2 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)主程序部分采用順序結(jié)構(gòu)，程序啟動(dòng)后進(jìn)行初始化，然后通過串口迅速進(jìn)行溫度采集，溫度返回后數(shù)字型數(shù)據(jù)采集模塊pH模塊、TDS模塊開始檢測，隨后進(jìn)行AD采樣變換為模擬輸入量，并進(jìn)行標(biāo)度變換對數(shù)據(jù)做進(jìn)一步處理。數(shù)據(jù)采集處理結(jié)束后將數(shù)據(jù)顯示到OLED屏幕，然后將數(shù)據(jù)暫存到數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器中，通過ESP8266模塊WiFi信號(hào)發(fā)送至手機(jī)App。主程序流程如圖4所示。

2.1 延時(shí)子程序設(shè)計(jì)

由于TDS和pH采樣需要溫度補(bǔ)償，之后還要進(jìn)行ADC采樣及標(biāo)度變換，所以在系統(tǒng)采集到溫度之后需要一定的延時(shí)來等待TDS和pH的顯示，因此設(shè)計(jì)了延時(shí)子程序來緩沖等待這一過程。24 MHz主頻下在示波器上看一個(gè)語句的時(shí)間大概是0.8μs，本設(shè)計(jì)首先設(shè)了0.8μs的倍數(shù)4μs，再用函數(shù)將其增加至1ms，最終延時(shí)1s。在系統(tǒng)供電之后直接讀取溫度，延時(shí)1s后讀取ADC采樣數(shù)據(jù)。

2.2 OLED顯示程序設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)使用的是OLED顯示器，與單片機(jī)的接口采用了I2C連接方式，在設(shè)計(jì)程序時(shí)需要根據(jù)連接方式進(jìn)行。在程序開始執(zhí)行之后首先初始化屏幕，然后開始寫入數(shù)據(jù)或命令，數(shù)據(jù)標(biāo)志表示為0，命令的標(biāo)志表示為1。而后開始讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)讀取之后還要設(shè)置以下顯示參數(shù)：頁地址、顯示位置列低和列高地址、起點(diǎn)坐標(biāo)、顯示模式等。顯示完成后關(guān)閉OLED進(jìn)入清屏函數(shù)，清屏完成后屏幕是黑色的，和未通電點(diǎn)亮?xí)r一樣。

2.3 無線通信設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)最終的智能化水質(zhì)檢測，使人們在手機(jī)上能對日常用水的水質(zhì)實(shí)時(shí)了解，采用無線通信的方式完成手機(jī)App在線監(jiān)測。本設(shè)計(jì)采用專用的ESP8266模塊實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)與云端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，由機(jī)智云平臺(tái)可以提供手機(jī)端App的設(shè)計(jì)。

首先要在網(wǎng)頁端注冊一個(gè)機(jī)智云的開發(fā)者賬號(hào)，注冊完成后選擇個(gè)人項(xiàng)目創(chuàng)建一個(gè)新產(chǎn)品，填寫一些基本的信息，產(chǎn)品的名稱是“智能水質(zhì)檢測儀”，技術(shù)方案為WiFi/移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)方案，保存之后就會(huì)產(chǎn)生項(xiàng)目的基本信息；其次，創(chuàng)建數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，考慮到主要檢測水質(zhì)的3個(gè)參數(shù)，本設(shè)計(jì)創(chuàng)建了3個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，設(shè)置3個(gè)節(jié)點(diǎn)名稱分別是溫度、pH和TDS；再次，在手機(jī)上安裝機(jī)智云通用App，安裝完成后登陸個(gè)人賬號(hào)，在機(jī)智云官網(wǎng)下載ESP8266模塊專用固件，專用固件在數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建創(chuàng)建完成后即可下載使用，固件下載完成后，使用串口調(diào)試器將WiFi模塊連接到電腦上，使用固件自帶的下載程序刷新固件，并對機(jī)智云固件進(jìn)行裝載，裝載完成后，WiFi成為基于機(jī)智云手冊的無線透傳模塊；最后，設(shè)備與App通信時(shí)，需要先連接到機(jī)智云服務(wù)器，等待服務(wù)器傳輸回來的數(shù)據(jù)，當(dāng)產(chǎn)品配置完成后，發(fā)送生成的PK代碼和密鑰，服務(wù)器對產(chǎn)品進(jìn)行檢測后，系統(tǒng)可以傳輸溫度、pH、TDS等信息來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳，上傳完成后接入網(wǎng)絡(luò)的手機(jī)App即可讀取數(shù)據(jù)。

3 硬件調(diào)試結(jié)果

為了驗(yàn)證上述設(shè)計(jì)的正確性和可行性，搭建硬件調(diào)試平臺(tái)。為了防止硬件損害和測試的方便性，系統(tǒng)上電調(diào)試時(shí)將DS18B20、pH電極和TDS探針都插入了自來水溶液中，如圖5(a）所示，水質(zhì)溫度、TDS及pH參數(shù)值分別為22.3、99和6.85，從中可知，生活中的自來水溫度、TDS及pH值參數(shù)在人們健康范圍內(nèi)，是達(dá)標(biāo)的；當(dāng)改變水質(zhì)pH值，再次測量，結(jié)果如圖5(b）所示，水質(zhì)參數(shù)分別為22.2、102及8.95，由于無預(yù)熱及制冷，水溫基本沒有發(fā)生變化，但是水質(zhì)的pH值明顯發(fā)生了改變，從而引起了水質(zhì)TDS的變化。由顯示結(jié)果可知，該系統(tǒng)測試結(jié)果準(zhǔn)確；最后，為了實(shí)現(xiàn)可手持監(jiān)測，通過WiFi模塊聯(lián)網(wǎng)與手機(jī)端App同步顯示，即在手機(jī)接入系統(tǒng)WiFi之后打開手機(jī)App，通信結(jié)果如圖6所示。經(jīng)過實(shí)際的操作驗(yàn)證，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了硬件系統(tǒng)與手機(jī)App同步顯示測量結(jié)果，與市場現(xiàn)有水質(zhì)測試儀相比，該測試儀體積小、操作簡單、成本低，且迎合當(dāng)前用戶潮流需求，將測試結(jié)果由手機(jī)APP進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，實(shí)現(xiàn)了線下線上同時(shí)監(jiān)測，滿足用戶對智能型水質(zhì)檢測儀的需求。

4 結(jié)論

本文闡述了一種便攜式智能水質(zhì)檢測儀的設(shè)計(jì)。介紹了pH檢測電路、TDS檢測電路等主要硬件的結(jié)構(gòu)、工作原理，及軟件程序設(shè)計(jì)中的核心子程序，最后通過硬件平臺(tái)的測試，驗(yàn)證了該檢測儀具有體積小、成本低、可攜帶、實(shí)時(shí)顯示等多種功能，從實(shí)時(shí)應(yīng)用角度出發(fā)，方便了人們對水質(zhì)狀況的實(shí)時(shí)在線檢測需求，具有廣泛的市場應(yīng)用前景。

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