基于STM32水上森林公園環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

基于STM32水上森林公園環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著生態(tài)環(huán)境問題的逐步凸顯，對于水源質(zhì)量監(jiān)測的需求日益凸顯。為了有效地保護(hù)水資源，需要建立科學(xué)、有效的水源質(zhì)量監(jiān)測體系。因此，本文基于水上森林公園這一具有代表性的區(qū)域，設(shè)計了一套水源質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，旨在通過科學(xué)的手段對水環(huán)境進(jìn)行有效監(jiān)測，為保護(hù)水資源提供有力的技術(shù)保障。本系統(tǒng)采用了多種傳感器進(jìn)行監(jiān)測，主要包括PH值、溫度等常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測參數(shù)。同時，還考慮了風(fēng)速等環(huán)境因子對水環(huán)境的影響，從而全面了解水環(huán)境的變化情況。所有監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)過STM32單片機(jī)采樣、處理、存儲和上傳到WiFi遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行實時監(jiān)測。整套系統(tǒng)具有實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點。本文重點研究了系統(tǒng)的設(shè)計、實現(xiàn)及監(jiān)測方法。在設(shè)計上，分析了監(jiān)測參數(shù)及環(huán)境因素，確定了系統(tǒng)的監(jiān)測范圍和傳感器種類，并設(shè)計了相應(yīng)的電路和軟件。在實現(xiàn)上，結(jié)合STM32單片機(jī)的引腳分配、外設(shè)驅(qū)動等特性，開發(fā)了適應(yīng)于水源質(zhì)量監(jiān)測的設(shè)計。在監(jiān)測方法上，建立了科學(xué)合理的監(jiān)測流程，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行水環(huán)境變化分析和問題診斷。本文的研究可為生態(tài)環(huán)境保護(hù)和水資源管理提供有力的技術(shù)支持。未來，將進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)的性能，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和適應(yīng)性，將水資源管理工作推向更高水平。關(guān)鍵詞：水源質(zhì)量；傳感器；STM32單片機(jī)；WiFi模塊；目錄TOC\o"1-3"\h\u第1章緒論 [16]。1.3主要研究內(nèi)容本課題是一種水上森林公園環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)包括硬件部分需要單片機(jī)STM32F103c8t6、水質(zhì)檢測儀模板、風(fēng)速傳感器、CO2傳感器、DHT11數(shù)字溫濕度傳感器、WiFi遠(yuǎn)程app模塊。其中的水質(zhì)檢測儀模板用于主要是用于檢測分析水體中的各項指標(biāo)參數(shù)的濃度含量值,風(fēng)速傳感器用于檢測森林不同時段的風(fēng)速，CO2傳感器用于檢測森林的CO2濃度。系統(tǒng)采用STM32單片機(jī)對信號進(jìn)行分析處理,判斷水質(zhì)污染程度以及森林風(fēng)速、CO2濃度的情況，從而有向的治理水上森林公園的環(huán)境。通過實驗仿真驗證了該方法可有效及時改善水上森林公園的環(huán)境。實現(xiàn)的功能如下：1.可通過水質(zhì)檢測儀模板實時監(jiān)測水質(zhì)情況并發(fā)送到上位機(jī)；2.可通過風(fēng)速傳感器實時監(jiān)測森林風(fēng)速變化并發(fā)送到上位機(jī)；3.可通過CO2傳感器實時監(jiān)測森林CO2濃度并發(fā)送到上位機(jī)；4.可通過溫濕度傳感器實時監(jiān)測森林溫濕度數(shù)據(jù)并發(fā)送到上位機(jī)；5.能利用STM32單片機(jī)收集的數(shù)據(jù)判斷水質(zhì)污染程度、溫濕度、森林風(fēng)速、CO2濃度進(jìn)行分析處理；6.可通過WiFi遠(yuǎn)程APP模塊接收遠(yuǎn)程信號。第2章系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)2.1設(shè)計方案水質(zhì)檢測儀模板用于主要是用于檢測分析水體中的各項指標(biāo)參數(shù)的濃度含量值，STM32主控模塊該采集系統(tǒng)基于STM32F103c8t6，相較于R8T6等其他芯片，其144個引腳數(shù)目，擴(kuò)展性更強(qiáng)，提高了系統(tǒng)的可靠性與通用性。