基于STM32的无线水质监测方法研究外文翻译资料

英语原文共 9 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

附录A 外文译文

基于STM32的无线水质监测方法研究

摘要：鱼塘养殖如果应用了基于单片机的实时水质监控系统，不仅可以节省人力物力等资源消耗，而且还可以大幅度提升生产效率、大大地加快了将自动控制技术应用于农村养殖生产作业中去，对农业生产意义非凡。单片机性价比高、功耗低、高安全性、操作性强，体积小、电压低，低功耗的诸多优点。

关键词：单片机；水温传感器; 测氧传感器

1、介绍

随着我国社会、经济、文化的不断发展，水质安全已经涉及到人们的日常生活和生产活动。此外，我国目前正处于经济和文化全面发展的高速阶段。科技不断发展，经济文化不断完善。因此，生活污水和工业废水所造成的经济社会发展也成为一个棘手的问题。治理水污染，保护水资源已变得非常重要[1~3]。基于stm32的无线水质监测系统由多种传感器组成，是通过无线通信形成的多跳自组织系统。其目的是协同感知、收集和处理网络覆盖区域内感知对象的信息，并将其发送给观察者。“传感器、感知对象和观察者”构成了网络的三个要素。它不仅将传感器模块、数据处理模块和无线通信模块集成为一个小的物理单元，而且不仅能感知环境信息，还具有数据处理和无线通信的功能。借助传感器内置的各种类型的传感器，可以测量环境中的浊度、温度等因素。现阶段，国内外优秀的水质监测和处理方案包括水生态处理、循环水等多种方法的联合使用和反渗透海水淡化。比较常用的方法是水生态处理。文献[6]提出的水生态处理项目采用水生物修复指导水环境改善技术构建健康的水生生态系统，赋予其自我循环的能力和生命力，并通过营养物质的转化和迁移实现内生污染。控制外源性污染，从而建立一个相对完整合理的水生态系统，是非常值得推广的，完全符合绿色环保和可持续发展的理念，对水污染控制有着深远的影响。文献[7]提出国外的水管和污水处理主要通过循环水和反渗透海水淡化联合使用来有效控制水质。文献[10]也提出了一种能有效处理污染废水的技术。这种全新的技术可以有效地演化污染物浓度为30000pm的废水，其实际投入成本不到以往化学处理的一半。这项新技术是最简单易用的污水处理方法之一。基于此，本文提出了一种有效的基于无线通信的单片机水质监测方法，利用传感器模块实现水质监测功能并上传到手机APP。

2. 水质监测方法总体方案设计

水质监测系统的硬件部分主要采用STM32系列单片机作为系统的主要内部扩展电路。具体的硬件组成包括PH传感器控制电路模块、温度传感器电路模块等不同的组件。此外，该无线水质监测系统可以实现对水温、PH值和浊度的实时检测。本系统中的PH传感器采用上海瑞玛格E-201-C电极实现对水中PH值的实时监测。传感器采用TSW30探头完成对水中实际浊度的相关监测，最后一个温度传感器是DS18B20实现对水温的检测。然后无线水质监测系统通过单片机的最小系统通过串口与WiFi模块进行数据传输。下面详细介绍了系统的总体设计。系统设计流程如图1所示。

图1 系统设计流程图

3.水质监测系统的硬件设计

3.1 STM32F103C8T6最小系统设计

单片机的最小系统通常由晶体振荡电路、电源电路、复位电路和调试电路组成。下面我们将对单片机的最小系统做一个具体的描述。最小系统如表1所示，OLED与MCU的接口电路如表1所示。

3.1.1 电源模块

本系统采用5V和3.3V电源，因此系统电源的设计是一个非常重要的模块，电源各部分的稳定性关系到整个系统的性能。5V电源的实现可以通过各种稳压芯片来实现，稳压芯片的种类也很多，如LM2940、LM7805、AMS1117-5V等。考虑到稳压芯片的性能和价格，本系统选择STM32主控芯片作为5V稳压芯片。系统中的无线模块需要3.3V电源。实现3.3V电源稳定输出的方法主要有串联电阻分压器和专用稳压芯片。从稳压性能和价格方面考虑，本系统选择主控芯片作为3.3V稳压芯片。

