智能飲水機系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)Designandimplementationofintelligentwaterdispensersystem目錄摘要： 4關(guān)鍵詞： 41 系統(tǒng)概述 61.1研究背景 61.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 71.3研究內(nèi)容 82 底層硬件平臺設(shè)計 82.1硬件選型總體方案 82.2微處理器模塊選型 92.3電導(dǎo)率模塊選型 92.4溫度采集模塊選型 102.5PH采集模塊選型 112.6無線傳輸模塊選型 123 采集模塊軟件設(shè)計 133.1電導(dǎo)率采集原理 133.2溫度采集原理 133.3PH采集原理 144飲水機監(jiān)測實現(xiàn) 154.1軟件設(shè)計整體結(jié)構(gòu) 154.2電導(dǎo)率算法實現(xiàn) 164.3溫度測量實現(xiàn)代碼 164.3.1溫度測量原理 164.3.2溫度測量實現(xiàn)代碼 194.4PH測量實現(xiàn)代碼 194.5TFTLCD顯示 215系統(tǒng)實現(xiàn)與總結(jié) 225.1溫度等數(shù)據(jù)可視化 225.2APP數(shù)據(jù)庫展示 錯誤!未定義書簽。6總結(jié) 23參考文獻 24致謝 25

智能飲水機系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)摘要：眾所周知我國有著豐富的水資源，是個水資源占有量大國，但是對于人均占有量來說我國又是“小國”。早在1985年國家就發(fā)布的《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)》，后來在2007年的7月1日，國家標(biāo)準(zhǔn)委和衛(wèi)生部就已經(jīng)一起發(fā)布了，國家標(biāo)準(zhǔn)和許多項與生活飲用水及其衛(wèi)生檢驗的相關(guān)項目，該標(biāo)準(zhǔn)是《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》也就是2006年的國標(biāo)，是繼1985年的標(biāo)準(zhǔn)進行了一系列的修訂。這個修訂標(biāo)準(zhǔn)在發(fā)布當(dāng)年的年底發(fā)布，在次年的7月1日正式開始實施，直到2012年的7月份才全面實施。在13年之后，也就是去年3月，國家衛(wèi)健委和有關(guān)部門又決定對標(biāo)準(zhǔn)進行新一輪的修訂工作。本次的修訂提出了更多的標(biāo)準(zhǔn)事項，同時也基于13年的公民的生活水平和科學(xué)研究，對許多以前未進入標(biāo)準(zhǔn)的檢測項目提出了更嚴(yán)格的要求。2006年修訂仍是我國現(xiàn)在施行的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，這個標(biāo)準(zhǔn)也一直是我國20世紀(jì)以來的施行的技術(shù)規(guī)范。如今新《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)》已于去年年底修訂完成并預(yù)計于2020年5月1日實施。在《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)》中本文是基于STM32F407GT單片機，設(shè)計了對于飲水機的水質(zhì)檢測和顯示系統(tǒng),利用ESP8266無線控制,將飲水機的工作狀態(tài)和水質(zhì)狀況發(fā)送至手機,提醒用戶及時更換濾水器，并通過手機APP實現(xiàn)控制飲水機的工作時間、狀態(tài)監(jiān)控、定時加熱等多種智能功能。使用高精度的DHT11采集溫度數(shù)據(jù),用TFTLCD解決溫度顯示問題,用DSJ-1C電導(dǎo)率傳感器測水質(zhì)，用PH傳感器檢測PH，智能控制溫度,避免浪費資源。