選用的STM32主控模塊主要是由STM32芯片、降壓電路、調(diào)試接口電路等組成。當(dāng)標(biāo)定過程遇到數(shù)據(jù)采集過程停止或其他突發(fā)故障，復(fù)位電路對采集系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。降壓電路主要是為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓輸出供采集模塊的使用。調(diào)試接口電路主要用來對程序進(jìn)行調(diào)試。為了提高對CO2傳感器的模擬電壓的采集精度，來確保標(biāo)定后CO2傳感器檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。使用了以ADS1256為芯片的24位外部A/D，來代替STM32系統(tǒng)原有的12位A/D。該外部A/D可實現(xiàn)同時8路模數(shù)轉(zhuǎn)換，其強(qiáng)大擴(kuò)展能力，便于拓展實現(xiàn)后續(xù)其他類型氣體傳感器的標(biāo)定工作。CO2傳感器所輸出的模擬電壓經(jīng)ADS1256處理后，通過串行外設(shè)接口(SPI)送入STM32，主控模塊通過USART上傳到單片機(jī)進(jìn)行處理、顯示。實現(xiàn)的功能及其運用的技術(shù)并搜集相關(guān)資料的。2.2功能需求分析2.2.1技術(shù)路線：1.硬件部分包括STM32單片機(jī)、風(fēng)速傳感器、溫濕度傳感器、PH傳感器、CO2傳感器、WiFi遠(yuǎn)程app模塊2.軟件平臺程序用keil5；3.畫原理圖用AD；4.編程語言用C語言；5.設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖；2.2.2預(yù)期結(jié)果：作品展示，完成一個整體的水上森林公園環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計，并且該設(shè)計能實現(xiàn)的功能如下：1.建立“上位機(jī)”，“下位機(jī)”和“用戶端”三部分結(jié)構(gòu)。2.上位機(jī)完成酸堿度異常的投放；3.下位機(jī)獲取各項元器件的數(shù)據(jù)；4.用戶端觀測數(shù)據(jù)從而保證人員安全。2.3元器件選型2.3.1單片機(jī)選型STM32FL03c8t6是S一款低功耗、高性能的32位微控制器。該微控制器具有豐富的外設(shè)功能，包括多達(dá)17個通用輸入/輸出口（GPIO）、3個16位定時器、1個12位ADC、1個12位DAC、1個比較器等。此外，它還支持多種通信接口，如SPI、I2C和USART等。STM32單片機(jī)具有低功耗特性。所以它非常適合需要長時間待機(jī)使用，比如環(huán)境監(jiān)測、智能家居和醫(yī)療健康等。主要參數(shù)：1.CPU：32位ARMCortex-M0+內(nèi)核，最高主頻為48MHz；2.存儲器：64KB閃存、8KBSRAM；3.通信接口：2個USART、1個I2C、1個SPI；4.定時器：3個16位通用定時器、1個16位基礎(chǔ)定時器、1個16位高級控制定時器；5.ADC：12位ADC，最大轉(zhuǎn)換速率為1Msps；6.DAC：12位DAC，1個通道；7.低功耗模式：支持多種低功耗模式，包括待機(jī)、休眠和停機(jī)模式；封裝：LQFP48。本實驗采用的最小系統(tǒng)如下圖。圖2.1STM32fl03c8t6最小系統(tǒng)原理圖2.3.2溫濕度傳感器DHT11數(shù)字溫濕度傳感器包含測溫模塊和感濕模塊，所以它擁有穩(wěn)定的溫濕度傳感技術(shù)。該傳感器還包含一個測溫模塊，該模塊使用NTC測溫元件，傳感器通過元件獲取的數(shù)據(jù)通過傳感器進(jìn)行調(diào)用，所以該傳感器的安全性極高，非常適合人們在日常生活中使用，并且其具有性價比極高、反應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點。圖2.2溫濕度傳感器模塊測試圖2.3.3PH值監(jiān)測模塊該PH傳感器通過PH復(fù)合電極與BNC接頭進(jìn)行連接，將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到傳感器端，通過電位器的旋轉(zhuǎn)按鈕可將倍數(shù)放大，以便我們觀察數(shù)據(jù)。該單片機(jī)可以對PH復(fù)合電極輸出的mV級的電壓信號進(jìn)行分析處理，所以該P傳感器具有測量精度更高且價格更方便的特點。由于工業(yè)上使用的大型PH變送器價格十分高昂，很多普通人只是滿足自己小小需求，所以十分不劃算，使用該傳感器可以省下很多錢。該傳感器在使用時，應(yīng)先使用標(biāo)準(zhǔn)溶液緩存劑進(jìn)行PH值的校正，保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，縮小實驗誤差，在檢測不同的溶液時，也應(yīng)該使用去離子溶液對酸堿電極清洗，縮小誤差。在測量完后，建議使用標(biāo)準(zhǔn)的氯化鈉溶液對PH電極進(jìn)行保護(hù)，避免電極干燥，下次使用出現(xiàn)問題，但是引出端必須保證實時干燥，避免發(fā)生短路影響實驗結(jié)果。