基于STM32的PH值检测仪设计

2021-08-31王捷金高威彭俊陈顺材董铮

电子测试 2021年17期

王捷, 金高威，彭俊，陈顺材, 董铮

（湖北文理学院计算机工程学院，湖北襄阳，441053）

关键字：STM32单片机；PH值；LCD显示

0 引言

现如今水源污染已经直接影响到人们的身体健康，尽管水源污染得到了控制，但全国各地依然流淌着被污染的水源，特别是从重工业城市流出，在偏远地区生活的居民，由于淡薄的环保意识和落后的水质检测设备，导致居民饮水中毒甚至死亡。虽然日常生活中使用的是经过处理的水源，但是某些地方的水质检测仍没有达到饮用标准，居民饮用后出现腹泻、恶心等不良身体状况。所以实时检测水质，成为一种必然结果。

1 系统总体设计

据统计表明，全国许多偏远地区的城镇还存在着水质检测不合格的问题，直接影响了人们的身体健康。保护水资源的重要指标就是水质检测，由于许多城镇的村民缺乏环境保护意识以及设备的落后，导致水质检测没有得到广泛的应用。

本文提出一套集STM32最小系统、PH值检测电路以及LCD1602显示电路于一体的PH值水质检测系统。附带有超声波测距和电导率检测两个拓展功能，能够实时检测人们饮用水源的参数。比如PH值、电导率等重要参数。

系统采用STM32单片机。该芯片有先进的Cortex-M3内核，最高可达到72MHz的工作频率,可以快速处理系统收到的事件和任务，拥有强大的功能，操作方便。

2 硬件模块的设计

2.1 系统模块功能分析

本设计是一套集STM32单片机系统、PH值检测电路以及LCD1602显示电路于一体的PH值水质检测系统。外带超声波测距和电导率检测两个拓展模块。具体功能检测PH值、电导率以及超声波测距，并在LCD1602上显示。

本此系统总体设计框图如图1所示。

图1 总体设计框图

其中STM32系列单片机是一款基于ARM 7架构的32位、具有ARM Cortex-M3内核以及能够实时仿真和跟踪的微控制器。由意法半导体ST公司生产，广泛应用于嵌入式开发，故又称嵌入式单片机。其具有性能高、成本低、功耗低以及可裁剪等特点。

2.2 LCD1602液晶显示模块电路设计

设计选用的是LCD1602显示，横向可以显示2行，竖向可以显示16列。其原理是运用液晶的物理特质，利用电压对其显示区域产生控制，即可以显示出图形。图2是LCD1602液晶显示的引脚说明。

图2 LCD1602引脚说明

2.3 PH值检测采集传感器模块设计

PH值检测传感器电路能够很方便的检测液体中的PH值，包含电极以及传输器两部分。PH电极经过 BNC 输出 mV 信号来完成信号放大，放大为 0-5V信号，单片机来读取电压，PH 值则由输出电压转换而来。

2.4 PH值检测传感器模块使用方法

（1）先使用PH标准粉剂配置3瓶PH标准溶液。

（2）将PH传感器连接单片机，再将玻璃滴管放入PH6.86标准溶液中，调节电位器，使得P0 口输出电压为2.5V左右。

（3）将电极探头依次放入三个标准溶液中进行测量，并记录相应的输出电压。以下表格是电压和PH值的关系。

表1 电压和PH值的关系

具体实物图如图3所示。

图3 实物图

3 软件设计

3.1 程序流程图

本设计主要运用Keil软件进行代码编写与软件调试。首先开启电源，等待系统时钟、IO口、定时器以及串口初始化，完成开机。然后由主程序判断超声波测距数据是否采集，再进行数据转换，接下来就是判断PH值和电导率是否采集，并将数据进行处理，通过显示屏显示。PH值传感器、电导率传感器采集数据后由STM32单片机内部进行处理，再通过LCD1602显示出来。实际流程图如图4所示。

图4 程序流程图

STM32模块主程序典型代码如下：

3.2 模块程序设计

PH值检测模块最重要的就是采集水质PH值，能够很方便的检测液体中的PH值，包含电极以及传输器两部分。先用玻璃管检测水中的氢离子浓度，再由内部电路转换成可输出信号由输出端输出给单片机。接着由单片机进行模数转换，从而计算出被测物中的PH值[14]-[15]。

PH电极经过 BNC 输出 mV 信号来完成信号放大，放大为 0-5V信号，单片机或万用表来读取电压，溶液的 PH 值则由输出电压转换而来。

PH值检测模块主程序如下所示：

3.3 拓展功能介绍

为了体现实用性，本次设计增加了水质电导率检测功能和超声波测距功能，从而提高其实用性。采用超声波传感器，超声波传感器是用来测量距离的一种产品，左探头发生超声波，右探头接收超声波，再由处理器计算出模块到物体之间的距离。测量能够精准到方位、距离，精准度极高，可实时检测。对水的穿透力极大，非常适合用于本次设计。