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基于STM32单片机的水位浑浊度检测设计

news 2025/9/6 12:37:35

1 基于STM32单片机的水位浑浊度检测设计

本文将详细介绍基于STM32单片机的水位浑浊度检测设计，从系统功能、电路设计、程序设计等方面展开。设计的核心目标是利用STM32单片机对水位和浑浊度进行实时监测，并通过OLED显示屏进行数据显示，同时在数值超过设定阈值时利用蜂鸣器报警。本系统的整体设计具备实时性强、扩展性好和应用价值高的特点，能够为环境监测、水资源管理、饮用水安全保障提供技术参考。

2 系统功能介绍

本系统主要实现以下三方面功能：

实时监测与显示：
通过水位传感器和浑浊度传感器采集环境数据，STM32单片机对采集信号进行处理，并将水位与浑浊度值实时显示在OLED液晶显示屏上。这样，用户可以直观地查看水质参数。
阈值判断与报警：
系统为水位和浑浊度分别设定阈值，当采集数据超过阈值时，STM32立即驱动蜂鸣器发出报警提示，提醒用户采取相应措施。
模块化设计与可扩展性：
系统电路采用模块化设计思路，主要包括单片机控制模块、传感器检测模块、OLED显示模块、蜂鸣器报警模块及电源模块。该设计便于后续扩展，如加入温度检测、pH值检测等功能。

3 系统电路设计

3.1 STM32单片机最小系统电路

STM32作为本系统的核心控制器，承担着数据采集、处理、显示与报警控制等任务。单片机最小系统主要包括电源电路、复位电路和晶振电路。

电源电路：为STM32提供稳定的3.3V电压。通常通过稳压芯片（如AMS1117-3.3）将输入电源转换为3.3V供电。
复位电路：由按键和电阻电容构成，保证系统上电或出现异常时能够恢复正常运行。
晶振电路：外部晶振（一般8MHz或12MHz）与匹配电容为单片机提供时钟源，保证系统运行稳定。

STM32单片机的GPIO口与传感器、OLED显示屏和蜂鸣器相连，形成核心控制单元。

3.2 水位检测电路

水位传感器主要用于实时检测水位高度。常用电阻式或浮子式传感器，通过电阻变化或开关信号的形式反映水位变化。
在本设计中，传感器的输出信号通过电压分压或电平转换电路接入STM32的ADC引脚，单片机将模拟信号转换为数字信号，以实现对水位的准确测量。

3.3 浑浊度检测电路

浑浊度传感器通常基于光学原理设计，通过光源与光敏二极管测量水中悬浮颗粒对光的散射与吸收程度，进而反映水体浑浊程度。
该模块的输出为模拟电压信号，与水的浑浊度呈一定函数关系。输出电压输入到STM32的ADC通道，经过单片机采样与计算，得到实际浑浊度数值。

3.4 OLED显示电路

OLED显示屏采用I2C接口，具有低功耗、对比度高、显示清晰等优点。
STM32通过I2C总线与OLED模块通信，将水位与浑浊度的实时数据更新到显示屏，显示内容一般包括：

当前水位值
当前浑浊度值
阈值比较结果（正常/报警提示）

3.5 蜂鸣器报警电路

蜂鸣器作为系统报警输出模块，通过STM32的GPIO控制。当水位或浑浊度超过设定阈值时，单片机输出高电平驱动蜂鸣器发声。
一般采用有源蜂鸣器，控制简单，只需高低电平信号即可发声。

3.6 电源电路

电源电路为系统提供稳定电压，通常通过USB 5V或外接电源输入，经稳压芯片输出3.3V。考虑到传感器和OLED可能存在不同电压需求，电源电路需兼顾多路稳压，保证系统可靠性。

4 程序设计

4.1 主程序设计

主程序负责系统的初始化、数据采集、数据处理、数据显示和报警控制。
整体流程为：

初始化STM32外设（ADC、I2C、GPIO、OLED等）。
定时采集水位与浑浊度数据。
将数据与阈值进行比较。
将结果显示在OLED上。
若超出阈值，驱动蜂鸣器报警。

主程序的核心框架如下：

#include "stm32f10x.h"
#include "oled.h"
#include "adc.h"
#include "buzzer.h"#define WATER_LEVEL_THRESHOLD  2000
#define TURBIDITY_THRESHOLD    1500int main(void)
{uint16_t water_level, turbidity;SystemInit();OLED_Init();ADC_Init_Config();Buzzer_Init();while(1){// 采集数据water_level = ADC_GetValue(ADC_Channel_1);turbidity   = ADC_GetValue(ADC_Channel_2);// 显示数据OLED_ShowString(0,0,"Water Level:");OLED_ShowNum(80,0,water_level,4);OLED_ShowString(0,2,"Turbidity:");OLED_ShowNum(80,2,turbidity,4);// 判断阈值if(water_level > WATER_LEVEL_THRESHOLD || turbidity > TURBIDITY_THRESHOLD){OLED_ShowString(0,4,"Status: ALERT!");Buzzer_On();}else{OLED_ShowString(0,4,"Status: NORMAL");Buzzer_Off();}Delay_ms(500);}
}

4.2 ADC采集程序设计

水位和浑浊度传感器均输出模拟电压信号，需要STM32的ADC模块进行采样。ADC初始化程序如下：

void ADC_Init_Config(void)
{ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);ADC_ResetCalibration(ADC1);while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));ADC_StartCalibration(ADC1);while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
}

ADC采样函数如下：

uint16_t ADC_GetValue(uint8_t channel)
{ADC_RegularChannelConfig(ADC1, channel, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));return ADC_GetConversionValue(ADC1);
}

4.3 OLED显示程序设计

OLED显示模块通过I2C与STM32通信，程序主要包括初始化函数和数据显示函数。示例代码如下：

void OLED_ShowString(uint8_t x, uint8_t y, char *str)
{while(*str){OLED_ShowChar(x,y,*str);x += 8;str++;}
}

4.4 蜂鸣器报警程序设计

蜂鸣器通过GPIO控制，程序实现如下：

void Buzzer_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}void Buzzer_On(void)
{GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);
}void Buzzer_Off(void)
{GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0);
}

5 总结

基于STM32单片机的水位浑浊度检测系统，结合了传感器、显示与报警等多种模块，形成了一个完整的实时监测与安全预警平台。系统能够准确采集水位与浑浊度数据，并及时通过OLED显示与蜂鸣器报警进行反馈，具有较高的实用性和可扩展性。通过本设计，可以为水质检测、环境保护及饮用水安全管理提供可靠的硬件与软件参考。