圖2.3PH值監(jiān)測模塊測試圖2.3.4風(fēng)速傳感器風(fēng)速傳感器通過空氣推動傳感器中的中軸轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生相應(yīng)的信號，從而進(jìn)行對風(fēng)速的推算。通過電鍍對該傳感器表面上的鋁合金進(jìn)行保護(hù)，使它可以在長期惡劣的情況下不生銹，保證獲取信息的準(zhǔn)確性和長期使用性。因為該風(fēng)速傳感器具有良好的防侵蝕能力，所以實用性更高，應(yīng)用的場所更廣放，比如工廠等。圖2.4風(fēng)速傳感器功能模塊測試圖2.3.5CO2傳感器CO2傳感器采用MQ-2氣體傳感器，當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在大量監(jiān)測氣體時，傳感器的電導(dǎo)率隨著監(jiān)測氣體的濃度增加而增大，而電導(dǎo)率的變化即可轉(zhuǎn)化為與監(jiān)測氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號，從而測得CO2濃度。該傳感器可檢測多種氣體，是一款使用多種場所的低成本傳感器。圖2.5CO2濃度傳感器功能模塊測試圖2.3.6LED液晶顯示屏功能模塊LED顯示屏采用模組拼接技術(shù)或箱體拼接技術(shù)，可根據(jù)自行定制來滿足場景的需求。LED顯示屏的主要參數(shù)是像素點間距，可以滿足各種不同距離的觀看需求。且具有防水防潮防曬的特點。圖2.6LED液晶顯示屏功能模塊測試圖第3章系統(tǒng)的的硬件部分設(shè)計3.1系統(tǒng)總體設(shè)計本課題是一種水上森林公園環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計，環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)包括硬件部分需要單片機(jī)STM32F103c8t6、水質(zhì)檢測儀模板、溫濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、CO2傳感器、WiFi遠(yuǎn)程app模塊。其中的水質(zhì)檢測儀模板用于主要是用于檢測分析水體中的各項指標(biāo)參數(shù)的濃度含量值，風(fēng)速傳感器用于檢測森林不同時段的風(fēng)速，CO2傳感器用于檢測森林的CO2濃度。系統(tǒng)采用STM32單片機(jī)對信號進(jìn)行分析處理，判斷水質(zhì)污染程度以及森林風(fēng)速、CO2濃度的情況，從而有向的治理水上森林公園的環(huán)境。通過實驗仿真驗證了該方法可有效及時改善水上森林公園的環(huán)境。本系統(tǒng)的功能模塊如下：WIFI通信，手機(jī)端上位機(jī)上位機(jī)：1.接收并顯示，下位機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)，并記錄到數(shù)據(jù)庫；2.設(shè)定閾值：PH值上下限、風(fēng)速、CO2濃度和溫濕度3.可查看數(shù)據(jù)歷史記錄下位機(jī)：1.系統(tǒng)實時通過溫濕度傳感器對溫濕度進(jìn)行監(jiān)測，顯示，并發(fā)送上位機(jī)；2.系統(tǒng)監(jiān)測到PH超出PH值所規(guī)定閾值上限，蜂鳴器示警，并發(fā)送上位機(jī)警告信號，開啟堿性平衡物質(zhì)投放設(shè)備；3.系統(tǒng)監(jiān)測到PH低于PH值所規(guī)定閾值下限，蜂鳴器示警，并發(fā)送上位機(jī)警告信號，開啟酸性平衡物質(zhì)投放設(shè)備；4.系統(tǒng)監(jiān)測到風(fēng)速超出風(fēng)速閾值，蜂鳴器示警，發(fā)送上位機(jī)警告信號；5.系統(tǒng)監(jiān)測到CO2濃度超出所規(guī)定閾值，蜂鳴器示警，發(fā)送上位機(jī)警告信號；總體原理圖如下所示：圖3.1總體原理圖3.2系統(tǒng)的主要功能模塊設(shè)計3.2.1溫濕度測量設(shè)計DHT11數(shù)字溫濕度傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機(jī)相連接，無需復(fù)雜的電路處理。因為該傳感器具有傳輸距離較遠(yuǎn)，價格和功耗較低，所以選擇該傳感器。圖3.2DHT11溫濕度傳感器原理圖3.2.2ESP8266WIFI模組模塊設(shè)計Esp8266WiFi模塊在物聯(lián)網(wǎng)上通過低成本取得完美成績，ESP8266WiFi模塊主要是由單核32位芯片構(gòu)成。該模塊可通過用戶自行與移動端建立WiFi熱點，從而保證數(shù)據(jù)的高速傳輸，極具便利性。Esp8266WiFi模塊使用的是3.3V直流電源，具有透傳的功能，功耗和價格都很低，是選擇的主要原因。該模塊還可以收集各種傳感器的數(shù)據(jù)，比如PH濃度傳感器和風(fēng)速傳感器，然后發(fā)送到數(shù)據(jù)端上。Esp8266WiFi模組原理圖如下圖。