3.1.2 晶体振荡器电路

我们可以把晶体振荡器分为两种类型:有源和无源晶体振荡器。有源晶体振荡器比无源晶体振荡器更稳定、更昂贵，但它需要连接电源。无源晶体振荡器的精度基本足够、方便、灵活、廉价。本文根据系统器件的选择原则，选择了无源晶体振荡器。无源晶体振荡器需要一个外部启动电容和两个并联使用的电容。电容器的大小是由所使用的晶体决定的。一般使用20~22pF。

3.1.3 复位电路

STM32有三种复位方式:电源复位、系统复位和备份域复位。本系统选择的复位方法为电源复位。原理是当NRST管脚降低时，将产生外部复位，并产生复位脉冲来复位系统。

3.1.4 解耦电容

解耦电容的作用是消除拥塞，保持引脚电压稳定。在画图时，需要注意的是，电容器靠近芯片的相关引脚，分布在芯片周围。

3.1.5 调试下载电路

当单片机系统中BOOT1=X和BOOT0=0时，在用户的flash存储器中是打开的，这是正常状态。当BOOT1=0, BOOT0=1时，它将在系统内存中打开。这是厂家完成设置的程序。当BOOT1=1和BOOT0=1时，它在内置的SRAM中被打开，这是一种调试模式。

3.2 无线发送/接收模块

近年来，无线技术发展迅速，特别是WiFi、蓝牙、5G等流行技术。由于系统需要监测水质参数和实时的无线数据传输，因此从系统要求、实现便利性和价格等方面选择了性价比高、集成程度高的WiFi微控制单元ESP8266无线模块来进一步实现数据传输。如表1中的3所示。

3.3 传感器模块

该系统需要监测水源的水温、pH值和浊度，传感器的选择尤为重要。结合实际需求分析，PH传感器采用E-201-C复合电极，浊度传感器采用浊度传感器检测模块，温度传感器采用DS18b20对水温进行检测。如inTable1中的4,5,6所示。

3.4 双通道模数转换电压兼容模块设计

在电子产品的设计、DIY开发等过程中，我们经常用到A/D转换器(ADC)的功能，经常遇到与控制系统A/D转换器的传感器输出信号电平不匹配的信号电路。平问题。例如，一些传感器的输出信号范围在0~5V范围内，STM32系列单片机A/D转换的参考电压为3.3V。这时就会出现电平信号兼容转换的问题。为此，本文选择了一种双通道模数转换电压兼容模块。该双通道模数转换电压兼容模块可实现0~5V电压信号到0~3.3V电压信号的线性和比例转换。该模块即插即用，支持双向电压转换。将待测电路连接到模块的输出端，在相应的输出端可得到0~3.3V范围内的电压。可直接连接到单片机系统进行采集。发展带来了极大的便利。如表1中7所示。

4. 水质监测系统软件设计

在软件设计中，为了简化方案，明确任务。系统软件采用模块化设计，不仅具有良好的可读性，而且便于以后系统的扩展和升级。在本设计中，主要设计的程序包括:AD转换模块及其无线数据发送/接收模块和其他不同的系统模块。详细的流程如图2和3所示。

图2 系统数据采集流程示意图

图3 系统数据接收节点流程示意图

4.1 无线收发模块的程序设计

无线模块首先进行初始化操作，设置单片机I/O和SPI相关寄存器与ESP8266通信，并通过SPI总线配置频率进入正确的工作模式。无线模块在传输数据时，先将ESP8266设置为传输模式，然后将从发射机发送的数据的目标地址和数据写入无线模块缓冲区，延时后进行传输。发射器流程图如图4所示。接收端流程图如图5所示。

图4 发送程序流程图

图5 接收程序流程图

5. 结论

本文的主要内容和成果如下:

