芯耀
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一、前言
本文介紹基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的家用自來水水質(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)自來水水質(zhì)的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)功能。通過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。自來水作為我們?nèi)粘Ｉ钪凶钪饕娘嬘盟畞碓粗?，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ADC模塊將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過算法處理得到相應(yīng)的水質(zhì)參數(shù)。最后，將結(jié)果通過0.96寸OLED顯示屏進(jìn)行展示，用戶可以清晰地了解自來水的水質(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水中，即可獲取到水質(zhì)參數(shù)，并通過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、常見的水質(zhì)傳感器
以下是一些常見的水質(zhì)傳感器類型，可用于家用自來水水質(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、家用自來水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)
以下是常見水質(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：鐵和錳是常見的金屬元素，高濃度的鐵和錳會(huì)給水帶來顏色和異味。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，家用自來水中的鐵含量應(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); // 寫入數(shù)據(jù)，全黑
}
}
}
void OLED_WriteByte(uint8_t data, uint8_t cmd)
{
// ... 將數(shù)據(jù)寫入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;
}
}
}
