基于物联网的水质监测系统设计与实现.pdf
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1、第30卷 第11期2023年11月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONVol.302023 No.11基于物联网的水质监测系统设计与实现祝 鹏,毕伟伟,贾雨奇,孙大奇(内蒙古农业大学职业技术学院,内蒙古自治区 包头 014109)摘 要:为解决传统水质监测操作复杂、采样精度低、监测参数单一等问题,密合精准检测需求,优化水质采集与监控,设计了一个基于物联网的水质监测系统。该系统以 STM32F103C8T6 微控制器为控制核心,以 pH 传感器、温度传感器、浊度传感器和 TDS 传感器等设备采集 pH 值、温度、浊度、总溶解固体(TDS)等参数,通过ESP8266 模块与阿里云物联网平台服
2、务器通信实现数据传输。用户可通过 OLED 屏、手机 APP 对水质参数进行现场和远程监测。实验表明,所设计系统实现了水质监测与异态感知,具有实时性高、可靠性强、扩展性好等优点。关键词:水质监测;STM32;多传感器中图分类号:TP273+.5 文献标志码:ADesign and Implementation of Water Quality Monitoring System Based on the Internet of ThingsZhu Peng,Bi Weiwei,Jia Yuqi,Sun Daqi(Vocational and Technical College of Inner
3、 Mongolia Agricultural University,Inner Mongolia,Baotou,014109,China)Abstract:In order to solve the problems of complex traditional water quality monitoring operations,low sampling accuracy,and single monitoring parameters,and to meet the requirements of precise detection,optimize water quality coll
4、ection and monitoring,a water quality monitoring system based on the Internet of Things has been designed.The system takes the STM32F103C8T6 mi-crocontroller as the control core,and uses pH sensors,temperature sensors,turbidity sensors,TDS sensors to collect parameters such as pH value,temperature,t
5、urbidity,total dissolved solids(TDS).Data transmission is realized through communication between the ESP8266 and the Alibaba Cloud internet of things platform server.Users can monitor water quality parameters on-site and remotely through OLED screens and mobile app.The experiment shows that the desi
6、gned system achieves water quality monitoring and abnormal perception,and has advantages such as high real-time performance,strong reliability,and good scalabilityKey words:water quality monitoring;STM32;multisensor收稿日期:2023-07-18基金项目:内蒙古农业大学职业技术学院“智慧农牧业科技创新团队网络与嵌入式应用子团队”项目(TDE202308)。作者简介:祝鹏(1987-)
7、,男,山东日照人,硕士,讲师,从事物联网、数据分析与挖掘研究与应用。DOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2023.11.026文章编号:1671-1041(2023)11-0106-030 引言水质问题历来是人们关注的热点问题,水质状况对生产生活会产生很大的影响。由于水污染引起的社会问题时常见诸于报端,因此及时、准确地掌握水环境的具体情况是十分必要和迫切的。以往水质监测主要采取人工方式开展,既耗时费力,又具有随机性,不能实现对水质的全面分析1,而随着物联网技术以及传感技术的发展,水质监测的信息化程度逐步提升,现有水质监测的方法大都是将若干个传感器采集到的信息进行融合后得到
8、相对较为全面的分析结果2,3,依托平台大都是 ARM 平台,少部分是 STM32 平台,无论是硬件成本,还是开发效率、复杂度等方面,STM32 更为简单、实用4。因此,以STM32F103C8T6 为控制核心设计了一套基于物联网的水质监测系统,实时采集并同步显示 pH 值、温度、浊度、TDS祝 鹏基于物联网的水质监测系统设计与实现第11期107等参数信息,解决了传统监测时空间的限制,具有实时性高,可靠性强,扩展性好等优点。1 系统整体结构设计系统以 STM32F103C8T6 微控制器为控制核心,以 pH传感器、温度传感器、浊度传感器和 TDS 传感器等设备采集 pH 值、温度、浊度、TDS
9、等参数,经过数据处理后将相应数据信息显示到 OLED 屏上,同时采集的数据利用ESP8266 wifi 模块上传到阿里云物联网平台服务器,通过手机 APP 对水质参数进行远程监测。系统的总体硬件结构框图如图 1 所示,由主控模块(STM32F103C8T6 芯片)、信息采集模块(pH 值传感器和温度传感器模块、TDS 传感器模块、浊度传感器模块)、通信模块、人机交互模块、电源模块 5 部分组成。2 系统硬件设计2.1 主控模块主控模块选用 STM32F103C8T6 芯片,该芯片是基于ARM Cortex-M3 内核的 32 位 CPU,具有功耗低、电压低(2V 3.6V)、性能优良、实时性好
10、等特点,主频 72MHz,64KB 的 FLASH 存储器,20KB 的 SRAM 存储器,具有两个12 位 ADC,7 通道 DMA 控制器,3 个通用定时器和 1 个高级控制定时器,37 个快速 I/O 端口,通讯接口丰富,可连接 2 个 SPI、2 个 I2C、3 个 USART、1 个 USB 和 1 个 CAN接口。2.2 信息采集模块信息采集模块主要完成 pH 值、温度、浊度、TDS 等参数的采集工作,除温度传感器采集的数据是数字量外,pH 值传感器模块、TDS 传感器模块、浊度传感器模块采集的数据均为模拟量5,需要由主控芯片内部的 ADC 转换成数字量,随后发送到芯片内部的数据缓
11、冲区,供后续OLED 显示、通信模块等使用。2.2.1 pH值传感器和温度传感器模块pH 值传感器和温度传感器模块由 DS18B20 防水型温度探头、E-201-C 型 pH 复合电极和处理电路组成。其中,DS18B20 防水型温度探头采用“一线总线”接口(1-Wire),图1 系统整体结构图Fig.1 The system structure diagram测温范围为-55+125,检测精度为 0.5,采用XH2.54 接口与处理电路连接,方便进行软件温度补偿设计;E-201-C 型 pH 复合电极采用 BNC 接口与处理电路连接,测量范围 0pH 14pH,精度 0.01pH(25),响应
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