基于单片机设计的家用自来水水质监测装置-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了基于单片机设计的家用自来水水质监测装置。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

一、前言

本文介绍基于单片机设计的家用自来水水质监测装置。利用STM32F103ZET6作为主控芯片，结合水质传感器和ADC模块，实现对自来水水质的检测和监测功能。通过0.96寸OLED显示屏，将采集到的水质数据以直观的方式展示给用户。

随着人们对健康意识的提高和环境保护的重视，水质安全已经成为人们生活中一个重要的议题。自来水作为我们日常生活中最主要的饮用水来源之一，其水质的安全与否直接关系到我们的健康。

本设计采用了先进的STM32F103ZET6主控芯片，具备强大的处理能力和丰富的外设接口。通过水质传感器，可以实时采集与水质相关的模拟信号。然后，通过ADC模块将模拟数据转换为数字信号，再经过算法处理得到相应的水质参数。最后，将结果通过0.96寸OLED显示屏进行展示，用户可以清晰地了解自来水的水质状况。

该装置特点：易于携带、操作简单、实时性好、精度高。用户只需将传感器浸入自来水中，即可获取到水质参数，并通过显示屏直观地了解水质状况，为家庭提供了一个简单方便的水质监测解决方案。

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二、硬件选型

【1】主控芯片：STM32F103ZET6，这是一款基于ARM Cortex-M3内核的高性能微控制器。具有丰富的外设接口和较大的存储容量，适合用于处理水质传感器的数据采集和处理。

【2】水质传感器：自来水水质监测的传感器。

【3】显示屏：选择0.96寸OLED显示屏，可以在小尺寸的装置上显示采集到的水质数据。OLED显示屏具有高对比度、低功耗和快速刷新的特点，适合嵌入式应用。

三、常见的水质传感器

以下是一些常见的水质传感器类型，可用于家用自来水水质监测装置：

【1】pH传感器：用于测量水的酸碱度，即pH值。pH传感器通常基于玻璃电极原理，可以提供准确的pH值。

【2】溶解氧传感器：用于测量水中的溶解氧含量。溶解氧传感器可以采用膜式传感器或电极式传感器，根据测量原理的不同，提供溶解氧浓度的准确值。

【3】浊度传感器：用于测量水中的悬浮颗粒物的浓度或水的浊度。浊度传感器可以采用光散射原理或光吸收原理进行测量。

【4】电导率传感器：用于测量水中的电导率，即水的导电性。电导率传感器可以提供水中的总溶解固体（TDS）值或盐度值。

四、家用自来水的水质标准

以下是常见水质指标和标准参考：

【1】pH值：pH值表示水的酸碱度，一般应在6.5-8.5之间。

【2】浑浊度：浑浊度表示水中悬浮颗粒物的浓度，常用浊度单位为NTU（涡轮比色法浊度单位）。根据国际标准，家用自来水的浑浊度应小于1 NTU。

【4】溶解氧：溶解氧表示水中溶解的氧气含量，通常以毫克/升（mg/L）为单位。对于家用自来水，溶解氧的标准范围可以在5-8 mg/L之间。

【5】铁和锰：铁和锰是常见的金属元素，高浓度的铁和锰会给水带来颜色和异味。根据标准，家用自来水中的铁含量应小于0.3 mg/L，锰含量应小于0.1 mg/L。

【6】氟化物：氟化物是一种有益的微量元素，但高浓度的氟化物对人体有害。一般而言，家用自来水中的氟化物含量应小于1.5 mg/L。

【7】各种有害物质：家用自来水应符合国家或地区的相关法规和标准，以确保其不含有害物质，如重金属、有机污染物、农药残留等。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-735424.html

五、硬件代码

5.1 采集数据显示

#include "stm32f10x.h"
#include "oled.h"

// 定义ADC采集通道和引脚
#define ADC_CHANNEL   0   // 假设使用ADC1的通道0
#define ADC_PIN       GPIO_Pin_0
#define ADC_PORT      GPIOA

// 定义OLED屏幕相关参数
#define OLED_WIDTH    128
#define OLED_HEIGHT   64

// 全局变量
uint16_t adc_value = 0;   // ADC采集到的数值

// 函数声明
void ADC_Configuration(void);
void OLED_Init(void);

int main(void)
{
    // 初始化ADC和OLED
    ADC_Configuration();
    OLED_Init();

    while (1)
    {
        // 启动ADC转换
        ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);

        // 等待ADC转换完成
        while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);

        // 读取ADC转换结果
        adc_value = ADC_GetConversionValue(ADC1);

