基于 STM32 的社区直饮水站水质监测系统

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。

系统结构
上海昕瑞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。

硬件设计

主控芯片
选用意法半导体低功耗的 STM32F103VET6 芯片作为 主控单元，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。

水温传感器 
上海昕瑞选用体积小，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。

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。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。

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。

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。

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。