水质智能监测系统

方自磊 杨谨宁

谭迪熬 中国发明协会院士专家咨询工作委员会首任专家，中国发明协会中小学创造教育分会会长，科技创新教育特级教师，教育部国培计划专家库专家。

一、研究内容

设计一个智能监测系统，对水质的相关数据进行采集、处理、显示等，通过STM32单片机对所有传感器进行控制，达到监测水质的目的。

二、设计思路

用DS18B20温度传感器检测温度，用TSW-30传感器检测水质浑浊程度，用酸碱度传感器检测酸碱度。用传感器采集水样中各个组分的浓度，然后计算水体中的浊度值（TU，一般饮用水的TU值<1 mg/L）和酸碱度（pH）等参数，最后将得到的数据传送给单片机处理分析。

利用单片机对收集到的浊度值和pH值进行数值模数转换，将数据转化为单片机可以处理的数字信号。DS18B20温度传感器用来传输数据到单片机的是单总线数字协议，最后将数据显示在液晶屏幕上。单片机负责判断污染是否超标，如果超标，需由Wi-Fi模块将数据发送到手机的串口调试助手上，实时进行水污染监测。

三、功能测试与运行结果

（一）硬件电路调试

我们主要采用分模块进行调试，每焊接一个模块就用万用表检测电路板的通电情况，并时不时地用手触摸芯片，判断温度是否有异常升高的趋势。所有芯片焊接完成后开始下载程序，若程序能正常下载，则表示系统能正常工作，继而完成智能监测系统的实物连接。

实物连接完成后，我们通过检测醋溶液的浊度值、酸碱度，验证浊度传感器与酸碱度传感器能否正常工作。实验测得浊度值为211 mg/L，酸碱度为3，表示兩个传感器均能正常工作。

接着，当我们手握温度传感器时，温度由26 ℃升至31 ℃，触发蜂鸣器发出警报（温度阈值为最高28 ℃）。

（二）软件调试

主要通过Keilu Vision5软件进行程序的编写与调试。在调试的过程中，我们遇到了很多问题，其中最让人头疼的就是在传送数据时出现了乱码。我们通过上网搜索资料，找到了造成这一问题的原因：原来，我们在编写程序的过程中没有设置传输数据的长度。我们恍然大悟，通过修改，最终顺利完成了数据的传输。

四、创新点

本文提供了一个通过STM32数据处理器，并结合无线介质传输技术的水体自动监测系统，其定位是向使用者长时间提供实时监测数据，定性评估水体状况。该系统方便实用，不但节约人力和财力，且具有实时性强、灵活性高的优点。

五、总结

本文基于STM32单片机设计了水质监测系统，可以实现对水环境中温度、浊度和酸碱度等数据的采集，最后将采集到的数据显示在OLED显示屏上。在此过程中，数据还将通过Wi-Fi模块显示在串口调试助手上。

由于我们目前的认知尚浅，在设计方面还存在很多需要改进和完善的地方，如程序不够简化等，我们将在今后的实践中进一步改进。（指导老师：罗福海   徐德军）

专家点评

方自磊、杨谨宁同学的水质智能监测系统，是一件富有积极意义的创新实践作品。

中国水资源总量少于巴西、俄罗斯、美国、印度尼西亚等国家。若按人均水资源占有量这一指标来衡量，则仅占世界平均水平的1/4，排在第110名之后，而甘肃省的水资源总量排在全国的第14位左右。从有关报道获悉：近年来，甘肃积极践行“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水思路，坚持把节水作为治本之策，全面推进节水型社会建设，全省12个地级城市以及兰州新区、临夏市、合作市均达到“双水源”供水条件，30个县区达到“双水源”供水条件。

两位同学的这项作品：其一，体现了甘肃省全民水资源保护意识的提升和青少年勇于进取、知行合一的精神面貌；其二，体现了两位同学对相关器件利用、技术应用的能力；其三，体现两位同学对科创活动的热情和实践探索的科研潜质。希望两位同学进入大学后，继续追逐自己的创新梦想。