        // 在OLED上显示ADC采集的数值
        char str[10];
        sprintf(str, "%4d", adc_value);
        OLED_ShowString(0, 0, str);  // 在坐标(0, 0)位置显示字符串

        // 延时一段时间
        for (uint32_t i = 0; i < 100000; i++);
    }
}

// ADC配置函数
void ADC_Configuration(void)
{
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    // 使能ADC1和GPIOA的时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    
    // 配置ADC引脚为模拟输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = ADC_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO_Init(ADC_PORT, &GPIO_InitStructure);
    
    // ADC配置
    ADC_DeInit(ADC1);
    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

    // 配置ADC通道
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_CHANNEL, 1, ADC_SampleTime_13Cycles5);

    // 使能ADC
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

    // 开启ADC校准
    ADC_ResetCalibration(ADC1);
    while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1))
        ;
    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1))
        ;

    // 设置ADC转换序列
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_CHANNEL, 1, ADC_SampleTime_13Cycles5);
}

// OLED屏幕初始化函数
void OLED_Init(void)
{
    // 初始化OLED屏幕
    OLED_Init();
    OLED_Clear();
}

5.2 oled.h

#ifndef __OLED_H__
#define __OLED_H__

#include "stm32f10x.h"

#define OLED_WIDTH      128
#define OLED_HEIGHT     64

void OLED_Init(void);
void OLED_Clear(void);
void OLED_WriteByte(uint8_t data, uint8_t cmd);
void OLED_SetPos(uint8_t x, uint8_t y);
void OLED_ShowChar(uint8_t x, uint8_t y, char ch);
void OLED_ShowString(uint8_t x, uint8_t y, const char* str);

#endif /* __OLED_H__ */

5.3 oled.c

#include "OLED.h"

const uint8_t OLED_GRAM[128][8] = {0};  // OLED显示缓存

void OLED_Init(void)
{
    // ... 初始化OLED屏幕的相关操作 ...
}

void OLED_Clear(void)
{
    // 清空OLED显示缓存（全黑）
    memset((void*)OLED_GRAM, 0x00, sizeof(OLED_GRAM));

    // 更新OLED屏幕显示
    OLED_SetPos(0, 0);
    for (uint8_t i = 0; i < 8; i++)
    {
        OLED_WriteByte(0xb0 + i, 0x00);  // 设置页地址（0-7）
        OLED_WriteByte(0x00, 0x00);  // 设置列地址低4位（0-3）
        OLED_WriteByte(0x10, 0x00);  // 设置列地址高4位（4-7）

        for (uint8_t j = 0; j < 128; j++)
        {
            OLED_WriteByte(0x00, 0x40);  // 写入数据，全黑
        }
    }
}

void OLED_WriteByte(uint8_t data, uint8_t cmd)
{
    // ... 将数据写入OLED屏幕的具体操作 ...
}

void OLED_SetPos(uint8_t x, uint8_t y)
{
    // ... 设置OLED屏幕显示位置的具体操作 ...
}

void OLED_ShowChar(uint8_t x, uint8_t y, char ch)
{
    uint8_t c = ch - ' ';  // 获取字库中的字模

    if (x >= OLED_WIDTH || y >= OLED_HEIGHT) return;

    for (uint8_t i = 0; i < 6; i++)
    {
        uint8_t line = cFont6x8[c][i];

        for (uint8_t j = 0; j < 8; j++)
        {
            if (line & 0x01)
            {
                OLED_GRAM[y + j][x + i] = 1;
            }
            else
            {
                OLED_GRAM[y + j][x + i] = 0;
            }

            line >>= 1;
        }
    }

    // 更新OLED屏幕显示
    OLED_SetPos(x, y / 8);
    for (uint8_t i = 0; i < 8; i++)
    {
        OLED_WriteByte(0xb0 + (y / 8) + i, 0x00);  // 设置页地址
        OLED_WriteByte((x & 0x0f), 0x00);  // 设置列地址低4位
        OLED_WriteByte((x >> 4) | 0x10, 0x00);  // 设置列地址高4位

        for (uint8_t j = 0; j < 128; j++)
        {
            OLED_WriteByte(OLED_GRAM[y + i][j], 0x40);  // 写入数据
        }
    }
}

void OLED_ShowString(uint8_t x, uint8_t y, const char* str)
{
    while (*str != '\0')
    {
        OLED_ShowChar(x, y, *str++);
        x += 6;

        if (x >= OLED_WIDTH)
        {
            x = 0;
            y += 8;
        }
    }
}