水环境无线监测系统硬件设计(附件)
目前水资源的污染问题已经成为严重的社会问题，环保不仅要加强对于水污染的治理，也要加强对于水污染的检测。因此，本文设计了一款基于单片机的水环境检测系统，综合检测当前水环境的水位、电导率、PH值和温度几个参数来评价当前的水环境的污染程度。设计以STC12C5A60S2单片机为核心控制器，通过传超声波传感器、DS18B20温度检测电路、电导率传感器和PH值传感器检测当前水位的几个参数，将采集的水环境的参数数据通过无线传输模块实时的发送到手机软件中。如果水位、水温、电导率以及PH值超过预设值的时候，则手机APP发送相关参数的报警信息，达到实时检测水质信息的设计设想。本文介绍了水质检测的原理、硬件结构以及工作原理等。关键词 无线实时检测，单片机，数据采集，传感器
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究现状 1
1.3 研究意义 2
1.4 水质指标 2
2 系统设计 3
2.1 系统总体介绍 3
2.2 系统方案论证 4
2.3 硬件介绍 5
2.3.1 单片机 5
2.3.2 温度传感器 7
2.3.3 PH值检测 8
2.3.4 电导率检测模块 9
2.3.5 超声波测距模块 10
2.3.6 蓝牙模块 11
4 硬件电路设计 12
4.1 控制模块 12
4.2 电源电路 13
4.3 酸度检测模块 13
4.4 温度检测模块 14
4.5 电导率检测模块 14
4.6 超声波模块 15
4.7 无线通信模块 15
5 电路调试 16
5.1 温度检测 16
5.2 水位检测 16
5.3 电导率检测 17
5.4 PH值检测 17
结论 19
致谢 20
参考文献 21
附录A 系统设计原理图 23
附录B 元器件清单 2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
4
1 绪论
1.1 研究背景
我国地大物博，但是我国存在严重的水资源短缺问题，水资源在空间分布方面严重的不均匀，使得北方城市普遍存在水资源短缺的问题[1]。三四线城市为了追求经济的发展，引进很多高污染的化学工厂。巨量的化工废料偷偷排放进河水中。使得地下水和地表水的水源质量正在快速的下降，加剧了水资源的短缺问题。危害着人类生存的生态环境的健康。严峻的水资源的形势提高了人们对于水污染治理的重视。污水的及时处理和重要流域的实时检测是维护良好水资源环境重要屏障。环境的污染加强了人们的环保意识。国家对于严重的水污染问题越来越重视，对于水质检测的要求也正在逐步的提高。因此，为了更加有效的对于水污染进行实时的检测，需要一套成系统的水质监测来满足国家日益提高的环保要求。
对于水环境的检测要求首先要做到的就是能够实时、连续检测当前的水质情况，并且可以通过无线传输设备可以实时的传输给检测人员。这样无线实时检测设备，可以很好的监测重大流域的水环境污染情况，对于重大流域的突发性污染事件可以起到一个很好的防范作用。
1.2 研究现状
我国目前进行水质检测还是停留在人工采样和实验室分析为主的方式，很多重要的重要流域的水质检测主要依赖进口仪器，直到2000年我国在检测方面的设备才开始逐渐向全国范围内进行推广。在水环境检测方面的落后也显示出我国水环境治理能力的欠缺[2]。
近年来，很多国家对于水质检测自动化技术运用在地表水之中，我国也在自动水质监测站的建设方面也取得了突破性的进展。但是还没有普遍运用在我国的大小湖泊当中，在实时传输数据、完善的处理平台等方面还是存在很多技术欠缺。虽然近几年无线传输的技术已经相当成熟，对于基层水质的实时监测方面还有很长一段路要走[3]。
1.3 研究意义
水质检测具有很重要的研究意义，首先可以了解当前污染水质，为有关部门治理水污染提供技术依据。如何评估水质，主要是根据常规水质的指标进行判定，污染水质特征也是决定着这类型的水污染适合什么方式的治理方式，为水污染治理提供了最基本的依据[4]。
通过对于水质检测系统的研究和设计，可以更加深入的对于检测技术和测控技术的了解。对于单片机以及传感器技术也进行了深入的研究，对监测和单片机以及传感器方面的知识有了深入的学习。本设计使用传感器采集相关数据，对于传感器的正确运用也是需要深入思考的问题。通过设计硬件电路的制作，丰富自己的设计能力和程序语言的编写能力。
1.4 水质指标
对于水环境检测在本质上就是对于采样区域的各项指标进行检测，可以根据检测出的数据将水环境进行分类，可以根据这些数据对与水质进行综合的一个评价。本设计检测的内容是PH值、电导率、温度以及水位等信息。使用电子设备进行水质检测，对于检测部分主要采用传感器进行检测，根据我国对于地下水质、以及生活饮用水、工业用水和农业用水的综合要求，将水环境质量分为以下几个分类：
（1）、以人体健康为依据，主要适用于生活应用水和工农业的用水。
（2）、以农业和工业用水为基准，主要适用于工农业发展，后期处理后可以作为生活饮用水。
(3)、不宜饮用，可以根据使用目的进行相应的水质处理[5]。
2. 系统设计
2.1 系统总体介绍
