基于STM32的水質(zhì)檢測與傳輸存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

石李凱

摘?要：水質(zhì)傳感器與同步采集方法對(duì)海水養(yǎng)殖網(wǎng)箱水質(zhì)能進(jìn)行檢測、數(shù)據(jù)采集和處理，及遠(yuǎn)程傳輸，并支持本地離線存儲(chǔ)。在以往研究基礎(chǔ)上，選取STM32L071為核心控制器，結(jié)合同步采集技術(shù)與4G通信技術(shù)，通過微控制器對(duì)傳感器采集數(shù)據(jù)處理，離線存儲(chǔ)并定時(shí)遠(yuǎn)程傳輸，同時(shí)遠(yuǎn)端服務(wù)器根據(jù)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)制決策。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)檢測;控制器;同步采集;4G通信

中圖分類號(hào)：X84文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.06.024

近年，海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖向多類別養(yǎng)殖轉(zhuǎn)型，收益增加同時(shí)引發(fā)了水質(zhì)污染。水質(zhì)變化不僅惡化海水環(huán)境，而且導(dǎo)致水產(chǎn)品減產(chǎn)。因此，養(yǎng)殖箱參數(shù)的水質(zhì)檢測工作迫在眉睫[1-2]。目前養(yǎng)殖方式?jīng)Q定在檢測的同時(shí)需要顧及重點(diǎn)水質(zhì)參數(shù)，如蝦類對(duì)溶氧參數(shù)高要求[3]，所以多節(jié)點(diǎn)溶解數(shù)據(jù)需要同步采集，保證水箱氧氣均衡，為供氧系統(tǒng)與處理機(jī)制提供有效參考[4]。通過微處理器同步ADC的數(shù)據(jù)，在內(nèi)部進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，并通過4G通信將數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器，采用離線存儲(chǔ)定時(shí)上傳，達(dá)到省流效果。

1?系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

基于STM32的多通道水質(zhì)檢測與傳輸存儲(chǔ)系統(tǒng)框架如圖1所示。系統(tǒng)組成部分有微控制器模塊、傳感器模塊（溶解氧、pH、氨氮）、同步采集模塊、USB模塊、電源模塊、4G通信模塊以及服務(wù)器，如圖1所示。

系統(tǒng)工作原理：微處理器啟動(dòng)與同步ADC的總線通信，獲取傳感器數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波轉(zhuǎn)化，對(duì)比水質(zhì)參數(shù)期望值，偏差在可控范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)有效，啟動(dòng)HOST將有效數(shù)進(jìn)行封裝并存U盤，等待處理器定時(shí)調(diào)取，并通過4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，電源模塊由主電源輸入，經(jīng)多級(jí)轉(zhuǎn)化為各模塊單獨(dú)供電。

2?硬件設(shè)計(jì)

微控制器是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯集與處理核心，與總線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行交互，選用了STM32L系列處理器STM32L071，20 kb SRAM，功耗極低[5]。性能以及功能滿足系統(tǒng)的要求。

養(yǎng)殖網(wǎng)箱的多節(jié)點(diǎn)傳感器數(shù)據(jù)的同步采集，保證整體水體環(huán)境的均衡性，選用支持同步采集的ADC，AD7386高吞吐速率保證了數(shù)據(jù)沖擊下采集準(zhǔn)確，12位采樣確保數(shù)據(jù)精度。圖2為AD7386的采集電路圖。

水質(zhì)參數(shù)傳感器JF-D500A，傳感器參數(shù)有pH值、溶解氧等水質(zhì)參數(shù)，多路模擬量電壓信號(hào)類型，IP78防水級(jí)別，傳感器在鹽度較高海水中能穩(wěn)定工作。

3?軟件設(shè)計(jì)

MDK軟件完成微控制器的程序流程，程序開始對(duì)器件初始化，如U盤和通信模塊的初始化，接下來是ADC握手與數(shù)據(jù)獲取，獲取到傳感器數(shù)據(jù)后驗(yàn)證與處理程序，驗(yàn)證數(shù)據(jù)字長和載荷，此外進(jìn)行數(shù)字濾波，得到有效數(shù)據(jù)后暫存于U盤中，等待定時(shí)任務(wù)去提取并通過USART往通信模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，等待發(fā)送完成后程序回到微處理器與同步ADC的通信獲取數(shù)據(jù)，以上為系統(tǒng)的程序流程。

基于STM32的多通道水質(zhì)檢測與傳輸存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過ADC獲取多種傳感器數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證與處理，采用定時(shí)任務(wù)發(fā)送的機(jī)制達(dá)到省流效果，通過4G通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器，解決水質(zhì)參數(shù)實(shí)時(shí)上傳，穩(wěn)定傳輸，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確等問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙超. 面向水產(chǎn)養(yǎng)殖的水質(zhì)多參數(shù)巡回監(jiān)測系統(tǒng)研制[D].蘇州：江蘇大學(xué)，2019.

[2] 李潤平，謝路平，賴云.淺析環(huán)境保護(hù)中的水質(zhì)監(jiān)測[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2019（12）：57.

[3] 李飛飛. 遙控式移動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)[D].杭州：浙江大學(xué)，2011.