其次，對硬件進行模塊化的編程設(shè)計的硬件平臺并以高集成度完成數(shù)模轉(zhuǎn)換和wifi傳輸數(shù)據(jù)。再次，以多樣化的模塊，實現(xiàn)了水質(zhì)數(shù)據(jù)采集的保存、分析。最后，通過傳感器模塊模擬測試飲用水，完善和驗證了數(shù)據(jù)采集的操作流程和整個系統(tǒng)功能。項目實驗的結(jié)果表明，本文對于飲水機的水質(zhì)的多項參數(shù)并行進行了實時監(jiān)測，成功完成了各個不同傳感器對于模擬量或數(shù)字量的信號的采集，并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集和模電轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的傳輸、參數(shù)的分析等多項功能。串口和WiFi的數(shù)據(jù)傳輸方式的可以穩(wěn)定運作，可以將數(shù)據(jù)從下位機傳輸?shù)搅松衔粰C軟件平臺，并幫助上位機實現(xiàn)了顯數(shù)據(jù)示、工作處理。數(shù)據(jù)庫的良好工作性能，也提高了飲用機的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的安全、可靠以及分析的能力。關(guān)鍵詞：水質(zhì)監(jiān)測；STM32；濁度；DSJ-1C電導(dǎo)率；PHDesignandimplementationofintelligentwaterdispensersystemAbstract：ItiswellknownthatChinahasabundantwaterresourcesandisalargecountryinwaterresourcespossession,butChinaisalsoa"smallcountry"intermsofpercapitapossession.Asearlyas1985,theNationalStandardforDrinkingWaterwasissuedbytheState.LateronJuly1,2007,theNationalStandardCommitteeandtheMinistryofHealthjointlyissuedthenationalstandardandmanyitemsrelatedtotheinspectionofdrinkingwateranditshygiene.Thisstandardisthenationalstandardfordrinkingwater,thatis,thenationalstandardfor2006,andaseriesofrevisionshavebeenmadesince1985.ThisrevisedstandardwasreleasedattheendoftheyearitwasreleasedandformallyimplementedonJuly1ofthefollowingyearuntilJuly2012.Thirteenyearslater,inMarchlastyear,theNationalHealthCareCommissionandrelevantdepartmentsdecidedtocarryoutanewrevisionofthestandards.Thisrevisionbringsforwardmorestandardmatters,butalsoputsforwardmorestringentrequirementsformanytestingitemsthathavenotpreviouslyenteredthestandardbasedon13yearsofcitizenlivingstandardsandscientificresearch.Therevisionin2006isstillthehygienicstandardinforceinChina,andthisstandardhasbeenthetechnicalstandardimplementedsincethe20thcentury.NowthenewStandardforDrinkingWaterhasbeenrevisedandcompletedattheendoflastyearandisexpectedtobeimplementedonMay1,2020.IntheStandardforDrinkingWater,basedonSTM32F407GTsingle-chipcomputer,thispaperdesignsawaterqualitydetectionanddisplaysystemfordrinkingwatermachine,andtransmitstheworkingstateandwaterqualityofdrinkingwatermachinetomobilephonebyESP8266wirelesscontrol.Remindtheusertoreplacethewaterfilterintime,andrealizetheintelligentfunctionsofcontrollingtheworkingtime,conditionmonitoringandtimingheatingofthewaterdispenserthroughmobilephoneAPP.Usehigh-precisionDHT11tocollecttemperaturedata,TFTLCDtosolvetheproblemoftemperaturedisplay,DSJ-1Cconductivitysensortomeasurewaterquality,PHsensortodetectPH,andintelligentcontroloftemperaturetoavoidwastingresources.Secondly,thehardwareplatformisprogrammedmodularilytocompletedigital-analogconversionandWiFidatatransmissionwithhighintegration.Thirdly,waterqualitydataacquisitionissavedandanalyzedwithvariousmodules.Finally,theoperationflowofdataacquisitionandthefunctionofthewholesystemareperfectedandverifiedbysimulationtestofpotablewaterwithsensormodule.Theresultsoftheprojectexperimentshowthatthereal-timemonitoringformultipleparametersofwaterqualityofwaterfountainiscarriedoutinparallelinthispaper,andtheacquisitionofanalogordigitalsignalsbyvarioussensorsissuccessfullycompleted,andthefunctionsofdataacquisition,analog-to-electricconversion,datatransmissionandparameteranalysisarerealized.ThedatatransmissionmodeofserialportandWiFicanoperatestably,whichcantransferdatafromthelowercomputertotheuppercomputersoftwareplatform,andhelptheuppercomputertodisplaydataandprocesswork.Thegoodperformanceofthedatabasealsoimprovesthesafety,reliabilityandanalysisabilityofthewaterqualitymonitoringsystemofthedrinkingmachine.Keywords:Waterqualitymonitoring;stm32;database;DSJ-1Cconductivity;PH;系統(tǒng)概述1.1研究背景進入21世紀(jì)以來科技的爆發(fā)式進步和經(jīng)濟的高速發(fā)展，飲水機已近進入許多家庭的生活。而飲水機智能控制系統(tǒng)的經(jīng)典方案有：使用WIFI、STM32F407GT、按鍵和指示燈對無線監(jiān)控與控制的實現(xiàn)；利用LED模塊、STM32F407GT、按鍵模塊完成了報警提醒和無水?dāng)嚯姟Ｉ厦鎺追N方案對比于傳統(tǒng)單一功能的飲水機比較，做了許多創(chuàng)新，如加入了模式選擇和溫度監(jiān)控、LCD顯示和無水?dāng)嚯姷仍S多個功能，豐富了飲水機的功能，但是仍存在缺乏無法對水質(zhì)進行監(jiān)測、人機交互界面、無法辦法遠程監(jiān)測問題。最后本文使用家用飲水機為模板，改進和設(shè)計了基于STM32開發(fā)板的飲水機水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)。本系統(tǒng)以STM32開發(fā)板為核心，多種水質(zhì)檢測傳感器，并配備無線通訊模塊等，用戶可通過使用本設(shè)備遠程監(jiān)測到飲水機的水質(zhì)情況，還可用手機APP對飲水機遠程監(jiān)測和控制，具有穩(wěn)定，方便的特點。