圖3.3Esp8266WiFi模組原理圖3.2.3CO2濃度測定傳感器模塊設(shè)計化學(xué)傳感器的性能主要取決于識別系統(tǒng)，故而，研究重心在于怎樣選用分子識別系統(tǒng)及其怎樣和所需傳導(dǎo)系統(tǒng)連接。通過合理的選擇和設(shè)計系統(tǒng)，充分發(fā)揮傳感器的性能，達(dá)到最初預(yù)期的目標(biāo)。信號通過傳導(dǎo)系統(tǒng)時，元件會將信號以電壓或電流等形式傳輸?shù)较到y(tǒng)，完成輸出或者放大的作用，以得到可用于實際分析信號，測得樣品內(nèi)被測目標(biāo)量，向用戶反饋準(zhǔn)確結(jié)果。圖3.4CO2傳感器原理圖3.2.4風(fēng)速傳感器模塊設(shè)計風(fēng)速傳感器主要采用的是由電鍍處理過的鋁合金材質(zhì)，其能夠在長期惡劣的情況下不生銹，具有良好的防侵蝕度，并且能夠使獲取的信息更加準(zhǔn)確。所以風(fēng)速傳感器具有實用度更好和準(zhǔn)確性更好的特點，是十分可靠的智能儀器，所以風(fēng)速傳感器更多廣泛應(yīng)用在各種場所，比如工廠等。原理圖如下圖。圖3.5風(fēng)速傳感器原理圖3.2.5繼電器模塊設(shè)計電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。繼電器的附加電路主要有如下三種形式圖3.6繼電器附加電路圖圖圖3.7繼電器原理圖3.2.6蜂鳴器模塊設(shè)計蜂鳴器采用直流電壓供電技術(shù)，其通過電導(dǎo)體產(chǎn)生磁場，永久磁鐵與通電導(dǎo)體產(chǎn)生磁力推動固定在線圈上的鼓膜的電磁感應(yīng)原理。蜂鳴器是一種小功率的發(fā)聲元件，其內(nèi)部不自帶振蕩源，需要控制器提供振蕩脈沖才可以發(fā)生，所以本設(shè)計的蜂鳴器屬于有源蜂鳴器。蜂鳴器所采用工作的電流很大，需要通過三極管來放大電路，進(jìn)而使蜂鳴器發(fā)聲。蜂鳴器模組原理圖如下圖。圖3.8蜂鳴器模組原理圖3.2.7模擬平衡物質(zhì)投放設(shè)備設(shè)計檢測PH值，連接手機(jī)無線，如果PH值在設(shè)定的閾值范圍內(nèi)，蜂鳴器不報警；如果超出閾值范圍，蜂鳴器將會執(zhí)行報警操作，并且模擬投放平衡物質(zhì)開始投放酸性物質(zhì)或堿性物質(zhì)，保證水體PH的穩(wěn)定。圖3.9模擬平衡物質(zhì)投放原理圖3.2.8LED液晶顯示屏模塊設(shè)計LED顯示屏采用的是柔軟的FPC為基板，可以滿足人們對廣告造型的基本需要。LED顯示屏的發(fā)光元件是LED，其功率很低，所以發(fā)熱量也非常的低，并且其采用高亮度貼片，該元件光色柔和、無炫光。該顯示屏采用低壓直流供電電壓，由于低壓穩(wěn)定，所以很少對人身造成危害。圖3.10LED液晶顯示屏模塊原理圖第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1軟件主流程圖這是一個關(guān)于水上森林公園環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的課題。該系統(tǒng)的功能如下：水質(zhì)檢測儀模板：用于實時監(jiān)測水體中各項指標(biāo)參數(shù)的濃度含量值，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行分析。這可以幫助監(jiān)測水質(zhì)情況，及時發(fā)現(xiàn)水質(zhì)污染問題。風(fēng)速傳感器：用于實時監(jiān)測森林中的風(fēng)速變化，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。這有助于了解森林不同時段的風(fēng)速情況，對森林火災(zāi)等風(fēng)險進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)防。溫濕度傳感器：用于實時監(jiān)測森林中的溫濕度情況，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。這有助于了解森林的實時溫度，對人們游玩時所穿的衣物進(jìn)行提示。CO2傳感器：用于實時監(jiān)測森林中的CO2濃度，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。這有助于了解森林的CO2濃度水平，判斷森林的空氣質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境狀況。STM32單片機(jī)：用于對傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。單片機(jī)可以對水質(zhì)污染程度、森林風(fēng)速和CO2濃度等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和判斷，從而提供對水上森林公園環(huán)境的評估和分析。WiFi遠(yuǎn)程APP模塊：用于接收下位機(jī)信號，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行分析。這可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制系統(tǒng)，方便用戶隨時獲取環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。

