基于STM32的智能水质监测系统设计论文

系统简介

水资源一直以来都是人类最重要的财富之一，由于工农业的发展人
们对水资源的污染变得越来越严重，保护水资源应势在必行。在这个科学技术日新月异的时代，嵌入式技术和物联网技术一直在发展未曾被淘汰便足以证明这些技术的优秀，结合现在的时代背景对水质检测的需求，水质检测对世界各国家的发展以及人们的生活至关重要。本文在以上基础上本文利用嵌入式技术和物联网技术设计一款基于 STM32F103C8T6单片机实现水质检测的功能，单片机外接 E-201 系列的 PH 传感器和TSW-30 浑浊度传感器采集数据然后通过单片机计算具体水质数据，再将水质数据显示到 LCD1602 液晶显示器上，并外接 ESP8266WIFI 模块通过单片机将水质数据实时传输到手机应用上显示，该设计与传统的水质检测相比有着采集效率高，实时性好，成本低等优点。同时，水资检测是保护水资源的重要手段之一，对人们的身体健康有着良好的保障，对国家的发展有着重要意义。

关键词：水质检测；嵌入式；物联网；传感器

1 绪论

1.1 研究背景
随着现代社会的高速发展，人们也开始意识到保护环境对人类生存的重要性。
世界各国虽颁布了一些法律去遏制人类对环境的污染，但是经济发展往往伴随着环境的破坏，这方面是很难避免的，也就造成了现在这种“先发展，后治理”的局面[1]。可想而知在未来继续保持这种发展方式是行不通的，如果不做出改变，人们的生活或许会变得岌岌可危，坚持绿色发展，选择合理、合适的发展方式已经迫在眉睫，保护环境需要全世界的人民共同努力。水资源是所以生物成长过程中不可或缺的一种物质[2]，虽然地球上水资源的占比高达百分之七十，但我们人类能够使用的淡水资源甚至不到百分之一。而且在这样的情况下，由于世界各国工农业的发展，对我们所使用的水资源造成了种种污染，致使人类能够使用纯净的水资源少之又少，因此世界上对于水资源的检测和治理非常重视，投入大量成本去检测和治理水资源，这是一项利国利民的重要工程。水质检测技术有着巨大的变化[3]在水质检测方面，嵌入式技术和物联网技术应用非常泛，物联网技术一般选用蓝牙、GPS、无线网络以及红外感应等技术结合嵌入式技术应用在水质检测中，以保障人们的用水安全。
1.2 国内外研究现状
国内研究状况：
目前，我国现在的水质检测工作虽然已经取得了一些成绩，但仍然存在着某些问题，如效率不高，精准度低，实时性较差，覆盖范围不够广泛等。想要改善这些问题需要做好这几方面：增加投入，提高相关工作人员的能力和素质；建立完善的实时水质检测系统，推动水质检测方面的研究与发展等。相对于大部分欧美发达国家而言，我国的水质检测和救护工作起步较晚[4]，发展速度也较为缓慢。而且在我国成立初期，很多工业发展的过程中基本上都不可避免的对环境造成了一定的破坏，虽然国家工业发展起来了，但是环境污染却越来越严重，水资源的污染也尤为严重，导致这样的结果的原因就是当时人们没有意识到水资源对生活的重要性，因此这种发展方式是不可取的。在 2000 年前，我国生产水质检测设备的生厂商数量是比较稀少的，直到 2000 年后出现了一个转折点，就是在
“十一五”规划中表示，将水资源的保护和治理给予高度重视，致使国内水质设备相关的制造商和开发商得到了发展，在当时国内比较出名的公司有连华科技、北京环科公司等，其中连华科技自主研发的 5B-6D 型氨氮测定仪能够快速检测水中的氨氮浓度，并且支持历史检测数据的查询，使用寿命长，体积较小方便携带用于户外检测，但缺点就是操作不易，可获取的水质参数少；而由北京环科公司参与设计的水质在线监测系统，它可以智能采集水样并分析数据，如有数据异常的状况，它能够实时地将信息通过网络通信方式传递给相关环境保护部门，还能记录历史数据并以趋势曲线的形式将数据呈现出来。
国外研究状况：
而在国外，水质检测技术最早出现在上世纪六十年代左右，是由美国所研发的，在此之后的十年后美国对这项技术加以重视得到高速发展。在这个时间美国就已经拥有高达 10000 个以上的检测点还有着较为优秀的水质监测网络[5]，同时以美国为首的欧美发达国家都在发展水质检测技术，并对各自国家的水域建造大量的水质监测系统，而日本、澳大利亚等亚洲发达国家也紧随其后陆续发展水质检测系统。到了现在，美国已经在各州都安装了较为完善的水质检测、实时监控、分析并预防水污染的系统，其他发达国家则稍逊于美国，但也是走在世界前列。国外许多检测仪器生产商在上世纪末期研发了多种水质检测仪器，其中最有代表性的国家有美国、法国以及德国，这三个国家较为出名的水质监测品牌公司分别为美国 HACH 公司、法国 SE