1. 选择无线水质监测系统的硬件组成部分，包括传感器模块、具体参数监测工具、最小单片机系统等，并根据无线水质监测系统各功能的具体要求对系统硬件进行模块化，并认真分析研究了各个硬件功能模块的具体实现，可以解决生活中实际应用中的数据处理问题。
2. 显示水质监测系统的具体参数:水质温度监测范围为-55~ 125℃，通过单总线与最小单片机系统通信。pH值监测范围为0-14PH，输出电压信号通过传感器A/D转换模块转换成数字量发送给单片机，然后通过无线通信发送到手机APP。输出的浊度0~5V模拟信号经电压转换模块转换为0~3.3V发送到单片机的最小系统，通过无线通信发送到手机APP终端。
3. 参考文献
4. Bi静。水质监测[J]。城市建设理论研究:电子版，2013(19)。
5. 纪燕平，王晓明，张永福。无线水质监测系统的设计[J]。河西学院学报，2019(5)。
6. 沈忠信，李胜，董征。水质监测标准与方法研究[J]。环境与发展，2013(10):87-88。
7. 李青。基于STM32的智能水质监测系统的研究与设计[D].2015。
8. 杨Cuihua。环境污染治理技术研究进展[J]。信息周刊，2019,000(007):1-1。陆
9. 基于单片机MPS430F的无线通信系统设计[J]。国外电子测量技术，2014(12):82-85
10. 张强。太阳能水处理系统的研究[D]。天津科技大学，2010。
11. 朱永涛，李中伟。基于单片机的无线遥控系统设计[J]。科技情报，2011(9)。
12. 谭传武，傅宗春。基于51单片机的WIFI无线控制系统的设计与实现[J]。电子设计工程，2018,26(8):178-182。
13. 刘存祥，刘学军，朱毅。基于单片机的无线安防报警系统的设计与实现[J]。机电工程技术，2009(4):40-42。
14. 蒋鹏鹏，王茹，张小玲，等。基于Android的多级水净化控制系统的设计与实现[J]。测控技术，2017(10):69-73。
15. 史伟鹏，陈金杰，叶启汉，等。基于单片机的温度采集与无线传输系统设计[J]。信息技术，2016(5):121-125。
16. 李晓斌，杨荣军，程伟。基于多载波频率的综合雷达与通信。调制啁啾信号[J]。电子信息学报，2013(2):167-169。
17. 张建平，张建平，张建平，等。基于oppermann序列的雷达通信系统设计[J]。IEEE Int。军事通信会议，圣地亚哥，美国，2008年11月。

实时环境中水质参数的评估

摘要：饮用水水质评价是当今的一个重要问题，因为饮用水受到严重污染，可能导致霍乱、腹泻、痢疾等疾病。传统的水质监测方法需要高人工成本和时间消耗，因为这些方法包括样本收集，然后进行基于实验室的化学测试。此外，测试中使用的化学物质有毒且成本高。因此，需要对水质参数进行实时监测和无化学成分检测。本文提出了一种基于Raspberry Pi 3开发板和Python框架的实时水质监测系统。用于水质监测的水质参数是温度、pH值、氧化还原电位、电导率、溶解氧和大肠杆菌。水质传感器与所设计的嵌入式平台接口。最后，将获得的参数与基准设备进行对比验证。

关键词：饮水水质树莓派开源软件Python基准设备

1、介绍

水是地球上生活的基本资源，无论是用于饮用、工业、灌溉或其他用途。在全球范围内，我们将70%的水资产用于农业和灌溉，10%用于住宅用途。它被人们每天漫不经心地消耗掉。快速的人口增长增加了水的消耗，但资源(自然或人为)是有限的。可用水量的水平在不断下降，这可能会在未来造成更糟的情况。在发展中国家，多达80%的疾病与恶劣的水质和卫生条件有关。印度是世界上最缺水的发展中国家之一。在印度，5%的人死于腹泻，这是印度十大死亡原因之一。印度的死亡统计数据如图1所示。

图1印度十大死亡原因。

这些都是在饮用前对饮用水质量进行评估背后的一些原因。早些时候，人们使用传统的水质监测技术，包括现场采集样本和实验室化学实验。这种传统的方法既费时又费工，成本高。因此，有必要进行无化学物质测试和现场测量，以避免使用高成本的有毒化学品。为了克服这一问题，许多研究人员努力实现实时和在线水质监测。本文提出了一种基于树莓派技术的水质参数实时测量方法，该方法将不同的水质传感器与所开发的硬件平台接口，从不同的水样中获取数据。研究结果与Exo-1基准设备进行了比较，以进行性能验证。水质参数包括pH值、电导率(EC)、氧化还原电位(ORP)、溶解氧(DO)和温度。

2、相关工作

在文献中有许多论文声称水质监测系统的发展。本节将讨论其中的一些论文。物联网环境下的实时水质监测已经被许多研究者尝试。Vijaykumar、Ramya和Arvind等人提出了一种基于物联网平台的水质实时评估监测系统。Vij

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[606164]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word