李昊　吴曾旺　程辉

摘  要：针对当前社区直饮水站中水质监测系统布线复杂、维护不易、价格昂贵等问题，设计了一款基于STM32F103VET6的，可以监测温度、酸碱度、浊度（不溶性杂质如钙、镁的碳酸氢盐等）及电导率（可溶性无机盐如氯化物等）四项指标的水质监测系统。该系统搭载了低功耗的HC-05蓝牙模块，可实现较为稳定的端到端通信。实验结果表明，该系统较好地完成了多参数水质监测及数据回传的任务，达到了高精度、低能耗、稳定性强的预期目标。

关键词：多参数水质监测;STM32F103VET6;端到端通信

中图分类号：TP277         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）29-0026-02

Abstract： In order to solve the problems of complex wiring， difficult maintenance and high price of water quality monitoring system in community direct drinking station， a STM32F103VET6-based water quality monitoring system is designed. A water quality monitoring system that can monitor temperature， pH， turbidity （insoluble impurities such as calcium， magnesium bicarbonate， etc.） and electrical conductivity （soluble inorganic salt， such as chloride， etc.）. The system is equipped with low-power HC-05 Bluetooth module， which can achieve stable end-to-end communication. The experimental results show that the system completes the task of multi-parameter water quality monitoring and data transmission， and achieves the expected goal of high precision， low energy consumption and strong stability.

Keywords： multi-parameter water quality monitoring; STM32F103VET6; end-to-end communication

1 概述

近年来，随着我国经济的高速发展，人们的生活水平不断提高，对饮用水的要求也越来越严格。但全国范围内的水源污染以及输水过程中的管道污染及高层饮水带来的二次供水污染，造成社区及学校饮用水水质的良莠不齐，给居民、教职工及学生的健康带来极大的隐患。在社区及学校安装直饮水站是一个可行性较高的解决方案。直饮水站采用分离膜等装置对原水进行过滤，可以在去除水中异色异味、余氯等有害物质的同时，保留对人体有益的微量元素，并用离子交换体软化水质，达到符合世界卫生组织公布的直饮水标准。水质监测系统和主体净水系统一样，极大地影响着社区直饮水站的部署成本。不幸的是，当前社区直饮水站中水质监测系统大多存在布线复杂、维护不易、价格昂贵等问题，这极大限制了社区直饮水站走向中低端小区及乡镇学校的进程。针对这些问题，本文设计了一款基于STM32F103VET6的，可以监测温度、酸碱度、浊度及电导率四项指标的水质监测系统，用于社区直饮水站的净水控制。同时，系统搭载了HC-05蓝牙模块，可实现下位机与安装在手机移动端的上位机的数据通信。

2 系统结构

如图1所示，本文设计的水质监测系统由STM32F103

VET6最小系统、电源模块、传感器模块（包含信号调理电路）、LCD显示模块、净水阀控制模块和蓝牙模块六部分组成，其中传感器模块包括水温传感器、酸碱度传感器、浊度传感器和电导率传感器。检测装置将采集到的数据传送给STM32F103VET6，经处理后显示在LCD显示屏上，提供一定的可视化及人机交互性。通过蓝牙模块与上位机通信。

图1 系统整体结构

3 硬件设计

3.1 主控芯片

选用意法半导体低功耗的STM32F103VET6芯片作为主控单元[1]，该芯片拥有高达72MHz的工作频率、512KB的闪存程序存储器、嵌套的向量式中断控制器、一流的外设以及3×16位的高精度AD转换模块。可以很好地满足工业控制、医疗增强和教育消费市场的应用需求。STM32F103VET6的资源分布如图2所示。

3.2 水温传感器

选用如图3所示的体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，测量精度高的DS18B20数字温度传感器。

3.3 酸碱度传感器

选用CK-108-A型复合电极，利用电位法测量水体的PH值，输出-360～+360mV的电压信号，其信号调理电路如图4所示。信号调理电路的主体为三级运放LM6041组成的放大器。对称相位的两个放大器组成了电路的前级，用于抑制零点漂移及其误差。隔离复合电极输出的高、低阻抗，避免了后级电阻对电极输出的信号干扰;反相差分放大器组成了后级，用于抑制噪声比。

3.4 浊度传感器

水的浑浊度是指由水中含有的泥沙，粘土，有机物，浮游生物和微生物等悬浮物质所造成的浑浊程度[2]。浊度传感器利用光学原理，测量溶液透光率及散射率，综合判断浑浊情况，采用如图5所示的信号调理电路将传感器输出的电流信号转换为电压信号。

3.5 电导率传感器

电导率（Total Dissolved Solids， TDS）可以说明水中溶解性固体的总量[3]，一般来说，TDS值越高，水中含有的溶解物越多，水就越不洁净。TDS信号调理电路如图6所示。

3.6 蓝牙模块

选用主从一体的HC-05蓝牙模块实现下位机与移动端的数据交换。

4 软件设计

系统的工作流程为：上电初始化后首先判断FLAG是否为0，若为0，则按照既定顺序依次采集并传输数据，否则等待未启动模块启动。循环采集，间隔30分钟。

5 测试及分析

使用本文设计的水质监测系统对不同水质的实验样本做数据采集及分析，实验结果如表1所示。

6 结束语

设计了一款基于STM32F103VET6的，可以监测温度、酸碱度、浊度及电导率四项指标的水质监测系统。实验结果表明，该系统可以以很小的误差完成多参数水质监测及数据回传的任务，具有高精度、低能耗、稳定性强的特点，极大地降低了社区直饮水站部署及维护的成本。

参考文献：

[1]谭穗妍，林芳，姚尧，等.水质检测系统设计[J].电子测试，2019（08）：18-19.

[2]秦平.在线多参数水质检测系统的设计[D].西安电子科技大学，2017.

[3]岳超，宛西原，何航.基于电化学检测方法的水质检测系统设计研究[J].自动化与仪器仪表，2015（01）：4-7.