圖4.SEQ圖\*ARABIC\s11整體流程圖4.2溫濕度傳感器模塊設(shè)計當(dāng)單片機(jī)初始化完成后，DHT11溫濕度傳感器會對周圍的溫度和濕度進(jìn)行采集并形成一個參數(shù)來表示溫度及濕度，若此數(shù)據(jù)在設(shè)定的范圍內(nèi)，則觸發(fā)接下來的程序操作；若不在范圍內(nèi)，則可選擇改變周圍環(huán)境后重新采集。圖4.2溫濕度采集流程圖4.3液晶顯示模塊設(shè)計在設(shè)計中需要顯示當(dāng)前環(huán)境的溫濕度、CO2濃度和風(fēng)速信息。該設(shè)計由采集電路采集到的溫濕度數(shù)據(jù)、CO2數(shù)據(jù)和風(fēng)速數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹窓C(jī)內(nèi)，單片機(jī)通過程序控制將數(shù)據(jù)顯示在數(shù)碼管上，將傳感器采集完成的濕度值，溫度值和光照強(qiáng)度值用數(shù)碼管顯示。如圖為液晶顯示模塊流程圖。圖4.3液晶顯示模塊流程圖4.4CO2空氣傳感器模塊設(shè)計CO2傳感器和報警裝置搭配應(yīng)用，屬于裝置內(nèi)重要檢測元件，工作原理則是定電位電解。在實踐應(yīng)用階段，如果CO2擴(kuò)散至傳感器，輸出端提供電流，進(jìn)入報警裝置內(nèi)采樣電路，可用于把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能。如果CO2濃度發(fā)生改變，傳感器輸出電流會呈正比改變，由報警裝置中間電路轉(zhuǎn)換放大輸出，可驅(qū)動各種執(zhí)行元件，實現(xiàn)檢測和報警效果，能和對應(yīng)控制器聯(lián)合組成環(huán)境監(jiān)測報警系統(tǒng)。流程圖如下。圖4.4CO2濃度檢測模塊流程圖4.5風(fēng)速傳感器的軟件設(shè)計傳感器的VCC和Vin引腳由升壓轉(zhuǎn)換器模塊的輸出提供7.5V。當(dāng)單片機(jī)初始化完成后，風(fēng)速會被周圍的風(fēng)速影響而發(fā)生轉(zhuǎn)動，通過對風(fēng)速傳感器轉(zhuǎn)動的幅度進(jìn)行分析。傳感器會形成一個參數(shù)來表示風(fēng)速，若此數(shù)據(jù)不在設(shè)定的范圍內(nèi)，則觸發(fā)接下來的報警操作；若在范圍內(nèi)，則蜂鳴器不進(jìn)行報警。實現(xiàn)其功能的流程圖如下。圖4.5風(fēng)速傳感器流程圖4.6Esp8266模塊的軟件設(shè)計Esp8266WIFI模塊與當(dāng)前場所的熱點，與服務(wù)器進(jìn)行連接，進(jìn)而傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)溫濕度、CO2濃度、風(fēng)速數(shù)據(jù)和PH值數(shù)據(jù)都被采集完成后，Esp8266WiFi模塊會將這寫數(shù)據(jù)自動上傳至阿里云平臺并在上位機(jī)中顯示，方便我們觀察。流程圖如下圖。

圖4.6Esp8266流程圖4.7PH值監(jiān)測模塊的軟件設(shè)計當(dāng)全部系統(tǒng)軟件通電時，實時監(jiān)測水體PH含量狀況，顯示；上位機(jī)可設(shè)置閾值；若水體的PH過低，開啟酸性物資投放設(shè)備，平衡水體中的堿性；若水體的PH過高，開啟堿性物資投放設(shè)備，平衡水體中的酸性。圖4.7PH值監(jiān)測模塊的軟件設(shè)計流程圖第5章系統(tǒng)測試5.1系統(tǒng)實物圖該系統(tǒng)包括硬件組件和軟件模塊，其中硬件部分包括單片機(jī)STM32、DHT11溫濕度傳感器、PH傳感器、風(fēng)速傳感器、CO2傳感器以及WiFi遠(yuǎn)程APP模塊。設(shè)置完畢之后點擊是否測試，若此時的溫度、濕度、風(fēng)速、CO2和PH值都位于正常范圍內(nèi)則正常運行；若此時溫度、濕度、風(fēng)速、CO2和PH值有一項不在正常范圍內(nèi)則系統(tǒng)報警，且當(dāng)PH值高于或低于正常范圍時，酸堿物質(zhì)投放設(shè)備開始投放物質(zhì)保證PH值的平衡。圖5.1系統(tǒng)完整實物圖5.2測試原理圖5.2上位機(jī)如圖5.2點擊上位機(jī)上方開啟服務(wù)器后，手動設(shè)置上位機(jī)中風(fēng)速、CO2和PH值的上下限。并觀察到了上方有溫濕度傳感器、風(fēng)速傳感器、PH值傳感器所獲得的實時數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)字顯示為1時，數(shù)據(jù)不在閾值內(nèi)；當(dāng)數(shù)字顯示為0時，數(shù)據(jù)在閾值內(nèi)。PH上下限、風(fēng)速上限、CO2上限四個閾值同時設(shè)定，即可發(fā)送到下位機(jī)進(jìn)行更改。