摘要

  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。

一、系统功能

由于世界科技水平不断提高，技术也越来越成熟，其中嵌入式技术和物联网技术的发展也颇为可观，世界各国也因为这些技术的飞速发展，使得世界各国在水质检测技术方面更进一步，利用这些技术让他们摒弃传统人工水质取样，然后去进行化学检测或仪器检测的方法，采用更为高效的嵌入式物联网技术快速获取水质参数，同时实时将数据传输到网络上，方便人们能够更好的去分析数据作出应对。而且我国虽然对水质检测方面取得了一些成就，但是与部分欧美国家相比仍然有些不足之处，无论是技术层面上、设备层面上还是网络架构上依然存在着差距。
因此，对这方面的深入研究是非常有必要的，长远来看提高水质对国家来说是一件好事。本课题的研究内容是在前人的基础上利用嵌入式和物联网技术设计基于单片机的水质检测设计，结合多种传感器收集水质数据，并通过无线通信的方式将数据实时传输到手机应用上。在此研究基础上尽可能选择合适的传感器，保证传感器的采集精度及其稳定性，并根据相应传感器的引脚选择合适的电路设计，并通过软件编写程序，对各个模块进行功能测试，然后整合起来进行综合调试，解决过程中所遇到的种种困难，对最终相应的功能进行验证，最后完成设计。

二、总体设计

本设计以单片机为基础对水质进行检测，需要实现显示功能、水质数据采集功能、无线通信功能，实现一个自动采集水质数据并显示出来的系统。
显示需求分析：
单片机较为常用的液晶显示屏主流有 LCD1602 和 LCD12864，这两款液晶显示器区别不大，显示内容上 LCD12864 比 LCD1602 能够呈现的信息更多，LCD12864能够显示中文，LCD1602 显示数字和英文更为方便，后者比前者相对便宜，且本设计用于显示大小对 LCD1602 已经足够，所以显示方面选择性价比更高的 LCD1602。
水质传感器需求分析：
水质可以检测的常见参数有 COD、氨氮、色度、浑浊度、PH 值等，但由于成本和技术上的问题，只能选取少量参数进行检测。
（1）COD 是水中的还原物被氧化需要的量，是一种化学检测方法，但一般用在工业级别的检测上，且会因使用的氧化剂会导致结果有所区别，故不选取。
（2）氨氮是检测由 NH3 和 NH4+ 在水中结合而成的化合物含量，这中化合物会导致水富营养化，这种检测仪器较为昂贵，设计成本太高所以不适用于本设计。
（3）色度是天然水或者对水中的悬浮物进行处理，然后进行检测其颜色的一种检测方式，但由于检测原理较为复杂，应用于单片机检测上难度较大，故也不选用
（4）PH 是指水中氢离子浓度，这种检测方式虽然也在工业上使用，且市面上的 PH 检测仪器无法进行二次开发，但却有成熟的 PH 检测模块可以配合 ph 测量电极使用，价格便宜，使用起来简单方便，可采用。
（5）浑浊度指水中悬浮物质的含量，检测原理是根据水对光线的穿透量的大小，虽然工业级的检测仪器价格高昂，但可采用洗衣机、洗碗机所使用的浑浊度传感器，这种传感器价格低廉，适合用于开发，可采用。
无线通信需求分析：
目前嵌入式使用比较多的无线通信技术有红外遥控、蓝牙、WIFI。红外遥控技术需要端口对接，受障碍物影响较大，而且传输距离较短；而蓝牙技术虽然没有了障碍物的影响，能够全方位地传输信息，但缺点是传输距离仍然较短，传输速率较慢；WIFI 相对以上两者，没有了那些缺点，传输距离和传输速率都有了明显的提升，以上三种技术中显然 WIFI是最适用的

三、效果图

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