基于STM32的多参数水质监测系统设计*

王 刚，赵嘉威，周 军

南京理工大学泰州科技学院，江苏 泰州 225300

随着当今社会工业的发展，水资源污染越来越受到关注。基于STM32的多参数水质监测系统旨在满足采集点分散的水域水质参数监测的要求，主控制器采用意法半导体公司STM32F103系列单片机，其外围有可扩展外部存储、全球移动通信系统模块、Ether通信模块、液晶屏屏幕显示、按键输入等外围设备。测量的参数包括酸碱度、浊度和氧化还原反应。同时，在监控系统的硬件电路上设计了巴特沃斯滤波电路，滤除高频尖波信号，提高了测量的精度。

1 监测系统整体方案设计

该系统以STM32微处理器为核心，使用冠拓电子公司的TSW-30浊度传感器、pH传感器模块及氧化还原传感器检测水中的浊度值、pH值和氧化还原程度，并将检测结果发送到上位机的接收界面，可以实时观察监测传感器数值，并保存至数据库。

2 监测系统硬件方案设计

2.1 浊度传感器

浊度传感器通过溶液中悬浮颗粒的透光和散射测量浊度情况并转换为电压信号，通过单片机进行AD转换，得到当前水的污浊度。浊度传感器采集电路框图如图1所示。浊度传感器采集的电压值与浑浊度值的关系如图2所示。

图1 浊度传感器采集电路框图

图2 采集的电压值与浑浊度值关系图

传感器输出电压值与浊度值的关系如下：

式中：TV为浊度值；V为当前温度条件下传感器输出的电压值；M为标定方法得到的截距值。

传感器容易受温度的影响，因此输出电压的值需要进行温度补偿，以提高测量精度。温度与电压值关系如图3所示。

图3 温度值与电压关系曲线

温度校正公式如下：

式中：V为温度变化引起的电压差；T为当前测量温度值。

2.2 pH传感器

pH值是溶液的一个重要特性。pH传感器模块输出0～5V模拟电压信号。该传感器可配套上海雷磁E-201-C型pH复合电极使用。

2.3 氧化还原传感器

氧化还原传感器获取表征氧化性或还原性的相对程度，单位为mV。该传感器使用时将传感器的VCC引脚接入5V电压，GND引脚接地，AO口为模拟信号输出。

3 监测系统设计

监测系统设计主要包含以STM32单片机为核心的下位机部分：传感器AD采集、控制方式选择、控制参数设置。软件控制流程如图4、图5所示。PC上位机监控部分实现与单片机的数据通信和显示。

图4 主函数控制模块

图5 数据处理子模块

人机交互界面设计：通过C#编程设计实时监控界面，如图6所示，利用RS485总线与单片机进行通信。该上位机界面有4个区域框：（1）串口配置区域；（2）手动选择保存数据路径；（3）pH值、氧化还原值、浊度值的设置上限，一旦超过上限，则会弹出提示框，发出报警信号；（4）数值显示区域，放置3个TextBox控件，以显示下位机上传的浊度值、pH值、氧化还原值。在TextBox控件的下方放置3个User Cruve控件，以显示数值的曲线变化。

图6 水质监测界面

4 结束语

该设计为水质监测的研制提出了一种有效的解决方案。多参数水质监测系统以STM32芯片和3个水质监测传感器为核心，采用上位机人机交互界面进行通信数据管理，不仅保证了系统的稳定性和可靠性，还优化了系统的操作。