基于STM32的水质检测与传输存储系统的设计

石李凯

摘 要：水质传感器与同步采集方法对海水养殖网箱水质能进行检测、数据采集和处理，及远程传输，并支持本地离线存储。在以往研究基础上，选取STM32L071为核心控制器，结合同步采集技术与4G通信技术，通过微控制器对传感器采集数据处理，离线存储并定时远程传输，同时远端服务器根据接收的数据进行机制决策。

关键词：水质检测;控制器;同步采集;4G通信

中图分类号：X84文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.06.024

近年，海水网箱养殖向多类别养殖转型，收益增加同时引发了水质污染。水质变化不仅恶化海水环境，而且导致水产品减产。因此，养殖箱参数的水质检测工作迫在眉睫[1-2]。目前养殖方式决定在检测的同时需要顾及重点水质参数，如虾类对溶氧参数高要求[3]，所以多节点溶解数据需要同步采集，保证水箱氧气均衡，为供氧系统与处理机制提供有效参考[4]。通过微处理器同步ADC的数据，在内部进行转换处理，并通过4G通信将数据发送至服务器，采用离线存储定时上传，达到省流效果。

1 系统框架设计

基于STM32的多通道水质检测与传输存储系统框架如图1所示。系统组成部分有微控制器模块、传感器模块（溶解氧、pH、氨氮）、同步采集模块、USB模块、电源模块、4G通信模块以及服务器，如图1所示。

系统工作原理：微处理器启动与同步ADC的总线通信，获取传感器数据，对数据进行数字滤波转化，对比水质参数期望值，偏差在可控范围内，数据有效，启动HOST将有效数进行封装并存U盘，等待处理器定时调取，并通过4G网络进行数据传输，电源模块由主电源输入，经多级转化为各模块单独供电。

2 硬件設计

微控制器是系统的数据汇集与处理核心，与总线上的数据进行交互，选用了STM32L系列处理器STM32L071，20 kb SRAM，功耗极低[5]。性能以及功能满足系统的要求。

养殖网箱的多节点传感器数据的同步采集，保证整体水体环境的均衡性，选用支持同步采集的ADC，AD7386高吞吐速率保证了数据冲击下采集准确，12位采样确保数据精度。图2为AD7386的采集电路图。

水质参数传感器JF-D500A，传感器参数有pH值、溶解氧等水质参数，多路模拟量电压信号类型，IP78防水级别，传感器在盐度较高海水中能稳定工作。

3 软件设计

MDK软件完成微控制器的程序流程，程序开始对器件初始化，如U盘和通信模块的初始化，接下来是ADC握手与数据获取，获取到传感器数据后验证与处理程序，验证数据字长和载荷，此外进行数字滤波，得到有效数据后暂存于U盘中，等待定时任务去提取并通过USART往通信模块发送数据，等待发送完成后程序回到微处理器与同步ADC的通信获取数据，以上为系统的程序流程。

基于STM32的多通道水质检测与传输存储系统设计。通过ADC获取多种传感器数据，对数据进行验证与处理，采用定时任务发送的机制达到省流效果，通过4G通信模块将数据发送至服务器，解决水质参数实时上传，稳定传输，数据准确等问题。

参考文献：

[1] 赵超. 面向水产养殖的水质多参数巡回监测系统研制[D].苏州：江苏大学，2019.

[2] 李润平，谢路平，赖云.浅析环境保护中的水质监测[J].资源节约与环保，2019（12）：57.

[3] 李飞飞. 遥控式移动水质监测系统[D].杭州：浙江大学，2011.