代码收藏家技术教程 2025-03-12

单片机实物成品-005 水质监测系统（代码+硬件+论文）

水质监测系统（水温 +TDS(水质)+PH+浑浊度+蜂鸣器+灯光+自动模式+手动模式+wifi传输控制+送小程序源码）

本项目以软硬件结合开发的方式，选择C语言作为硬件开发技术，以STM32单片机作为核心控制板，在数据传输节点上连接GP2Y1014粉尘传感器、DHT11温湿度传感器、MQ-2烟雾传感器、SGP30甲醛传感器对空气中PM2.5含量、温湿度高低、烟雾浓度、甲醛含量进行采集，并针对异常的数据进行紧急预警和智能净化，同时结合蓝牙无线通信技术实现远程监控，达到全自动的智能化管理目标。

成品展示：

17水质监测系统

功能简介：

1. STM32F103C8T6 单片机进行数据处理

2. OLED 液晶显示水温、TDS、PH、浑浊度实时数据。

3. 水温传感器DS18B20检测当前水温温度

4. PH 传感器检测当前PH值

5.TDS 传感器检测当前水质质量

6.TS-300B 传感器检测当前浑浊度

7.第一个按键：切换模式自动模式/手动模式/阈值设置模式

8.手动模式下第二个按键切换选中某个设备第三个按键打开和关闭选中的设备

9. 阈值模式下第二个按键切换选中设置某个阈值按键三加按键四减

10. 水温高于设定的阈值时，打开声光报警系统低于阈值时关闭声光报警系统停止报警

11.PH 高于设定的阈值时，打开声光报警系统低于阈值时关闭声光报警系统停止报警

12.水质质量较差高于设定的阈值时，打开声光报警系统低于阈值时关闭声光报警系统停止报警

13.浑浊度检测当前浑浊度较高高于设定的阈值时，打开声光报警系统低于阈值时关闭声光报警系统停止报警

14.WIFI 模块ESP8266 无线传输数据到阿里云云平台APP进行显示

15.阿里云云平台APP可以远程控制声光报警系统得开启和关闭

16.阿里云云平台APP可以远程设置阈值

一、系统总体方案概述

本系统的核心控制器为单片机，所有数据与指令均由单片机进行处理和控制。在传感器模块中，分别对水温、ph酸碱度、水质以及浑浊度进行监测，并将监测到的各项数据通过电路连接传送给单片机进行处理与计算，在监测的同时，可以由按键模块来任意切换功能模式、设置阈值、控制报警设备等。当传感器模块中监测数据异常的时候，会触发报警模块，进行声光报警。最后，系统通过通信技术与App上位机建立联系，实现数据、指令的交互，达到远程监控的个性化目标，落实水质监测的智能化。其总体设计框图如图2.1所示，包括了传感器模块、单片机模块、按键模块、显示模块、报警模块以及通信模块。

图1 系统总统设计框图

二、系统硬件电路设计

1.主控模块电路设计

本水质监测系统的单片机模块选择的是STM32F103C8T6型号的单片机，其电路设计如下图3.1可知，VCC接入了3.3V的电源，左上角PB5~PB8接口用于与系统的四位按键连接，负责硬件设备的人机交互； PA11、PA12接口接入了系统的显示设备，即OLED，负责系统硬件的输出；PA6接口接入了DS18B20温度传感器，负责传输采集到的水温信号；PA5接口接入了PH传感器，负责传输采集到的PH酸碱度信号；PA0接口接入了TDS水质传感器，负责传输采集到的水质信号；PA4接口接入了TS-300B传感器，负责传输采集到的水的浑浊度信号；PA1、PA2、PA3接口接入了Esp8266模块，负责实现软硬互通，将单片机程序的数据传输至上位机，将上位机的控制指令传输给单片机；而PA8接入系统的报警设备，即蜂鸣器；PC13接口接入了LED灯报警设备，负责来对水质出现异常的时候进行声光报警。

图2 单片机模块电路设计

2.传感器模块电路设计
3.按键模块电路设计
4.报警模块电路设计
5.显示模块电路设计
7.通信模块电路设计

三、系统软件设计

1.主程序设计

本水质监测系统的软件部分的UI界面设计通过手机App终端的形式展示，进行远程监控。首先初始化程序各功能模块，并通过WIFI与上位机建立通信，由按键模块来设置各参数的阈值，设置完成后，启动程序各传感器设备开始采集水的浑浊度、PH酸碱度、温度以及水质量，并将信号进行数模转换为数字信号显示到OLED显示屏或者手机App终端上。然后再选择系统的功能模式，当选择为自动模式的时候，如果数据出现异常，则由单片机模块来发送控制指令启动报警程序；当选择手动模式的时候，如果数据出现异常，则有按键模块或者在手机App上来手动控制报警设备。其程序总体软件设计流程如图3所示。

图3 程序总体软件流程设计

2.主控模块程序设计

3.传感器模块程序设计

传感器模块包括水的浑浊度、PH酸碱度、水质量和温度采集，并将采集到的信号经过放大、滤波、数模转换为数字信号的过程。首先，由MCU控制各传感器启动，各传感器各司其职，应变电阻片负责感应水质条件变化，得到对应的电压值，再在各传感器内部将其转换为数字信号通过引脚连接传输给MCU进行计算处理。其传感器模块的软件流程设计如图4所示。

图4 传感器模块软件流程设计

4.按键模块程序设计
5.报警模块程序设计
6.显示模块程序设计
7.通信模块程序设计

四、系统实现与调试

1.系统实现

本水质监测系统的硬件部分，由单片机模块、传感器模块、按键模块、显示模块、通信模块、报警模块组成。其中，单片机模块使用STM32F103C8T6型号的单片机MCU，能够成功的向各个外设发送、接收程序指令，并对数据进行逻辑运算和处理；传感器模块由TDS水质传感器、PH传感器、DS18B20温度传感器、TS-300B传感器四个设备组成，全部通过与单片机模块上的引脚接口进行连接，实现数据传输和控制，能够成功采集并转换水质信息；按键模块由四位按键实现，通过按下按键触发电路闭合，满足电流通过条件，实现人机交互，负责功能模式切换、阈值设置、设备控制的功能；显示模块使用0.96寸的OLED显示屏来将采集到的各项水质数据信息显示读出；通信模块使用了Esp8266模块，建立了系统软硬互通的桥梁，完成上下位机的数据交互，为用户的远程监控提供了基础；报警设备使用了有源蜂鸣器和LED灯来同时进行声光报警，旨在提示相关人员水质存在问题，需要及时干预。

综上，本水质监测系统的硬件部分实现界面如下图所示。

图5 系统硬件实现图

本水质监测系统的软件部分，以手机App终端的形式展示。具有数据查询、模式选择、远程监控的功能。首先，使用手机连接热点，与程序硬件连接，进入到手机App的界面，可以实现水质检测数据的查询，包括TDS浑浊度、水质、PH酸碱度和温度的数据信息，同时能够在手机App界面切换工作模式，包括自动模式和手动模式，最后能够远程控制报警设备的开关。其上位机手机App的软件界面实现如图6所示。