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在飲水安全和水質(zhì)的監(jiān)督管理方面，日本早在上個世紀(jì)70年代就頒布過對于居民飲用水水質(zhì)污染防治法，并建立了第一個飲水水質(zhì)檢測系統(tǒng)在東京都。這套監(jiān)測系統(tǒng)在那個年代已已經(jīng)是非常先進了，該系統(tǒng)是中繼站、控制中心、監(jiān)測點三個部分組成，并且使用了有線和無線一起的傳輸方式。有線在那個年代主要是通過電話線實現(xiàn)；無線部分則是使用了400MHz頻率信號來傳輸水質(zhì)數(shù)據(jù)，在傳輸線路上中繼站起到信號放大作用。檢測到的水質(zhì)數(shù)據(jù)可以使用顯示設(shè)備顯示，也可以使用存儲介質(zhì)保存，以此實現(xiàn)了高性能的水質(zhì)采集和監(jiān)測整個系統(tǒng)的設(shè)計。水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域相當(dāng)高的起步標(biāo)準(zhǔn)對于日本今后水質(zhì)監(jiān)控作為系統(tǒng)化的發(fā)展和完善提供了堅實的基礎(chǔ)。后來網(wǎng)絡(luò)激素、核酸探針等技術(shù)的興起，對于當(dāng)今的水質(zhì)參數(shù)的監(jiān)測提高了多樣性和科學(xué)性，對于監(jiān)控方式也提供了多種多樣的方法。同一時候的德國開始了對飲用水水質(zhì)的重視，創(chuàng)建一套飲用水水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)，和Rhein-Sued水質(zhì)自動監(jiān)測哨。而英國同時建立了飲用水自動監(jiān)測系統(tǒng)，可見隨著人的生活水平提高，各個國家對居民的飲用水也越來越重視。飲用水的安全問題在國外發(fā)達國家重視早，積累了許多經(jīng)驗，并且建立了一套屬于他們自己的標(biāo)準(zhǔn)和檢測設(shè)備，對水質(zhì)安全檢測的系統(tǒng)化。 而我國現(xiàn)階段仍是發(fā)展中國家，國民的生活水平提高了，經(jīng)濟與環(huán)境的協(xié)調(diào)的問題也日益突出，國家提出的可持續(xù)發(fā)展是我們國家的一個階段性問題。我們與許多發(fā)達國家相比，我國環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域在體制標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)水平都是遠遠落后于這些很早前就開始重視水質(zhì)問題的國家。在國家制定的標(biāo)準(zhǔn)方面，許多用于監(jiān)測的標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)仍不能滿足其所要承擔(dān)的任務(wù)。就拿《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》來說，對于技術(shù)方面的問題，許多規(guī)范中的分析方法仍無法實現(xiàn)，所以在地方的一級站還在在采用自己的監(jiān)測方法而不是國家標(biāo)準(zhǔn)。監(jiān)測方式要求有多樣化數(shù)據(jù)也無法實現(xiàn)。在水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)普及方面，我國遠不如發(fā)達國家。據(jù)住建部統(tǒng)計，在2013年全國43個國家的城市供水水質(zhì)監(jiān)測站中，只有四分之一左右的站點有能力實現(xiàn)全項指標(biāo)檢測的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；而我國有大約4500多座水廠，其中只有不到四分之一的水廠有每日必檢的10項指標(biāo)檢測能力，也有大量的水廠甚至沒有指標(biāo)檢測的設(shè)備。我國現(xiàn)行的飲用水水質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)仍是2006年的修訂版。中國疾控中心環(huán)境所所長施小明指出，國家衛(wèi)健委已經(jīng)就新標(biāo)準(zhǔn)修訂開展了許多工作，這也是基于這13年來積累的科研數(shù)據(jù)和大量監(jiān)測，引入了最新的檢驗方法，并增加了許多以前因為技術(shù)限制沒發(fā)實現(xiàn)的技術(shù)檢測標(biāo)準(zhǔn)。