基于STM32的水质检测系统设计

STM32

`本文设计了一个基于STM32F103RCT6单片机的地下水检测系统，该系统用于检测地下水的水质状况，可以体现水质状况的主要参数有水温，电导率，PH值还有浊度等。

对于水温来说，一般情况是地下水的水温越低，那么意味着，地下水所处的位置越深，即水位数据比较大，可以根据水温，大致的判断一下水位的情况，对于PH值来说，地下水的PH受地质环境影响非常大，绝大多数的地下水都是地表渗透下来的雨水等天然水，如果一个地区的土壤是碱性土壤，那么该地区的地下水绝大多数都会是弱碱性的水质。

对于电导率来说，这是衡量水质标准最主要的参数，除了纯水之外，其他的水都含有各种离子，例如Na+、Cu2+等，水的电导率能够反映水中离子的浓度，离子的浓度越大，则电导率就越高，正常的地下水电导率在一定范围之内。衡量地下水品质的另一标准就是浑浊程度，浑浊的程度是水中杂质含量的一个直观体现，甚至用肉眼就可以看出来，浑浊程度过高的地下水肯定是不能直接饮用的，这样的水质可以通过沉淀过滤消毒后才能饮用。

一、温度检测电路

DS18B20温度传感器的体积很小、硬件开销低、抗干扰能力很好、测量的精度好等优点。在我们的日常生活中在冷冻库，储罐，粮仓等温度测量领域常见。

二、滤波电路

滤波电路能够让一定范围内的信号经过，将它的信号频率抑制或让他迅速减弱，滤波器有两种，一种是有源滤波器，用有源和无源元件构成，通常由RC网络与集成运放组成，其优点是性能稳定、体积很小，而且集成运放的阻抗以及增益都很高，正因如此，有源滤波器还能起到放大和缓冲作用。有源滤波在合适的直流电源供电时才能起作用，能很好的提高信号的信噪比。另一种是无源滤波，只用一些无源原件组成，滤波参数随负载改变。

本系统采用有源滤波电路，该电路可抵制干扰以及噪声，以达到提高信号噪声比例和选则频率的目的，起到很好的滤波效果，得到很纯的低频信号。

三、电导率传感器

本系统采用的是电导率电极DJS-1C铂黑电极，电导率电极使用的材料一般都是铂，为了减少极化效应，在镀铂黑时在铂表面上镀了一层蓬松的黑色金属铂。多孔的铂黑可以加大电极的表面积，这样电流的密度就会变小，极化的效应也会变低，同时降低的还有电容干扰。

四、有效值转换电路

为了能够使交流信号的电压有效值得到精准的测量，就可以使用一种叫做真有效值的转换技术，这种技术可以将交流信号的有效值以比例关系变为直流信号，这样可以不受波形的掣肘，交流电压通过电路后，先开平方，然后再经过求平均值，得到一个数值，再进行开平方后，得到的就是真有效值了，真有效值的转换可以不考虑波形的失真，也不用在意其参数，它可以把所有的电压波形都精确的测量出来。现如今，真有效值转换器飞速发展，大量涌现，最具代表性的就是AD637，它是一块可以计算各种繁琐波形有效值的精度准确的TRMS/DC转换芯片。

五、A/D转换芯片

目前市场上AD转换芯片有很多，如AD0808、AD0809、AD574、AD7705。其中AD7705是AD公司推出的16位∑-△(电荷平衡式)A／D转换器。在本设计中，它接收来自AD637芯片转换后的有效值信号，将其转换成数字信号进行输出，该芯片包括前端模拟调节电路、数字滤波器，滤波器是可以进行编程的，还有一个∑-△调制器。由于使用的是∑-△技术，因此它可以达到十六位无误码的数据输出。AD7705包括两个全差分模拟输入通道，片内增益可编程放大器可以将不同摆动范围的输入信号放大，直至接近它的满标度电压再进行AD转换，这种现象对双极性信号十分有利。AD7705还具有高分辨率、校准功能、较大的动态范围，非常良好的抗噪声能力以及超低的功耗，适用于仪表仪器的量。

六、显示电路

LCD12864是一种具有4 位/8 位并行、2 线或3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；12864 汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置 8192 个中文汉字（16X16 点阵）、128个字符（8X16点阵）及 64X256点阵显示RAM（GDRAM）。可以显示8×4 行16×16 点阵的汉字。低电压低功耗也其一个显著的特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。

七、系统软件的开发
本系统采用C语言编程语言，在Keil开发环境中运行，软件是本地下水检测系统的中枢大脑，软件可以使硬件完全的运作起来，又可以使其他的干预效果降低，程序设计应该采用下面的原则：
1）正当的利用系统的内容。
2）采用结构程序设计便于调试及移植修改。
3）提升软件的抗干扰能力。
使用C语言开发，能够充分发挥硬件速度快、效率高便于实时测量的特点。

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