如圖設(shè)置PH值上限為500，此時PH值為680，PH值超過上限蜂鳴器開始報警，酸堿平衡投放設(shè)備開始投放酸性物質(zhì)，亮紅燈；圖5.3PH值高于上限如果設(shè)置PH值下限為700，此時PH值為680，PH值超過下限蜂鳴器開始報警，酸堿平衡投放設(shè)備開始投放堿性物質(zhì)，亮紅燈；圖5.4PH值低于下限如果設(shè)置風(fēng)速上限為20，此時風(fēng)速為1400，風(fēng)速高于上限時，蜂鳴器開始報警，當(dāng)風(fēng)速低于上限時，設(shè)備正常工作；圖5.5風(fēng)速低于上限如果設(shè)置CO2上限為40，此時CO2為866，CO2高于上限時，蜂鳴器開始報警，當(dāng)CO2低于上限時，設(shè)備正常工作；圖5.6CO2低于下限第6章總結(jié)與展望本文將自動化技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、PLC控制系統(tǒng)及軟件技術(shù)有機(jī)的組合在一起，形成了一套完整的控制系統(tǒng)，使得水上森林公園環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)能保持在良好的實用性和先進(jìn)的水平上。該論文所取得的主要成果有：1.進(jìn)行了深人的調(diào)查和廣泛的研究。通過對資料的學(xué)習(xí)和消化，對PLC控制系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)考慮的幾個問題有了一定的認(rèn)識，對環(huán)境的發(fā)展、環(huán)境特點等有了更深的認(rèn)識。2.對水上森林公園環(huán)境監(jiān)控工藝進(jìn)行了考察，對該環(huán)境有了較好的認(rèn)識，為今后的控制系統(tǒng)設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。3.按照設(shè)計過程的具體需要，編制了可編程控制器的編程語言。環(huán)境監(jiān)控的控制系統(tǒng)需要單獨的設(shè)備和工藝步驟，使全部操作自動化。4.在此基礎(chǔ)上，對控制系統(tǒng)進(jìn)行了控制，能搞更好的條件環(huán)境的問題，保證人員的安全。在設(shè)計和實施水上森林公園環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控控制系統(tǒng)時，已經(jīng)做了很多工作，并獲得了一定的成功。但是系統(tǒng)中還存在一些不足需要進(jìn)一步的完善，下一步的工作可以從這幾方面進(jìn)行：1.現(xiàn)場傳送的多種信號，對控制系統(tǒng)的影響較大，必須使系統(tǒng)的抗干擾性得到進(jìn)一步的改善。2.環(huán)境距離較遠(yuǎn)，對信號的傳輸具有一定的延時性，應(yīng)采用更穩(wěn)定的傳輸模塊，比如藍(lán)牙模塊。參考文獻(xiàn)侯為民.建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系的中國語境與理論內(nèi)涵[J].晉陽學(xué)刊,2019(01):34-41.DOI:10.16392/ki.14-1057/c.2019.01.004.孟莉莉,吳旦鈞,藍(lán)建平.基于NB-IoT和數(shù)據(jù)融合的分布式水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].電子技術(shù)與軟件工程,2022(05):180-183.鄭曉茜,邵帥飛.基于ZigBee的溫室大棚環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].南方農(nóng)機(jī),2021,52(19):21-23.郭銘,王佳佳.基于STM32的智能家居濕度控制系統(tǒng)[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì),2021(24):81-83.馬銀鑫,郭來功,朱明智,聶勝軍.基于微控制器的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].洛陽理工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2022,32(03):53-57.王軍,胡剛雨,肖晶晶.基于NB-IoT的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2022,45(16):50-54.DOI:10.16652/j.issn.1004-373x.2022.16.010.譚華.基于Labview監(jiān)控的遠(yuǎn)程無線多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用,2022(08):36-38.任森偉,朱麗軍,李晨浩,薛夢嬌,楊立娜.基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的智能晾衣架實驗系統(tǒng)研制[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2021(23):99-100.陳林奎,徐鶴.基于NB-IoT的課堂管理系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2020,30(11):195-199.