1.3城鄉(xiāng)飲用水衛(wèi)生水平 目前在城市幾乎家家戶戶都進了自來水，而農(nóng)村仍有許多地方還沒有接通自來水，所以在那些農(nóng)村仍然是在使用上個世紀(jì)開挖的井水或山泉水，井水和山泉水以前衛(wèi)生水平可能還比較好，但是現(xiàn)在伴隨著工業(yè)化和資源開采居民用水增加，農(nóng)村居民的用水質(zhì)量也不得不重視起來。現(xiàn)在在一下農(nóng)村，居民仍然在飲用井水，甚至也沒有煮沸。農(nóng)村排生活用水也是直接就排入到溝里，沒有經(jīng)過處理就直接排放，這對井水水質(zhì)也是有污染的。因此也有許多人感染寄生蟲或其他疾病。自來水也只是在污水廠經(jīng)過凈化工業(yè)消毒的，而許多居民平時也是接自來水燒開喝，自來水里含有許多看不見的重金屬，長期飲用燒開的水，水壺內(nèi)會沉積許多重金屬。 1.4研究內(nèi)容對于市面上各種質(zhì)量參差不齊的設(shè)備,和對于水質(zhì)檢測方面的技術(shù)大多還比較傳統(tǒng),效率低、成本高,有一些設(shè)備甚至都沒有帶有顯示溫度的功能。作為改進，本文將基于STM32F407GT開發(fā)板實現(xiàn)專門針對智能飲水機的水質(zhì)檢測與顯示系統(tǒng),利用ESP8266模塊進行無線控制,將飲水機的工作狀態(tài)和水質(zhì)狀況發(fā)送至手機,提醒用戶及時更換濾水器，并通過手機APP實現(xiàn)控制飲水機的工作時間、狀態(tài)監(jiān)控、定時加熱等多種智能功能問題。本文使用的是ARM公司的STM32F407開發(fā)板作為核心MCU，同時使用精度較高的ADS1256模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，并按照飲用水監(jiān)測要求選取了幾項必要的水質(zhì)傳感器。硬件系統(tǒng)使用有線或無線兩種方式傳輸信息，基于串口和wifi將數(shù)據(jù)傳到上位機。底層硬件平臺設(shè)計2.1硬件選型總體方案本文由四個大模塊組成：PH采集模塊、濁度采集模塊、電導(dǎo)率采集模塊和無線傳輸模塊，系統(tǒng)總體框架如圖2.1所示。圖2.1主要模塊組成Figure2.1Modulesoftheaircraft水質(zhì)監(jiān)測模塊包含對ph、濁度和電導(dǎo)率檢測，要對這幾個參數(shù)的采集，實時采集到的各項參數(shù)數(shù)據(jù)都要達到國家對這些項目的規(guī)范，采集水質(zhì)必須要達到規(guī)范相應(yīng)的精度和數(shù)值范圍，采集的頻率最好能實現(xiàn)實時采集或至少1秒1次的頻率，對于采集到的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)經(jīng)過處理后，應(yīng)該能正確的顯示和判斷是否在國家規(guī)范的范圍。2.2微處理器模塊選型本文采用STM32F407GT6高性能芯片是ARM公司發(fā)布的高性能微處理器，搭配ESP8266無線傳輸芯片、DSJ-1C電導(dǎo)率、TSW渾濁度模塊，搭建成高集成度、高精確度的系統(tǒng)硬件平臺。本系統(tǒng)可采集的數(shù)據(jù)包括電導(dǎo)率，溫度，ph，濁度等，對于相關(guān)的傳感器都可以在系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)接入。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C的過程中，采用無線或有線的數(shù)據(jù)傳輸方式，使用的是串口通信和ESP8266芯片。兩種傳輸方式可以提高系統(tǒng)的容錯率和可靠。為實現(xiàn)數(shù)據(jù)可以從下位機傳到上位機和安卓APP，開發(fā)板上使用的是ESP8266無線通信芯片，簡化數(shù)據(jù)讀寫流程。圖2.2STM32F4系列芯片原理圖Figure2.2SchematicdiagramoftheSTM32F4serieschip2.3電導(dǎo)率模塊選型關(guān)于電導(dǎo)率模塊選型，最終選擇帶有TTL串口通信的DSJ-1C芯片，使用5v供電，串口波特率為115200，處理后的輸出數(shù)據(jù)能夠很好地滿足要求。圖2.3DSJ-1C采集模塊Figure2.3DSJ-1Cmodel圖2.4DSJ-1C原理圖Figure2.4DSJ-1Cschematic2.4溫度采集模塊選型對于溫度的采集使用的是DHT11,DHT11傳感器是能夠自己校準(zhǔn)數(shù)字信號的傳感器，功能強大穩(wěn)定，同時在輸出溫度同時也能輸出濕度。