基于stm32微控制器的高位水箱供水自动控制与质检装置的设计

2019-05-21杨晓燕王琰琰侯绪杰

时代农机 2019年3期

杨晓燕，王琰琰，侯绪杰

（潍坊职业学院，山东潍坊 262737）

随着城乡建设的迅猛发展，许多高层或超高层楼群拔地而起，高楼供水是一项十分重要的内容。受地理环境、市政供水设施等因素的影响，高楼供水不能一次性满足所有住户的需求，需要二次供水。高位水箱能够储存生活用水、消防用水，具有节能、调节量大等优点，对于大、中、小型建筑物均适用，是目前广泛使用的二次供水方式。随着居民生活水平的不断提高，人们对生活给水系统的要求越来越高。当用水量过大，由于高位水箱补水不及时，可能造成水箱供水间断，而影响正常用水。由于水箱现有结构、材质、死水区等因素，高位水箱中的水质易受二次污染等问题，备受大众的质疑。目前高层楼房常用是采用变频调速装置保持高位水箱中的水量，供水系统大多都无法同时满足对供水连续性与安全性的要求，有的供水系统可以连续供水，却无法进行水质检测，而水质监测系统则无法实现连续供水控制，不能满足不同服务场所的需求。为确保高层楼房供水连续与安全，如何经济合理地解决高层楼房供水是一个亟待解决的问题。本装置从实际应用出发，利用单片机实时监控水位与水质，当水位低于供水需求时，实现自动蓄水。高于供水要求时，停止蓄水。当水质出现问题时及时报警，采取科学合理的措施，保证高层楼房的人群饮用符合生活饮用卫生标准的水，以确保人民的健康。

1 硬件电路设计

1.1 总体方案设计

本装置从高位水箱供水的实际需求出发，针对高层楼房供水中连续性与安全性问题，设计水位检测、自动蓄水、水质监测、报警等功能。本装置的MCU采用基于ARM Cortex M处理器内核的STM 32F103系列微控制器作为核心处理器。该控制器采用 64PIN LQFP封装，具有3个12位us级A/D转换器，相较于传统单片机性能上明显提升。该芯片具有丰富的引脚、中断资源并且支持在低功耗与在线编程，完成信号采集、通讯、控制等功能，具有高性能、低成本、低功耗等特点。

1.2 水位检测部分

根据对高位箱检测设备使用环境及功能的分析，本设备具有对水位的检测功能，采用悬臂梁式称重传感器得到水位信息。悬臂梁称重传感器具有安装方便、方便维护与更换以及优秀的抗偏载能力。通过验证，水位检测的精度可达到mm级别。硬件连接图如图1所示。

图1 水位检测原理图

1.3 自动蓄水部分

本装置可根据实际需要设置报警水位，当水位的高度低于最低水位时系统会控制电磁阀的打开进行上水，当水位到达最高水位时系统将控制电磁阀关闭停止上水。电磁阀的通断通过水箱内的水位传感器来获得启停信号。

1.4 水质检测部分

各种水质的分析是二次污染检测中的关键环节，水的pH值控制更是重中之重，因此本装置的水质检测以pH值检测为主，采用E-201-C型pH复合电极来作为检测设备，用stm32所带的高精度AD转换器来对复合电极测得的数据进行转换，用滤波程序将数据中的杂波进行滤除，最终得到一个稳定且精确的数据。硬件电路连接如图2所示。

图2 水位检测原理图

1.5 人机交互部分

（1）系统显示。本装置使用OLED显示屏显示测量信息，OLED为自发光材料，不需用到背光板，同时视角广、画质均匀、图像稳定、反应速度快、用简单驱动电路即可达到发光、制程简单、使用方便符合轻薄短小的原则，应用范围属于中小尺寸面板等优点。综上说述选择了OLED显示屏作为信息显示系统。

（2）人机交互显示。本装置配备人机交互系统，操作人员可以通过本系统进行水位下限、水位上限、PH值检测上限、PH值检测下限、电池检测下限等报警信息设置。同时该系统配有手机APP，可实时查看本装置信息，避免人力资源浪费。

2 软件功能实现

高位水箱供水与人们生活息息相关，水量与水质直接影响日常生活，因此，供水系统的准确性、可靠性、安全性显得尤为重要。软件设计必须保证可靠性、稳定性。本装置的主要功能有：水位检测、水质监测、自动蓄水、显示、报警以及电池检测等功能。水位检测时，首先将悬臂梁式称重传感器测的数据经处理后传入smt32处理器，由公式将得出的重量信息进行计算最后得出现有的水位高度，当水位的高度低于最低水位时系统会控制电磁阀的打开进行上水，当水位到达最高水位时系统将控制电磁阀关闭停止上水，OLED显示屏对水位进行实时显示。水质监测时，由pH复合电极测得的数据经由PH-Module传入stm32处理器，经过stm32上的AD转换器将电压值转换成可输出的数据，并将处理完成的数据送入OLED显示屏进行信息显示。