基于stm32微控制器的高位水箱供水自動(dòng)控制與質(zhì)檢裝置的設(shè)計(jì)

楊曉燕，王琰琰，侯緒杰

（濰坊職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 262737）

隨著城鄉(xiāng)建設(shè)的迅猛發(fā)展，許多高層或超高層樓群拔地而起，高樓供水是一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容。受地理環(huán)境、市政供水設(shè)施等因素的影響，高樓供水不能一次性滿足所有住戶的需求，需要二次供水。高位水箱能夠儲(chǔ)存生活用水、消防用水，具有節(jié)能、調(diào)節(jié)量大等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于大、中、小型建筑物均適用，是目前廣泛使用的二次供水方式。隨著居民生活水平的不斷提高，人們對(duì)生活給水系統(tǒng)的要求越來(lái)越高。當(dāng)用水量過(guò)大，由于高位水箱補(bǔ)水不及時(shí)，可能造成水箱供水間斷，而影響正常用水。由于水箱現(xiàn)有結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、死水區(qū)等因素，高位水箱中的水質(zhì)易受二次污染等問(wèn)題，備受大眾的質(zhì)疑。目前高層樓房常用是采用變頻調(diào)速裝置保持高位水箱中的水量，供水系統(tǒng)大多都無(wú)法同時(shí)滿足對(duì)供水連續(xù)性與安全性的要求，有的供水系統(tǒng)可以連續(xù)供水，卻無(wú)法進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)，而水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)供水控制，不能滿足不同服務(wù)場(chǎng)所的需求。為確保高層樓房供水連續(xù)與安全，如何經(jīng)濟(jì)合理地解決高層樓房供水是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。本裝置從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，利用單片機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控水位與水質(zhì)，當(dāng)水位低于供水需求時(shí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)蓄水。高于供水要求時(shí)，停止蓄水。當(dāng)水質(zhì)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)及時(shí)報(bào)警，采取科學(xué)合理的措施，保證高層樓房的人群飲用符合生活飲用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的水，以確保人民的健康。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

1.1 總體方案設(shè)計(jì)

本裝置從高位水箱供水的實(shí)際需求出發(fā)，針對(duì)高層樓房供水中連續(xù)性與安全性問(wèn)題，設(shè)計(jì)水位檢測(cè)、自動(dòng)蓄水、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、報(bào)警等功能。本裝置的MCU采用基于ARM Cortex M處理器內(nèi)核的STM 32F103系列微控制器作為核心處理器。該控制器采用 64PIN LQFP封裝，具有3個(gè)12位us級(jí)A/D轉(zhuǎn)換器，相較于傳統(tǒng)單片機(jī)性能上明顯提升。該芯片具有豐富的引腳、中斷資源并且支持在低功耗與在線編程，完成信號(hào)采集、通訊、控制等功能，具有高性能、低成本、低功耗等特點(diǎn)。

1.2 水位檢測(cè)部分

根據(jù)對(duì)高位箱檢測(cè)設(shè)備使用環(huán)境及功能的分析，本設(shè)備具有對(duì)水位的檢測(cè)功能，采用懸臂梁式稱重傳感器得到水位信息。懸臂梁稱重傳感器具有安裝方便、方便維護(hù)與更換以及優(yōu)秀的抗偏載能力。通過(guò)驗(yàn)證，水位檢測(cè)的精度可達(dá)到mm級(jí)別。硬件連接圖如圖1所示。

圖1 水位檢測(cè)原理圖

1.3 自動(dòng)蓄水部分

本裝置可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置報(bào)警水位，當(dāng)水位的高度低于最低水位時(shí)系統(tǒng)會(huì)控制電磁閥的打開(kāi)進(jìn)行上水，當(dāng)水位到達(dá)最高水位時(shí)系統(tǒng)將控制電磁閥關(guān)閉停止上水。電磁閥的通斷通過(guò)水箱內(nèi)的水位傳感器來(lái)獲得啟停信號(hào)。

1.4 水質(zhì)檢測(cè)部分

各種水質(zhì)的分析是二次污染檢測(cè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，水的pH值控制更是重中之重，因此本裝置的水質(zhì)檢測(cè)以pH值檢測(cè)為主，采用E-201-C型pH復(fù)合電極來(lái)作為檢測(cè)設(shè)備，用stm32所帶的高精度AD轉(zhuǎn)換器來(lái)對(duì)復(fù)合電極測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，用濾波程序?qū)?shù)據(jù)中的雜波進(jìn)行濾除，最終得到一個(gè)穩(wěn)定且精確的數(shù)據(jù)。硬件電路連接如圖2所示。

圖2 水位檢測(cè)原理圖

1.5 人機(jī)交互部分

（1）系統(tǒng)顯示。本裝置使用OLED顯示屏顯示測(cè)量信息，OLED為自發(fā)光材料，不需用到背光板，同時(shí)視角廣、畫質(zhì)均勻、圖像穩(wěn)定、反應(yīng)速度快、用簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)電路即可達(dá)到發(fā)光、制程簡(jiǎn)單、使用方便符合輕薄短小的原則，應(yīng)用范圍屬于中小尺寸面板等優(yōu)點(diǎn)。綜上說(shuō)述選擇了OLED顯示屏作為信息顯示系統(tǒng)。

（2）人機(jī)交互顯示。本裝置配備人機(jī)交互系統(tǒng)，操作人員可以通過(guò)本系統(tǒng)進(jìn)行水位下限、水位上限、PH值檢測(cè)上限、PH值檢測(cè)下限、電池檢測(cè)下限等報(bào)警信息設(shè)置。同時(shí)該系統(tǒng)配有手機(jī)APP，可實(shí)時(shí)查看本裝置信息，避免人力資源浪費(fèi)。

2 軟件功能實(shí)現(xiàn)

高位水箱供水與人們生活息息相關(guān)，水量與水質(zhì)直接影響日常生活，因此，供水系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性、安全性顯得尤為重要。軟件設(shè)計(jì)必須保證可靠性、穩(wěn)定性。本裝置的主要功能有：水位檢測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)蓄水、顯示、報(bào)警以及電池檢測(cè)等功能。水位檢測(cè)時(shí)，首先將懸臂梁式稱重傳感器測(cè)的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后傳入smt32處理器，由公式將得出的重量信息進(jìn)行計(jì)算最后得出現(xiàn)有的水位高度，當(dāng)水位的高度低于最低水位時(shí)系統(tǒng)會(huì)控制電磁閥的打開(kāi)進(jìn)行上水，當(dāng)水位到達(dá)最高水位時(shí)系統(tǒng)將控制電磁閥關(guān)閉停止上水，OLED顯示屏對(duì)水位進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。水質(zhì)監(jiān)測(cè)時(shí)，由pH復(fù)合電極測(cè)得的數(shù)據(jù)經(jīng)由PH-Module傳入stm32處理器，經(jīng)過(guò)stm32上的AD轉(zhuǎn)換器將電壓值轉(zhuǎn)換成可輸出的數(shù)據(jù)，并將處理完成的數(shù)據(jù)送入OLED顯示屏進(jìn)行信息顯示。

3 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)今日益變化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，節(jié)約成本以實(shí)現(xiàn)盈利勢(shì)在必行。本裝置的使用可以合理分配人員，避免人力資源浪費(fèi)，同時(shí)又可以保證飲水的連續(xù)性與安全性，彌補(bǔ)了市場(chǎng)在此方面的空缺。通過(guò)測(cè)試，運(yùn)行效果良好，有一定實(shí)際意義。