圖2.5DHT11模塊Figure2.5GDHT11model2.5PH采集模塊選型PH采集模塊采用了270-WQ201PH測量電極,該模塊通過BNC接頭與PH復(fù)合電極進行連接。圖2.6PH傳感器實物圖Figure2.6PHsensor2.6渾濁度模塊選型渾濁度采集模塊采用的是TSW-30傳感器，該傳感器的工作原理是:對光在不同的渾濁度的水中透光率的線性變化，可以以透光率作為采集和分析的指標(biāo)，來測量不同水質(zhì)的渾濁度，因為光在渾濁的水中透過的光少，在干凈的水中透過的光多。通過一端發(fā)射光，另一邊的接收端，則可以通過透過的光強度對水質(zhì)的渾濁度進行數(shù)字化的分析，將透光量轉(zhuǎn)換為電流大小,若透過的光多,說明電流大,水質(zhì)越好；如果透過的光少,電流小，水越渾濁。所以可以通過測量接收端電流強弱,就能清晰的計算出水質(zhì)中的一項重要指標(biāo)-污濁度。圖2.7TWS-30Figure2.7TWS-302.7無線傳輸模塊選型 無線傳輸模塊選用的是普遍使用的ESP8266.圖2.8ESP8266Figure2.8ESP8266圖2.9ESP8266原理圖Figure2.9ESP8266schematic采集模塊軟件設(shè)計3.1電導(dǎo)率采集原理 一般來說，在導(dǎo)電率和總可溶性固形物（TDS）之間存在一定的變換式。如農(nóng)村地區(qū)飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)等文件，規(guī)定了全溶性固體物質(zhì)的測定方法和等級標(biāo)準(zhǔn)。但是，這個方法需要水的樣品的蒸發(fā)、干燥和干燥。而且，這是一種需要時間、消耗能量、影響環(huán)境的影響.導(dǎo)電率法還用于確定飲料中的所有可溶性固體的水導(dǎo)電率方法，快速、高的恢復(fù)和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)操作是簡單的。這可以滿足大量需求和廣泛使用的實驗室該裝置測量的溶液的總導(dǎo)電率是所有物質(zhì)的總導(dǎo)電率的解決方案正常飲用水，導(dǎo)電率與整個可溶性固體的濃度有線性關(guān)系和范圍相關(guān)系數(shù)為上述Tds（mg/l）＝導(dǎo)電率（電極常數(shù)），一般考慮電極常數(shù)為每升1×103mg以下、比TDS0.81×103大的電極常數(shù)Mg0.98.圖3.1電導(dǎo)率參考等級Figure3.1Theconductivityreferencelevels3.2溫度采集原理圖3.2DHT11工作方式Figure3.2DHT11OperationmodeDHT11的供給電壓為3-5.5V傳感器接通電源后，在此期間內(nèi)不發(fā)送任何命令，為了跨越不穩(wěn)定狀態(tài)而等待1s。可在用于解塊濾波的電源銷（VDD、GND）之間添加100nF的容量。數(shù)據(jù)用于微處理器與DHT11之間的通信和同步。采用單總線數(shù)據(jù)格式。主通信時間約為4ms，數(shù)據(jù)被分成小數(shù)部分和整數(shù)部分。具體格式將在后面敘述。當(dāng)前小數(shù)部分用于后展開，現(xiàn)在讀取為0。以下說明：數(shù)在數(shù)據(jù)傳輸正確的情況下，校驗和數(shù)據(jù)等于“8位濕度的整數(shù)部分+8位濕度的小數(shù)部分”的最后8位。在用戶MCU發(fā)送開始信號之后，DHT11從低功率模式切換到高速模式。在結(jié)束主機開始信號后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號，發(fā)送40位數(shù)據(jù)，開始信號取得。用戶可以選擇讀取數(shù)據(jù)的一部分。DHT11從模式接收用于開始溫度和濕度的取得的開始信號。在沒有接收到由主機發(fā)送的開始信號的情況下，DHT11不積極地進行溫度和濕度的取得。收集數(shù)據(jù)后切換到低速模式。3.3PH采集原理很多飲料水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)沒有特定的pH指數(shù)分割。一般來說，低ph飲料水對金屬或其他設(shè)備有很強的腐蝕性，高ph飲料水味道不好。根據(jù)表面水的環(huán)境基準(zhǔn)，1～5的水質(zhì)的pH值必須在6～9之間。