和针对污染水质进行治理。对于水质的检测国家和社会也是逐渐增加了关注度和支持力度，技术人员也不断地更新检测技术，对于检测方案也是越来越多。

    　1 1. . 2 设计现况和意义

    　进入二十一世纪以来，电子技术的概念不断进步和发展，人们对于计算机，物联网都有了一定的认识和基础，慢慢接受并享受电子技术带来的方便和快捷，人们的生活水平也在不断的提高，随着温饱问题的解决，生活的质量要求也随之升高，人们更

    　多地注重于安全，这个安全包括：生活安全和食品安全，尤其是水质安全问题。这时，电子技术和人们需求相结合就诞生了水质在线检测的这个新概念，以一个大型的物联网城市，进行分别连接各家各户的智能点，进而形成一个智慧城市的大框架，在这个大框架下，智能水质监测是最基础也是最重要的点，国家也在积极支持和发展这方面的技术和方法，智能检测成为时代的主题。

    　水质监测就是以特定水体为对象(如江、河、湖泊、水库、海洋等)，通过对水体的一系列参数的测定和分析，了解水体中污染物的种类和污染物的浓度状况，从而对水质状况进行评价 15J；通过对不同时期水质检测参数的分析，掌握水体水质变化的趋势。水质监测的数据不仅为各类污染源的管理、水污染突发事件的应急处理提供科学依据，而且为政府制定发展规划、为环保部大强对水环境的保护提供数据支持。因此水质监测对于加强水环境保护和治理工作，解决我国水污染危机具有重要意义。

    　目前，水质监测得到了世界各国的普遍重视，各国针对本国的实际情况制定了相应的水环境质量标准及水质监测规范 16J。我国也制定了相关的水环境质量标准和水质监测技术规范，如《国家标准地表水环境质量标准》(GB3838．2002)、《国家标准地下水环境质量标准》(GB／T 14848．93)及《水质监测规范》(SDl27．84) 目前市场上的主要的水质监测探测器是人工进行化学监测，消耗人工和资源，而且要得到水质的结果不及时。针对这种情况，实时水质监测系统就显得尤为重要。经过特定的水质检测器进行定点水质检测，经过微系统处理器获得该点的水质信息，并实时传输到液晶显示模块上。该系统将实时显示水质情况，可以做到在线观看。

    　水质在线监测系统是针对水质的安全风险而设计的，如水的一些参数：温度，浑浊度，湿度，水位等。

    　1 1 .3

    　本文主要内容

    　本文所设计的水质数据监测系统以 STM32 单片机为控制核心，电路按照实际电路功能划分，通过具体的硬件电路设计结合软件编程，实现了所需要的基本功能。每一章的具体内容如下：

    　第一章绪论主要讲述了课题研究的背景、研究意义以及国内外研究现状，通过对比表明了当前研究的必要性； 第二章主要讲述了系统总体设计过程，首先阐明了系统设计要求，随后介绍了系统设计的各个模块，最后介绍了系统整体结构； 第三章主要是讲述了系统的硬件设计过程，包括 STM32 系统处理器电路、温湿度传感器模块、水位监测模块、WIFI 模块、浑浊度监测模块设计； 第四章主要讲述了软件设计，主要包括系统主程序、温湿度采集程序、WIFI 传输子子程序； 第五章讲述了系统的测试过程以及测试结果，并给出相应详细的分析过程。

    　2

    　系统的方案设计

    　2.1

    　系统主要模块

    　1.处理器 采用 STM32 单片机作为系统控制器，STM32F103RCT6 是由意法半导体公司出品的STM32F103 系列的微处理器。STM32 最高频率可达 72MHz，它有零等待的存储器访问、基于哈佛结构并带有 3 级流水线特性和其高效的处理效率保证能够实时高效的处理水表取数和上传数据。STM32 自带 64k 字节 Flash，它具有多种低功耗模式：等待、活跃停机、停机模式，外设的时钟可单独关闭。在停机模式下，STM32 的功耗仅仅 4.5uA左右，完全能够满足智能控制的供电要求，这实现并保证了整个系统的低功耗特性 [9] 。

    　2.无线通信模块 Esp8266ex 是一个完整且集成的 WLAN 网络解决方案，可以独立运行，也可以作为另一个主机 MCU 上的从属运行，如果 Esp8266ex 配备了应用处理器作为设备中唯一的应用处理器，则可以直接从外部闪存启动。内存有助于提高系统性能并减少内存需求。如果 esp8266ex 负责 WLAN 适配器的任务，则可以将其添加到任何基于微控制器的设计中。只需通过 SPI / SDIO 或 I2C / UART 即可轻松实现连接。esp8266ex 除了具有 WLAN功能外，还集成了 32 位处理器和 Tensilia l106 钻孔系列的 SRAM，具有强大的处理和存储选项。乐信提供的软件开发套件（SDK）包含各种示例代码。Esp8266ex§122200Grad§2;内部集成包括天线开关，RF 巴伦，功率放大器，低噪声接收器放大器，滤波器和电源管理模块，因此整个解决方案只需很少的外部电路，并且占用的电路板空间最小。ESP8266 模块非常小（19mm*29mm），模块通过 6 个 2.54mm 间距的排针与外部连接，方便大家安装到自己的设备里面；相比 TC35i，ATK-ESP8266 体积更小，速率更高，功耗更低，支持的频段也更为丰富，因此系统采用该模块进行设计。

    　3.温湿度监测模块 在传统的信号测量标准系统中，必须以惊人的方式解决诸如不正确信息排序之类的技术问题，例如变量中的误差转换和电路中的电路偏差。另外，正常观察点是产生强信号干扰的弱电磁环境，并且模拟的温度信号易于失真，失真和指定。结果，用于测量温度的解决方案对于系统中的新数字温度的干扰是有效的;这些问题的解决方案是一种有效的解决方案，非常适合新的数字热传感器和更小，更精确和更高的电压，以及更广泛的电缆应用和网络。

    　2.2

    　系统结构

    　该系统由监测终端和手机 APP 组成，监测终端负责监测水质数据，当开启时，WIFI通信自动连接，将采集的数据通过无线传输的方式传递到手机 APP 端，用户可以随时查看此时测量的实时数据。同时，监测系统可安装干电池和蓄电池两种电源，两种电

    　源可自动切换，也可以只安装一种电源，供电方式多样。系统原理框图如下图所示。

    　 图 2.2 系统结构 系统的监测终端由主控芯片、温湿度模块、水位模块、浑浊度模块以及 WIFI 模块构成，WIFI 模块和手机 APP 进行通信。

    　手机 APP WIFI 模块

    　 主控芯片

    　温湿度模块 水位模块 浑浊度模块

    　3

    　系统的硬件设计

    　3.1

    　主处理器...

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