王莉,王宏濤.基于物聯(lián)網(wǎng)的實驗室溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].電子制作,2020(13):10-12.DOI:10.16589/11-3571/tn.2020.13.003.鄭艷森,駱旭坤.基于MQTT的智能晾衣架遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J].泉州師范學(xué)院學(xué)報,2020,38(02):78-83.DOI:10.16125/ki.1009-8224.2020.02.012.楊磊.基于NB-IoT的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[D].浙江理工大學(xué),2020.DOI:10.27786/ki.gzjlg.2020.000670.王巍淞,馬巧梅,申連雄.基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)村飲用水水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2022(27):51-55.孔小敏.基于STM32F4智能藥箱系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2016.張濤,劉朝華,夏維曦.基于物聯(lián)網(wǎng)的家用智能藥箱應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計[J].軟件,2016,37(02):39-41+53.SafiraMR,LimMW,ChuaWS.Designofcontrolsystemforwaterqualitymonitoringsystemforhydroponicsapplication[J].IOPConferenceSeries:MaterialsScienceandEngineering,2022,1257(1).DangTianjiao,LiuJifa.DesignofWaterQualityMonitoringSysteminShaanxiSectionofWeiheRiVerBasinBasedontheInternetofThings[J].ComputationalIntelligenceandNeuroscience,2022,2022.UdanorC.N.,OssaiN.I.,NwekeE.O.,OgbuokiriB.O.,EnehA.H.,UgwuishiwuC.H.,AnekeS.O.,EzuwguA.O.,UgwokeP.O.,ChristianaArua.Aninternetofthingslabelleddatasetforaquaponicsfishpondwaterqualitymonitoringsystem[J].DatainBrief,2022,43.BiroTurkKhalidGuma,AlghannamAbdulrahmanO.,ZeineldinFaisalIbrahim.Monitoringofhourlycarbondioxideconcentrationunderdifferentlandusetypesinaridecosystem[J].OpenLifeSciences,2022,18(1).JamroenChaowanan,YonsiriNontanan,OdthonThitiworada,WisitthiwongNatthakun,JanreungSutawas.AstandalonephotoVoltaic/batteryenergy-poweredwaterqualitymonitoringsystembasedonnarrowbandinternetofthingsforaquaculture:Designandimplementation[J].SmartAgriculturalTechnology,2023,3.附錄電路圖源代碼/*********************************************************************************@filestm32f10x.h*@authorMCDApplicationTeam*@versionV3.5.0*@date11-March-2011*@briefCMSISCortex-M3DevicePeripheralAccessLayerHeaderFile.*Thisfilecontainsalltheperipheralregister'sdefinitions,bits*definitionsandmemorymappingforSTM32F10xConnectivityline,*Highdensity,Highdensityvalueline,Mediumdensity,*MediumdensityValueline,Lowdensity,LowdensityValueline*andXL-densitydevices.