【《单片机控制的净水器系统整体框架分析案例》3500字】

单片机控制的净水器系统整体框架分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u28078单片机控制的净水器系统整体框架分析案例 1145311.1系统设计要求 1173171.2系统设计思路 1142191.3设计方案介绍 2213501.3.1稳压电路原理介绍 2147511.3.2水温传感器介绍 2144111.3.3电导率传感器介绍. 3195041.3.4水流量传感器介绍 4135621.3.5PH传感器介绍 5206371.3.6OLED显示屏介绍 6290241.3.7sim800c模块介绍 71.1系统设计要求（1）液晶显示屏实时显示用水量(精度为0.1L)、PH值和电导率;（2）温度传感器检测温度，液晶显示温度;（3）将液晶显示的温度、用水量(精度为0.1L)、PH值和电导率每隔一分钟左右上传到手机短信。1.2系统设计思路通过相关专业论坛、专业网站、实时新闻等查询资料以及在指导老师的悉心指导下，对基于单片机的净水器远程监控装置的设计进行总结分析，作为本次整体系统设计的思路如下：(1)在家庭中，老人和小孩都需要饮用更健康的水以保证身心健康，并且在一些特别的病况药物的下，饮用偏酸或偏碱的水可能导致病况更加严重，因此实时检测水中成分是非常有必要的。(2)在学校中，学校师生的饮水安全时刻都牵动着每个人的心。有时水会长时间堆放在一个地方或水质混浊不清，都不能够饮用，为防止出现这样的事情，就非常有必要设计一种能够检测水质安全以及可以远程监察水质安全的净水器装置以避免上述情况发生。(3)传统的饮水器是只是采用一个水桶，一个加热器将水分为热水和冷水，并没有一定的对水质的检测功能。本次的研究就是要将饮用水中的温度、PH值、电导率、饮用水的用水量等信息呈现在饮用者的面前。使用STM32单片机为控制器，由各个模块电路连接各个传感器使其检测到的水质数据通过OLED液晶屏直观的看到水质数据，还可以使用SIM800c短信模块通过手机实时观察水质数据，这样就可以实现用水安全以及检测水质安全。综上所述：本文通过将净水器的研究以及对于传感器的各个因素：温度、电导率、水流量、PH值等方面的采集通过传感器上传单片机换算得出结果上传至OLED液晶屏得到直观看到水箱内的水质情况。如图2-1所示，整个系统由一个中央控制器和多个传感器、一个OLED液晶屏、一个SIM800c短信模块组成，使用稳压电路供给能源保证各个电路使用。传感器之间互不影响，温度、水质、PH值和水流量等数据通过各自传感器检测数据经过单片机的运算后得出数据上传OLED液晶屏以及通过SIM800c短信模块每隔一分钟上传手机短信，从而得到净水器远程检测效果。图2-1系统构架图1.3设计方案介绍1.3.1稳压电路原理介绍设计一个电路使用12V电源适配器，通过滤波电容以及稳压二极管实现单向导通，并且需要完成保护电源免受回流伤害。提供传感器、液晶显示屏、SIM800c短信模块以及单片机需要使用到的不同稳定电压。因此设计上要完成输入电压稳定，12V稳定电压转5V稳定电压以及转3.3V稳定电压，方可完成设计上需要。1.3.2水温传感器介绍水温传感器所使用的YL-47DHT11数字温湿度传感器，是一款带有已校准数字信号输出值的温湿度复合传感器。此传感器广泛应用的温湿度传感器技术和数字模块采集技术，以保证所采用设备拥有相当好的稳定性和较长时间的工作稳定性。它所使用的除了NTC式测量温度元器件和电阻式感湿元件之外，还连接了一种高性能的八位单片微式计算机。使该感应器的生产能够达到高速响应、抗干扰能力强、市场价格比高等优势。另外，在开发YL-47DHT11数字湿度感应器时，还在极为精密的湿度感应器校验室中进行了校准，以及将校准的系数以程序的形式储存在OTP内存中，这些校准系数当使用到温湿度传感器检测水温时即可调用。传感器接口为了更加便捷使用采用的是单线制串行接口，这可以减少体积、减少功耗，使得系统更为简易快捷集成化，并且信号的传输距离能够达到20米以上。DS18B20器件是一种采用了“一线总线”接口的温度传感器。设计者通过“一线总线”可快速实现组建传感器网络，从而令设计者的开发效率大大提升，它能根据实际需求通过不复杂的程序设计实现9~l2位的数字值直接读出被测物体的温度。其测温宽度范围可以达到负五十五摄氏度至正一百二十五摄氏度，精度可达到正负零点五摄氏度。被测温度直接以“一线总线”的数字方式传输，数字信号的使用使其提升了器件的抗干扰性。与一般的测温器件对比，它是一种不同于传统测温器件的低电压的特点，还包括微型体积、接口相对不复杂的数字式测温器件。它存在多种封装形式，可以工作在3—5.5V的电压范围，因而使设计者更有效率地开发使用。