基于无线网络的水情监测系统

2018-05-24陈虹安阮太元蔡雄友

现代工业经济和信息化 2018年4期

陈虹安，阮太元，周昊，蔡雄友

（江门职业技术学院，广东江门 529000）

引言

水资源是人类必不可少的重要资源，它是人类生命的起源，同时也与人类的生存和发展息息相关。但是在现实生活中，工业用水和生活污水的排放都对水源造成了严重影响。此外，江河湖海的水位升高往往伴随着决堤的危险，严重地威胁到人类的生命安全。随着人类社会的发展进步，水资源能否得到有效的监控与利用已经成为了制约社会经济发展的瓶颈之一。因此，建立防灾和水资源优化管理的水情系统是现代水利和水利工程管理的需要。

基于此背景，本文研发了一款能采集监测区域内水质、水位等水情信息的实时水情监控系统。该系统经过传感器采集数据，单片机处理数据，能够实现液体的酸碱度（pH值）检测、液位高度检测、电池电压状态检测等功能，并将检测到的参数显示在12864液晶显示屏上。此外，还能将监测区域内的水情信息传送至信息处理中心，便于相关部门及时进行水文预测及监控，从而减少水害损失，提高水资源利用率。经实际验证表明，本系统的检测精度较高，达到了实际水情监控的标准[1-2]。

1 系统方案

本文设计的水情监控系统集水位监控与水质监测于一体，为相关部门进行防灾和水资源优化提供重要的参考信息。本系统由空气净化器、手持终端（手机或PDA）两大核心部分构成。本系统中，核心MCU采用的是MSP430单片机；PH值检测采用市面上常见的酸碱度传感器；该传感器检测的输出信号是一个模拟电压信号，经过AD转换后得到相应的信号；液面高度检测采用超声波测距的原理，通过收发信号时间差计算得到液面高度值；电池电压检测采用单片机自带的AD模块，直接检测电源电压。

2 系统硬件设计

本系统以MSP430单片机为控制核心，该芯片功耗低、运行速度快、数据处理能力强且片内资源丰富，完全满足水情实时监控的需求。在电源供电方面，采用4节1.5 V干电池串联起来的方式为各模块供电。此外，采用酸碱度传感器测量水的PH值，采用超声波传感器测量水位，采用AD模块进行电压数据的实时监测，采用12864液晶显示屏作为水情信息显示模块。

本系统中，PH传感器需要供电稳定在5 V，单片机供电3.3 V，所以电源模块需要输出5 V和3.3 V两路稳定电压，超声波模块是宽电压，不作供电要求。而供电电池为4节1.5 V干电池（共6 V），故需要对电源电压进行转换，分别得到5 V和3.3 V的电压供给PH传感器和单片机使用。

3 系统软件设计

本次设计的控制系统的软件程序部分包括：系统初始化程序、按键控制程序、键盘菜单选择程序、电压检测程序、pH值检测程序、液面高度检测程序以及蓝牙传输程序。本次软件设计的基本方法是利用传统的结构化分析的方式完成，这种方式至今广泛应用。下面将对本系统的主要程序进行分析。

本系统在通电后，首先进入开始页面，接着进行初始化，包换串口初始化、中断初始化、各个传感器初始化、按键初始化、定时器初始化、液晶显示初始化等，经过初始化过程进入系统延时3 s等待系统稳定工作，进入系统模式的菜单选择页面，然后驱动传感器工作，开始采集各传感器传输回来的数据，再将数据进行算法处理显示到LCD128×64液晶。

4 系统测试

在温度为25℃时，往容器中多次倒入纯净水，待液面稳定后，测量高度数据，测试结果如表1所示；容器中保留适量纯净水，往水中多次倒入白醋，在1 min内，记录稳定的pH值，测试结果如表2所示；更改电源的供电电压，在3.3～6 V之间修改，记录检测的电压值，所测得的数据如表3所示。

表1 液位高度测试结果

表2 pH值测试结果

表3 电池电压测试结果

通过上述测试表格可知，在表2中PH值的检测结果准确率很高，和标定的试剂值相比较，误差率很低。从表1中液位检测结果分析可知，由于超声波检测本身的局限性，造成了液位检测值存在一定的误差，但其实际误差小于1 cm，可以满足使用要求。表3中是电池电压检测情况，由于采用单片机本身12位的AD转换模块，理论精度达到0.000 2，所以检测结果和实际值误差较小，误差率很低[1-2]。