本设计是以单片机为核心的水环境无线监测系统，设计STC12C5A60S2单片机为核心控制器，通过传超声波传感器、DS18B20温度检测电路、电导率传感器和PH值传感器检测当前水位的几个参数，并将采集的数据通过蓝牙设备实时的发送到手机中。如果水位、水温、电导率以及PH值超过设定值的时候，则向手机APP发送报警信息达到实时检测水质信息。系统使用超声波检测水位，单片机引脚给出10us的脉冲触发信号，超声波传感器内部发出8个40KHZ电平并且检测回波，当检测到回波的时候便输出回响信号，通过发射信号到接受信号的时间间隔计算出此时的距离也就是当前水环境的水位[6]。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究现状 1
1.3 研究意义 2
1.4 水质指标 2
2 系统设计 3
2.1 系统总体介绍 3
2.2 系统方案论证 4
2.3 硬件介绍 5
2.3.1 单片机 5
2.3.2 温度传感器 7
2.3.3 PH值检测 8
2.3.4 电导率检测模块 9
2.3.5 超声波测距模块 10
2.3.6 蓝牙模块 11
4 硬件电路设计 12
4.1 控制模块 12
4.2 电源电路 13
4.3 酸度检测模块 13
4.4 温度检测模块 14
4.5 电导率检测模块 14
4.6 超声波模块 15
4.7 无线通信模块 15
5 电路调试 16
5.1 温度检测 16
5.2 水位检测 16
5.3 电导率检测 17
5.4 PH值检测 17
结论 19
致谢 20
参考文献 21
附录A 系统设计原理图 23
附录B 元器件清单 2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
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1 绪论
1.1 研究背景
我国地大物博，但是我国存在严重的水资源短缺问题，水资源在空间分布方面严重的不均匀，使得北方城市普遍存在水资源短缺的问题[1]。三四线城市为了追求经济的发展，引进很多高污染的化学工厂。巨量的化工废料偷偷排放进河水中。使得地下水和地表水的水源质量正在快速的下降，加剧了水资源的短缺问题。危害着人类生存的生态环境的健康。严峻的水资源的形势提高了人们对于水污染治理的重视。污水的及时处理和重要流域的实时检测是维护良好水资源环境重要屏障。环境的污染加强了人们的环保意识。国家对于严重的水污染问题越来越重视，对于水质检测的要求也正在逐步的提高。因此，为了更加有效的对于水污染进行实时的检测，需要一套成系统的水质监测来满足国家日益提高的环保要求。
对于水环境的检测要求首先要做到的就是能够实时、连续检测当前的水质情况，并且可以通过无线传输设备可以实时的传输给检测人员。这样无线实时检测设备，可以很好的监测重大流域的水环境污染情况，对于重大流域的突发性污染事件可以起到一个很好的防范作用。
1.2 研究现状
我国目前进行水质检测还是停留在人工采样和实验室分析为主的方式，很多重要的重要流域的水质检测主要依赖进口仪器，直到2000年我国在检测方面的设备才开始逐渐向全国范围内进行推广。在水环境检测方面的落后也显示出我国水环境治理能力的欠缺[2]。
近年来，很多国家对于水质检测自动化技术运用在地表水之中，我国也在自动水质监测站的建设方面也取得了突破性的进展。但是还没有普遍运用在我国的大小湖泊当中，在实时传输数据、完善的处理平台等方面还是存在很多技术欠缺。虽然近几年无线传输的技术已经相当成熟，对于基层水质的实时监测方面还有很长一段路要走[3]。
1.3 研究意义
水质检测具有很重要的研究意义，首先可以了解当前污染水质，为有关部门治理水污染提供技术依据。如何评估水质，主要是根据常规水质的指标进行判定，污染水质特征也是决定着这类型的水污染适合什么方式的治理方式，为水污染治理提供了最基本的依据[4]。
通过对于水质检测系统的研究和设计，可以更加深入的对于检测技术和测控技术的了解。对于单片机以及传感器技术也进行了深入的研究，对监测和单片机以及传感器方面的知识有了深入的学习。本设计使用传感器采集相关数据，对于传感器的正确运用也是需要深入思考的问题。通过设计硬件电路的制作，丰富自己的设计能力和程序语言的编写能力。
1.4 水质指标
对于水环境检测在本质上就是对于采样区域的各项指标进行检测，可以根据检测出的数据将水环境进行分类，可以根据这些数据对与水质进行综合的一个评价。本设计检测的内容是PH值、电导率、温度以及水位等信息。使用电子设备进行水质检测，对于检测部分主要采用传感器进行检测，根据我国对于地下水质、以及生活饮用水、工业用水和农业用水的综合要求，将水环境质量分为以下几个分类：
（1）、以人体健康为依据，主要适用于生活应用水和工农业的用水。
（2）、以农业和工业用水为基准，主要适用于工农业发展，后期处理后可以作为生活饮用水。
(3)、不宜饮用，可以根据使用目的进行相应的水质处理[5]。
2. 系统设计
2.1 系统总体介绍
本设计是以单片机为核心的水环境无线监测系统，设计STC12C5A60S2单片机为核心控制器，通过传超声波传感器、DS18B20温度检测电路、电导率传感器和PH值传感器检测当前水位的几个参数，并将采集的数据通过蓝牙设备实时的发送到手机中。如果水位、水温、电导率以及PH值超过设定值的时候，则向手机APP发送报警信息达到实时检测水质信息。系统使用超声波检测水位，单片机引脚给出10us的脉冲触发信号，超声波传感器内部发出8个40KHZ电平并且检测回波，当检测到回波的时候便输出回响信号，通过发射信号到接受信号的时间间隔计算出此时的距离也就是当前水环境的水位[6]。
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