智能水质检测系统设计与实现

智能水质检测系统设计与实现

杜茜苹   ,周琦宾  ,戴滢  ,李欣遥

(西南财经大学天府学院智能科技学院， 621000，绵阳)

摘要： 21世纪经济高速发展，发展之下的弊端日趋严重，其中水资源的问题尤为显著。对此我们设计了以51单片机作为主控单元，通过各种传感器进行AD采样并将数据上传到上位机进行处理，实时显示水质检测结果的一款智能水质检测系统，从而提高水质检测效率和满足市场需求。

关键词：水质检测；51单片机；上位机

中图分类号：TP368.33

1引言

众所周知，水资源是一种极为重要的自然资源，在人类的建设与发展中有着重要地位和作用。然而当今环境问题日趋严重，其中水资源问题也愈演愈烈，着手于问题刻不容缓。但是传统的水质检测大多依靠化学滴定方法完成，该方法不仅操作复杂、精度较低，而且对环境有害,因此为了减小环境危害设计一款智能水质检测系统尤为重要。[1]

2 系统整体结构设计

本设计基于AT89C51单片机为主控单元，还包括了电源模块、传感器模块、显示模块等。其中传感器包括PH传感器、水浊传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器等各种水质检测传感器，以此来获取 PH 值、水浊度、氨氮值、含氧值等重要的水质数据；收集到的数据传输到单片机上，接收到信号之后进行处理后在液晶显示器进行显示。同时也可以使用无线通信模块（蓝牙、WIFI等）传输至上位机，绘制相关的水质参数曲线图等以便更加直观的为使用者提供帮助。

3 智能水质检测系统硬件设计

3.1 主控芯片

AT89C51拥有高性能的微处理器和FPEROM的低电压。采用了ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，灵活性高且价廉，更加容易打入市场，占据有利优势，符合市场发展需求。

3.2 水浊度传感器

通常情况下，水中含有大量的悬浮物质和多种肉眼难以分辨的物质，例如无机物、土壤、浮游生物、金属离子等，这些物质会使水变得浑浊，从而影响溶质对光的吸收以及悬浮物对光的散射[2]。水浊度传感器的原理是当光线穿过收集到的一部分的水时，光线能够穿透过这部分水的程度就能反应其浑浊程度。因为水越污浊，肉眼可见的杂质越多，能穿过的光就越少。传感器的接收端能够根据接收的光照转换为相应的电流大小，然后经过测量就能得到测量结果。

3.3 pH传感器

溶液中氢离子的量与总物质的量的比值即是为pH值。PH传感器的使用是为了能够直接对pH值进行快速、准确的测定[3]。

3.4 溶解氧传感器

含氧量高的水资源，对人体的健康保障有着关键的影响，同时也能够促进水产行业的健康发展。对水体溶解的氧含量的检测，设计上可以根据各种类型的用水，设定相应的阈值来实时检测含氧量。

3.5 氨氮传感器

氨氮离子是工业和我们日常的生活废水中常见的一种污染物。智能型氨氮传感器基于离子选择法测量离子含量，只有氨离子、氮离子能够通过离子选择膜，并且产生了电位变化，在电极上产生了一定的电位差，那么氨离子、氮离子的浓度即可由其比列换算得出，其中参比的电极电位等需要保持恒定不变。

图 1 项目原理图

4 水质检测软件设计

通过硬件的各种传感器采集到水体中的浑浊度、水中含氧量、氨离子、氮离子的浓度等主要水质检测数据后，我们可以通过借助无线通信模块（短距离可以采用蓝牙）将这些信息上传到上位机。在智能水质检测系统中，上位机对数据信息进行相关的初步处理和储存等，并根据已有的数据库进行水质情况的判定，如是否对人体有害，是否对环境有害等。使用者也可以根据需求选择相关的曲线图生成等分析当前情况，以便于后续操作。

图 2 软件设计流程图

结语

人类的正常生活离不开干净的水资源，对水质的检测和分析是保护水资源的一项必不可少的重要举措，本文的智能水质检测系统在操作中能够实现对水资源数据信息的分析和处理，提高了水质检测的效率，普及了水资源保护的重要性。

参考文献

[1]翟建桐.基于5G技术的水质污染遥感检测算法研究[J].环境科学与管理，2021，46(1): 113-116.

[2]李炙帅.水质浊度检测系统研究与设计[D].南京:南京信息工程大学，2020.

[3]伍师增，杨伟浩，蒋旻昊，等.基于STM32的水产养殖辅助装置[J].电子世界，2020，42(12):139-141.

基金项目：2022年省级大学生创新创业训练计划项目，“我们”的智能水质检测系统，项目编号：S202214037037

教师作者简介：  周琦宾(1995 年-)，  男，  宜宾市，  硕士研究生，  专职教师，  主要研究方向： 电路分析、数据分析。

学生作者简介：杜茜苹  (2002 年-)，   女 ，绵阳市，   2020 级计算机科学与技术专业 03 班学 生 ，主要研究方向：单片机开发