基于无线通信的水质实时监测系统的设计与实现
摘要：水是人类维持生存的基础，但是由于经济的发展，水污染日趋严重，市面上出现了各类水质监测系统，来检测水质的污染情况。水质监测系统是一种将监测与交换技术、信息处理、计算机科学技术、数字技术等结合为一体的现代型监测系统。本次毕业设计所选择的水质监测系统主要是以单片机系统作为中心控制单元，通过超声波传感器测量水位；其次采用PH值传感器测量水的酸碱度，最后再搭配用LCD128*64来显示系统采样数据，完成整套系统的测试功能。系统测试结果显示水位测量精度为1mm，pH值测量精度为0.05，基本达到设计要求。通过本次毕业设计，锻炼了我对电子信息专业技术的综合应用能力。 本次水质监测系统的设计主要是利用单片机和GSM模块来达到对水质的监测。对水质主要的监测指标有：PH，水位，温度，清晰度等。通过单片机对水中这些指标的检测之后，通过GSM模块把检测到的信息发送到手机以及电脑上进行存档，可以根据存档的信息可以判断出水质的好坏。从而做出相应的措施。
关键字：ARDUINO UNO；超声波传感器；LCD128*64； PH计；电压；GSM模块
Low-power water quality monitoring system based on IOT
Abstract: Water is the basis for human survival. However, due to the economic development, water pollution has become increasingly serious, so humans have invented a water quality monitoring system to detect the pollution of water quality. The water quality monitoring system is a modern monitoring system that integrates monitoring and exchange technology, information processing, computer science and technology, and digital technology. The low-power water quality monitoring system selected by this graduation project is mainly based on the single-chip microcomputer system as the central control unit, and the water level is measured by an ultrasonic sensor; secondly, the PH value sensor is used to measure the pH of the water, and finally the LCD128*64 is used to display the system sampling. Data, the accuracy of the final water level test result is 1mm, and the pH accuracy is 0.05, basically meeting the design requirements. Through the in-depth exploration of this design, I have become more fluent in the field of electronic information. The design of this water quality monitoring system mainly uses single-chip computer and GSM module to achieve water quality monitoring. The main monitoring indicators of water quality are: PH, water level, temperature, clarity and so on. After the detection of these indicators in water by MCU, the detected information is sent to the mobile phone and computer through GSM module for archiving. According to the archived information, the quality of water can be judged. Accordingly, corresponding measures are taken.
Keywords: ARDUINO UNO；Ultrasonic sensors；LCD128*64；PH meter； Voltage;GSM
目录
一、绪论 4
1.1 研究背景 4
1.2 国内外现状 4
1.3 设计任务 4
（1）水质参数检测传感器的选择以及传感器的原理； 4
（2）水质监测系统的设计； 4
（3）系统的通信方式以及通信设备； 4
（4）软件程序的编写； 5
（5）对水质监测系统进行总结或者拓展。 5
二、硬件选择 5
2.1 单片机选择 5
1、8051单片机 5
2、ARDUINO UNO单片机 6
2.2 显示模块选择 7
1、LCD1602模块 8
2、LED显示模块 8
3、LCD128*64显示模块 9
2.3 液面传感器选择 10
2.4 PH值传感器的选择 11
（1）电缆快速接头的防水功能，避免扭曲现象在安装电缆； 12
（2）时效性比较准确，pH值较为精确； 12
（3）安装方式多样，安装方便； 12
（4）强，耐化学密封组件，消除泄漏现象。 12
2.5 GSM模块选型 12
三、硬件设计 13
3.1 系统总体设计 13
3.2 系统原理图 13
四、软件设计 14
4.1 主流程图 14
4.2 PH值测量 15
4.3 水位测量 16
4.4 电压测量 16
4.5GSM模块程序设计 17
五、数据测量分析 23
5.1 测量方法 23
5.2 数据结果分析 23
表4：高度测量 23
表5：pH值测量 24
表6：电压测量 24
六、小结及致谢 24
七、参考文献 25
一、绪论
1.1 研究背景
随着社会的不断壮大与发展，人类的环保意识也逐渐的提高了许多，对环境质量的要求也在不断地提高甚至追求完美。环境质量的提升对我国的可持续发展道路有明显的帮助，改善生活环境和生态环境,促进生态经济的和谐发展和产业结构的调整,推动全中国走上文明和谐生产发展、富裕的生活、生态平衡的文明发展道路的全新世界。现如今的水质环境面临着两个重大问题：水资源的紧急短缺和水质量污染的不断加重。各种化工厂产生的废水和城市乡村生活产下的污水向大海湖泊以及土壤进行大量排放,使得表面上的水和地底下水的水质逐渐恶化，一日不如一日，更严重地加剧了水资源的使用紧张，严重地约束了人类与国家间经济的和平发展，而且还危害了人类的身心健康。面对如此严峻的水形势，人类必须要提高对水污染的重视程度。中国不仅存在水资源短缺的问题，在空间、时间上也存在着分布不平衡的严重问题,而且更普遍的是，水质型缺水的问题也是个显性的危机。全国将近有一半的城镇喝的水，它的水质是不达标的。目前，国内发明了许多基于物联网技术的水质监测系统。
1.2 国内外现状
目前我国在水质监测系统方面，主要有水质自动监测技术、遥感监测技术和生物监测技术等。其中水质的自动监测技术可以进行长期的动态监测，并且可以自动形成水质监测报告。不过，就我国目前的水质监测系统而言，仍然以传统的水质监测系统为主，一些现代型的水质监测系统还未普及，与外国的监测系统相比，仍然存在很大的差距。
1.3 设计任务
在这个背景下，我在图书馆查找阅读许多的资料，本次论文设计对水质监测系统进行了大概的研究。大概知道研究的方向以及以下几个任务：
（1）水质参数检测传感器的选择以及传感器的原理；
（2）水质监测系统的设计；
（3）系统的通信方式以及通信设备；
（4）软件程序的编写；
（5）对水质监测系统进行总结或者拓展。
参考文献
[1]陈吕洲.Arduino程序设计基础[J].北京航空航天大学出版社，2014.1
[2]李明亮.Arduino项目DIY[J].清华大学出版社，2015
[3]陈吕洲.Arduino程序设计基础（第2版）[J].北京航空航天大学出版社，2015.2
[4]王静霞，杨宏丽，刘俐.单片机应用技术（C语言版）[J].电子工业出版社,2015.7
[5]杜洋.AD转换芯片ADC0832的应用[M].2005
[6]孙雷霸.?基于无线传感器网络的水环境多参数监测系统的研究与实现[D].?江苏大学.2009
[7]刘丽.?基于ZigBee技术的无线传感器网络在水质监测系统中的应用[J].?安徽职业技术学院学报.2009.?8
[8]王骥,?王筱珍,?任肖丽.??基于无线传感器网络的水污染监测系统[J].?桂林电子科技大学学报,?2009.?
[9]陈华凌,陈岁生,张仁政.基于ZigBee无线传感网络的水环境监测系统[J].仪表技术与传感器.2012.?