**Thefileistheuniqueincludefilethattheapplicationprogrammer*isusingintheCsourcecode,usuallyinmain.c.Thisfilecontains:*-Configurationsectionthatallowstoselect:*-Thedeviceusedinthetargetapplication*-Touseornottheperipheral抯driversinapplicationcode(i.e.*codewillbebasedondirectaccesstoperipheral抯registers*ratherthandriversAPI),thisoptioniscontrolledby*"#defineUSE_STDPERIPH_DRIVER"*-Tochangefewapplication-specificparameterssuchastheHSE*crystalfrequency*-Datastructuresandtheaddressmappingforallperipherals*-Peripheral'sregistersdeclarationsandbitsdefinition*-Macrostoaccessperipheral抯registershardware*#include"sys.h"#include"delay.h"#include"usart.h"#include"tim.h"#include"dht11.h"#include"hcsr04.h"#include"timer.h"#include"oled.h"#include"port.h"#include"Esp8266.h"#include"adc.h"#include"app.h"intmain(void){ delay_init(); //延時函數(shù)初始化 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//設(shè)置NVIC中斷分組2:2位搶占優(yōu)先級，2位響應(yīng)優(yōu)先級 uart_init(9600); //串口初始化為9600 system_Time_Init(9,7199); sys_gpio_init(); adc_init(); DHT11_Init();// TIM3_PWM_Init();//舵機(jī)定時器初始化 ESP8266_Init(115200); OLED_Init(); //初始化OLED OLED_Clear(); while(1) { app(); }}#include"adc.h"#include"stdio.h"u16adc_value[3];voidadc_init(void){ GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; ADC_InitTypeDefADC_InitStructure; DMA_InitTypeDefDMA_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_ADC1 ,ENABLE); RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN; //模擬輸入引腳 GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); DMA_DeInit(DMA1_Channel1);//將DMA的通道1寄存器重設(shè)為缺省值 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr=(u32)(&(ADC1->DR)); //DMA外設(shè)ADC基地址 DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr=(u32)&adc_value;//DMA內(nèi)存基地址 DMA_InitStructure.DMA_DIR=DMA_DIR_PeripheralSRC;//數(shù)據(jù)傳輸方向，從外設(shè)讀取到內(nèi)存 DMA_InitStructure.DMA_BufferSize=3;//DMA通道的DMA緩存的大小 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc=DMA_PeripheralInc_Disable;//外設(shè)地址寄存器不變 DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc=DMA_MemoryInc_Enable;//內(nèi)存地址寄存器遞增 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize=DMA_PeripheralDataSize_HalfWord;//數(shù)據(jù)寬度為8位 DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize=DMA_MemoryDataSize_HalfWord;//數(shù)據(jù)寬度為8位 DMA_InitStructure.DMA_Mode=DMA_Mode_Circular;//工作在正常緩存模式 DMA_InitStructure.DMA_Priority=DMA_Priority_High;//DMA通道x擁有中優(yōu)先級 DMA_InitStructure.DMA_M2M=DMA_M2M_D