地方的飲用水基準(zhǔn)（以下也稱為地方飲用水基準(zhǔn)）根據(jù)規(guī)定飲用水的pH值在6-9的范圍內(nèi)的飲用水衛(wèi)生基準(zhǔn)，小集中供水分散供水的ph值不是6.5以下，而是8.5以下。表3.3一些飲用水標(biāo)準(zhǔn)中的PH等級Tab.23.3TherequirementsforPHinsomedrinkingwaterstandards參考DB33/383-2005GB5749-2006GB17324-2003標(biāo)準(zhǔn)瓶裝飲用天然水生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)瓶裝飲用純凈水標(biāo)準(zhǔn)PH5.5-8.56.5-8.55-7依據(jù)\超出該范圍則對輸運設(shè)施的腐蝕性增強純凈水電解質(zhì)含量較少，二氧化碳的混入容易降低PH3.4濁度采集原理混濁度傳感器模塊將來自傳感器的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并經(jīng)由單芯片微計算機處理AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。經(jīng)修改的模塊具有模擬和數(shù)字輸出接口。模擬量可以通過單芯片微計算機的A/D轉(zhuǎn)換器采樣處理，以獲得當(dāng)前的水混濁。數(shù)字量可以通過模塊的電位計來調(diào)整觸發(fā)閾值。當(dāng)濁度達到設(shè)定閾值時，D1指示器燈點亮，傳感器模塊的輸出從高電平變化為低電平，通過監(jiān)視電平的變化，判斷水的濁度是否超過基準(zhǔn)。提供初始警告和與其他設(shè)備的鏈接。模塊具有低價格、方便使用和高測量精度的優(yōu)點。它不僅可以用于測量洗衣機、洗碗機等產(chǎn)品的水污度，還需要工業(yè)領(lǐng)域的控制、環(huán)境下的污水收集和污度檢測和控制等機會。通過電阻器R1將濁度電流信號轉(zhuǎn)換為0V到5V的電壓信號，并且可以使用用于采樣的A/D轉(zhuǎn)換器來獲得當(dāng)前的濁度。TS濁度傳感器有3個銷。根據(jù)圖1的電路連接，可以實現(xiàn)水濁度的測量。圖3.4濁度與電壓的關(guān)系曲線Figure3.4relationcurvebetweenturbidityandvoltage4飲水機監(jiān)測實現(xiàn)4.1軟件設(shè)計整體結(jié)構(gòu)圖4.1整體結(jié)構(gòu)流程Figure4.1Overallstructureflow如圖4.1所示，系統(tǒng)采用LCD觸摸屏控制和多功能電話應(yīng)用控制兩個模塊。液晶觸摸屏配備在點膠機上，在實際時間內(nèi)可以顯示水點膠機的工作狀態(tài)、水溫、剩余水分和TDS（總?cè)芙夤腆w）值，還可以通過觸摸液晶屏控制加熱。水點膠機上配備的WiFi模塊與智能手機連接后，水點膠機（與LCD上顯示的信息相同）的狀態(tài)信息會實時發(fā)送給手機。用戶可以在打開特定的移動應(yīng)用程序后觀察這些數(shù)據(jù)，也可以通過應(yīng)用程序控制相關(guān)功能。4.2電導(dǎo)率算法實現(xiàn) 對于普通飲用水，電導(dǎo)率與溶解性總固體的濃度成線性相關(guān)，在一定范圍內(nèi)，相關(guān)系數(shù)可達0.999以上[20]。一般認(rèn)為，TDS（mg/L）=電導(dǎo)率讀數(shù)電極常數(shù)。其中每升水TDS小于1×103毫克時電極常數(shù)為0.8，大于1×103毫克時電極常數(shù)為0.98。圖4.2電導(dǎo)率計算代碼Figure4.1Conductivitycalculationcode4.3溫度測量實現(xiàn)代碼4.3.1溫度測量原理 在用戶MCU發(fā)送開始信號之后，DHT11從低功率模式切換到高速模式。在結(jié)束主機開始信號后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號，發(fā)送40位數(shù)據(jù)，開始信號取得。用戶可以選擇讀取數(shù)據(jù)的一部分。在模式中，DHT11接收開始信號，觸發(fā)溫度和濕度的取得。如果沒有收到主機發(fā)送的啟動信號，DHT11就不能活躍地收集溫度和濕度。收集數(shù)據(jù)后切換到低速模式。通訊過程如圖4.3.1所示圖4.3.1總通訊過程Figure4.3.1Generalcommunicationprocess總線BUS的空閑狀態(tài)很高。主機將總線調(diào)低，等待DHT11的對應(yīng)。主機將總線降低18毫秒以上，以確保DHT11可以找到出發(fā)信號。