基于stm32單片機(jī)設(shè)計(jì)的家用自來(lái)水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置

一、前言

本文介紹基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的家用自來(lái)水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置。利用STM32F103ZET6作為主控芯片，結(jié)合水質(zhì)傳感器和ADC模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)自來(lái)水水質(zhì)的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)功能。通過(guò)0.96寸OLED顯示屏，將采集到的水質(zhì)數(shù)據(jù)以直觀的方式展示給用戶。

隨著人們對(duì)健康意識(shí)的提高和環(huán)境保護(hù)的重視，水質(zhì)安全已經(jīng)成為人們生活中一個(gè)重要的議題。自來(lái)水作為我們?nèi)粘Ｉ钪凶钪饕娘嬘盟畞?lái)源之一，其水質(zhì)的安全與否直接關(guān)系到我們的健康。

本設(shè)計(jì)采用了先進(jìn)的STM32F103ZET6主控芯片，具備強(qiáng)大的處理能力和豐富的外設(shè)接口。通過(guò)水質(zhì)傳感器，可以實(shí)時(shí)采集與水質(zhì)相關(guān)的模擬信號(hào)。然后，通過(guò)ADC模塊將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)算法處理得到相應(yīng)的水質(zhì)參數(shù)。最后，將結(jié)果通過(guò)0.96寸OLED顯示屏進(jìn)行展示，用戶可以清晰地了解自來(lái)水的水質(zhì)狀況。

該裝置特點(diǎn)：易于攜帶、操作簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性好、精度高。用戶只需將傳感器浸入自來(lái)水中，即可獲取到水質(zhì)參數(shù)，并通過(guò)顯示屏直觀地了解水質(zhì)狀況，為家庭提供了一個(gè)簡(jiǎn)單方便的水質(zhì)監(jiān)測(cè)解決方案。

二、硬件選型

【1】主控芯片：STM32F103ZET6，這是一款基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的高性能微控制器。具有豐富的外設(shè)接口和較大的存儲(chǔ)容量，適合用于處理水質(zhì)傳感器的數(shù)據(jù)采集和處理。

【2】水質(zhì)傳感器：自來(lái)水水質(zhì)監(jiān)測(cè)的傳感器。

【3】顯示屏：選擇0.96寸OLED顯示屏，可以在小尺寸的裝置上顯示采集到的水質(zhì)數(shù)據(jù)。OLED顯示屏具有高對(duì)比度、低功耗和快速刷新的特點(diǎn)，適合嵌入式應(yīng)用。

三、常見(jiàn)的水質(zhì)傳感器

以下是一些常見(jiàn)的水質(zhì)傳感器類(lèi)型，可用于家用自來(lái)水水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置：

【1】pH傳感器：用于測(cè)量水的酸堿度，即pH值。pH傳感器通?；?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1517598.html">玻璃電極原理，可以提供準(zhǔn)確的pH值。

【2】溶解氧傳感器：用于測(cè)量水中的溶解氧含量。溶解氧傳感器可以采用膜式傳感器或電極式傳感器，根據(jù)測(cè)量原理的不同，提供溶解氧濃度的準(zhǔn)確值。

【3】濁度傳感器：用于測(cè)量水中的懸浮顆粒物的濃度或水的濁度。濁度傳感器可以采用光散射原理或光吸收原理進(jìn)行測(cè)量。

【4】電導(dǎo)率傳感器：用于測(cè)量水中的電導(dǎo)率，即水的導(dǎo)電性。電導(dǎo)率傳感器可以提供水中的總?cè)芙夤腆w（TDS）值或鹽度值。

四、家用自來(lái)水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

以下是常見(jiàn)水質(zhì)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)參考：

【1】pH值：pH值表示水的酸堿度，一般應(yīng)在6.5-8.5之間。

【2】渾濁度：渾濁度表示水中懸浮顆粒物的濃度，常用濁度單位為NTU（渦輪比色法濁度單位）。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，家用自來(lái)水的渾濁度應(yīng)小于1 NTU。

【4】溶解氧：溶解氧表示水中溶解的氧氣含量，通常以毫克/升（mg/L）為單位。對(duì)于家用自來(lái)水，溶解氧的標(biāo)準(zhǔn)范圍可以在5-8 mg/L之間。

【5】鐵和錳：鐵和錳是常見(jiàn)的金屬元素，高濃度的鐵和錳會(huì)給水帶來(lái)顏色和異味。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，家用自來(lái)水中的鐵含量應(yīng)小于0.3 mg/L，錳含量應(yīng)小于0.1 mg/L。