这里选择了单总线接口的DS18B20（实物如图2-2）作为本次设计的温度检测传感器。DS18B20器件内部的基本构成由：温度触发对比器TH和TL、高达64位ROM、一线接口、温度敏感元件相构成。由于DS18B20无需外围器件，测量范围和精度都满足本文设计条件。图2-2DS18B20实物图1.3.3电导率传感器介绍.在本次设计中检测水质电导率采用的是浊度传感器（实物如图2-4），浊度传感器的工作原理是利用光学原理，通过光传输到接收端水溶液中的散射率和透光率来判断浊度情况。传感器内部采用红外线对管，当装置放入水中时光线穿过水获取数据，将光的散射率和透光率传输至单片机。检测过程为当水质越污浊，接收端收到的光就越少；水质越清澈，接收端收到的光就越多，而光接收端把透过的光强度转换为对应的电流大小，透过的光少，电流就小，反之透过的光多，电流就大。浊度传感器模块将传感器输出的电流信号转换为电压信号，通过单片机进行模数数据转换处理。改进款模块具有数字量和模拟量输出接口。单片机A/D转换器将模拟量进行采样处理，以获知当前水的污浊度。该模块价格低廉、使用方便、测量精度高。浊度传感器模块的接口电路组成如2-3图所示。该模块通过3PinXH-1.54接头与浊度传感器进行连接。调节10K蓝色电位器的旋钮可以对数字量输出触发阈值进行调节。图2-3浊度传感器接口电路实物图模块引脚定义如下2-1表所示。表2-1浊度传感器模块引脚定义表序号引脚定义功能描述备注1VCC供电电压正极，5V不可使用3.3V2AO模拟信号输出输出电压范围0~5V3DO数字信号输出小于设定值输出高电平；大于设定值输出低电平4GND供电电压负极图2-4浊度传感器实物图1.3.4水流量传感器介绍本设计使用的水流传感器（实物如图2-5所示）要求相对比较高，名为电磁流量传感器（即为霍尔传感器），使用的主要由水流电磁转子、塑料阀体组件组成它装在进水端检测进水流量。其本身的抗干扰能力相对于其它产品较强，范围也较广，成本相对较低，因此采用此传感器。电磁式流量传感器[2]是一种速度式流量计。其工作原理为：当水流由输入端进入流过磁性叶轮使得磁性叶轮旋转，再由输出端输出传感器时，磁极旋转导致被推近内置的电磁元件，电磁元件被磁力运动打开，形成电信号传输；当磁极停止旋转时传感器电磁元件被关闭，停止电信号传输。电磁元件由于电磁效应输出电信号，使其输出的电磁脉冲频率与水流速度成正比，这样，原来可以根据电磁脉冲的信号来判断水流的速度和大小，并通过STM32单片机程序计算，将数据储存在本地，水流越快，输出频率越高，反之，水流越慢，电磁元件输出的脉冲频率越低。图1.5水流传感器实物图1.3.5PH传感器介绍PH传感器（实物如图2-6所示）是用来检测被测物中氢离子浓度并转换成相应的可用输出信号的传感器，通常由信号传输部分和化学检测部分构成。所使用的PH传感器的特点是：快速电缆接头、耐水、避免安装时电缆打结、使用寿命长、在有毒的离子水溶液中表现良好以及可以以各种方式安装。PH传感器常用来进行对溶液、水等物质的测量。其原理是：当一个参比电极和一个氢离子可逆指示电极同时浸入溶液中形成原电池时（参比电极的电位原理是恒定的,是目前已知的)，因此在某个高温时就会形成一种感应电动势，而这种电动势和溶液的氢离子活性直接相关，和其他离子的存在关系不大。二十五摄氏度以下溶液中的氢离子活度约为1mol/千克，大气氢气压为1.0132*X05pa(1个大气压)，而这时的氢电极就被叫做标准氢电极，它的电极电势为零。而根据这种标准氢电极能够衡量任何阴极的电势。图2-6PH传感器实物图1.3.6OLED显示屏介绍OLED，即有机发光二极管（OrganicLightEmittingDiode）。OLED具有响应速度快、面板灵活、工作温度范围广，自发光、无背光、高对比度、厚度薄、视角广、结构和工艺简单等优良特性。OLED显示屏特点：（1）0.96寸OLED有黄蓝，白，蓝三种颜色可选（2）分辨率为128*64（3）接口方式繁多：OLED裸屏的接口总共就有5种包括：6800、3线或4线的串行SPI接口方式、IIC接口方式、8080两种并行接口方式，这五种接口都是通过屏上的BS0~BS2来配置的。（4）两种接口的Demo板，接口分别为四针模式的IIC模块（如下图2-8所示），七针模式的SPI/IIC兼容模块（如下图2-7所示）。图2-7OLEDSPI/IIC兼容模块显示屏实物图图2-8OLEDIIC模块显示屏实物图此模块使用OLEDIIC模块显示屏作为装置显示屏，这样更有利于设计开发。1.3.7sim800c模块介绍本设计中选择用于发送短信的是SIM800C短信模块是一款高性能高性价比工业级的GSM/GPRS模块（开发板）。SIM800C短信模块性价比高，性能稳定