在接收到主機的開始信號之后，DHT11等待主機的開始信號的結(jié)束，并發(fā)送80US的低電平響應(yīng)信號。在主機的開始信號結(jié)束后，等待20～40US的延遲，讀取DHT11的響應(yīng)信號。在主機發(fā)送開始信號之后，它可以切換到輸入模式或輸出高輸出平均值，并且母線通過上拉電阻而被拉高。圖4.3.2檢測起始信號Figure4.3.2Detectingthestartingsignal 總線是低電平，意味著DHT11發(fā)送響應(yīng)信號，在DHT11發(fā)送了響應(yīng)信號之后，總線將準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)的80US拉上去。每個比特數(shù)據(jù)從50個低電平時隙開始，并且高電平數(shù)據(jù)長度確定數(shù)據(jù)比特是0還是1。請參照下面的圖。讀取響應(yīng)信號為高電平時，DHT11不響應(yīng)，請檢查是否正常連接。當(dāng)完成最后一個比特數(shù)據(jù)傳輸時，DHT11下拉總線50US并將電阻上拉至總線狀態(tài)。 數(shù)字0信號表示方法如圖4.3.3所示圖4.3.3數(shù)字0信號Figure4.3.3DigitalSignal0數(shù)字1信號表示方法.如圖4.3.4所示圖4.3.4數(shù)字信號1表示Figure4.3.4DigitalSignal14.3.2溫度測量實現(xiàn)代碼圖4.3.5溫度測量實現(xiàn)代碼Figure4.3.5Temperaturemeasurementimplementationcode4.4PH測量實現(xiàn)代碼PH值可反映水的酸度、凈化程度、有機和金屬穩(wěn)定性等，本系統(tǒng)選用的270-WQ201PH傳感器是一種相對耐用精度高的PH值檢測器件。圖4.4PH測量實現(xiàn)代碼Figure4.4PHmeasurementimplementationcode4.5濁度測量實現(xiàn)代碼 濁度值與模塊輸出電壓滿足如下關(guān)系：TU=-865.68U-K上式中TU為當(dāng)前濁度值，U為當(dāng)前溫度條件下模塊的輸出電壓值，K為截距值，需通過標(biāo)定方法得到。圖4.5濁度測量實現(xiàn)代碼4.6TFTLCD顯示圖4.5TFTLCD顯示Figure4.5TFTLCDDisplay5系統(tǒng)實現(xiàn)與總結(jié)5.1溫度等數(shù)據(jù)可視化作品使用stm32采集數(shù)據(jù)，通過esp8266傳數(shù)據(jù)到安卓APP上，以安卓手機為上位機進行控制，在安卓端用數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)儲存和展示出來。圖5.1APP接受數(shù)據(jù)Figure5.1Appacceptsdata 6總結(jié)智能飲水機控制系統(tǒng)以STM32單片機為控制核心，為了測量水質(zhì)，使用3種傳感器，進行自來水點膠機的工作狀態(tài)、水溫、剩余水量、水質(zhì)的現(xiàn)場和遠程監(jiān)視，配備了水質(zhì)監(jiān)視模塊和無線通信模塊。與傳統(tǒng)的水點膠機相比，設(shè)計簡單，系統(tǒng)穩(wěn)定工作，實現(xiàn)了設(shè)計目的。智能飲料機器方便人們的生活，具有特定的市場競爭力。缺點是不能設(shè)定加熱溫度，在今后的研究中會有所改善。主要成果可以遠程使用APP控制飲水機，每天都可以保證APP對飲水機內(nèi)水質(zhì)的通知推送，關(guān)注用水的安全和衛(wèi)生。通過對基礎(chǔ)飲水機機型的改造，人們的飲水質(zhì)量可以得到提高，也能促進飲水機產(chǎn)品得以向新時代發(fā)展，具有一定的市場價值。智能家居的理念已經(jīng)慢慢在人心里扎根，研發(fā)越來越多的智能化家用產(chǎn)品將會是時代的潮流。項目中還有許多不足之處：監(jiān)測水質(zhì)的指標(biāo)參數(shù)還不夠改進：后續(xù)會加入一些更能體現(xiàn)水質(zhì)的參數(shù)，例如：溶解氧含量等；數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)無法體現(xiàn)時間空間的情況改進：對數(shù)據(jù)進行更細(xì)致的儲存，并聯(lián)網(wǎng)。

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