【6】氟化物：氟化物是一種有益的微量元素，但高濃度的氟化物對(duì)人體有害。一般而言，家用自來(lái)水中的氟化物含量應(yīng)小于1.5 mg/L。

【7】各種有害物質(zhì)：家用自來(lái)水應(yīng)符合國(guó)家或地區(qū)的相關(guān)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，以確保其不含有害物質(zhì)，如重金屬、有機(jī)污染物、農(nóng)藥殘留等。

五、硬件代碼

5.1 采集數(shù)據(jù)顯示

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

// 定義ADC采集通道和引腳
#define ADC_CHANNEL   0   // 假設(shè)使用ADC1的通道0
#define ADC_PIN       GPIO_Pin_0
#define ADC_PORT      GPIOA

// 定義OLED屏幕相關(guān)參數(shù)
#define OLED_WIDTH    128
#define OLED_HEIGHT   64

// 全局變量
uint16_t adc_value = 0;   // ADC采集到的數(shù)值

// 函數(shù)聲明
void ADC_Configuration(void);
void OLED_Init(void);

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

    while (1)
    {
        // 啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換
        ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);

        // 等待ADC轉(zhuǎn)換完成
        while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);

        // 讀取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果
        adc_value = ADC_GetConversionValue(ADC1);

        // 在OLED上顯示ADC采集的數(shù)值
        char str[10];
        sprintf(str, "%4d", adc_value);
        OLED_ShowString(0, 0, str);  // 在坐標(biāo)(0, 0)位置顯示字符串

        // 延時(shí)一段時(shí)間
        for (uint32_t i = 0; i < 100000; i++);
    }
}

// ADC配置函數(shù)
void ADC_Configuration(void)
{
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    // 使能ADC1和GPIOA的時(shí)鐘
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    
    // 配置ADC引腳為模擬輸入
    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);

    // 開(kāi)啟ADC校準(zhǔn)
    ADC_ResetCalibration(ADC1);
    while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1))
        ;
    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1))
        ;

    // 設(shè)置ADC轉(zhuǎn)換序列
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_CHANNEL, 1, ADC_SampleTime_13Cycles5);
}

// OLED屏幕初始化函數(shù)
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顯示緩存

void OLED_Init(void)
{
    // ... 初始化OLED屏幕的相關(guān)操作 ...
}

void OLED_Clear(void)
{
    // 清空OLED顯示緩存（全黑）
    memset((void*)OLED_GRAM, 0x00, sizeof(OLED_GRAM));

    // 更新OLED屏幕顯示
    OLED_SetPos(0, 0);
    for (uint8_t i = 0; i < 8; i++)
    {
        OLED_WriteByte(0xb0 + i, 0x00);  // 設(shè)置頁(yè)地址（0-7）
        OLED_WriteByte(0x00, 0x00);  // 設(shè)置列地址低4位（0-3）
        OLED_WriteByte(0x10, 0x00);  // 設(shè)置列地址高4位（4-7）

        for (uint8_t j = 0; j < 128; j++)
        {
            OLED_WriteByte(0x00, 0x40);  // 寫(xiě)入數(shù)據(jù)，全黑
        }
    }
}

void OLED_WriteByte(uint8_t data, uint8_t cmd)
{
    // ... 將數(shù)據(jù)寫(xiě)入OLED屏幕的具體操作 ...
}

void OLED_SetPos(uint8_t x, uint8_t y)
{
    // ... 設(shè)置OLED屏幕顯示位置的具體操作 ...
}

void OLED_ShowChar(uint8_t x, uint8_t y, char ch)
{
    uint8_t c = ch - ' ';  // 獲取字庫(kù)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屏幕顯示
    OLED_SetPos(x, y / 8);
    for (uint8_t i = 0; i < 8; i++)
    {
        OLED_WriteByte(0xb0 + (y / 8) + i, 0x00);  // 設(shè)置頁(yè)地址
        OLED_WriteByte((x & 0x0f), 0x00);  // 設(shè)置列地址低4位
        OLED_WriteByte((x >> 4) | 0x10, 0x00);  // 設(shè)置列地址高4位

        for (uint8_t j = 0; j < 128; j++)
        {
            OLED_WriteByte(OLED_GRAM[y + i][j], 0x40);  // 寫(xiě)入數(shù)據(jù)
        }
    }
}

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

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