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1. 系统方案介绍

随着水质污染问题的日益严峻，实时监测水质变得尤为重要。水质监测系统能够通过采集水体中的各种数据，及时发现水质问题，保障饮用水安全。本文将介绍一款基于STM32单片机的物联网水质监测系统，该系统采用了ESP8266-01S WiFi模块实现与云平台机智云的连接，能够实时监测水的浊度、温度、pH值和水位，同时具备远程调节水温和水位功能，并提供水质预警。

 2. 系统架构图

 

 系统主要构成部分：

- STM32主控板：负责读取各传感器数据，进行数据处理并通过ESP8266-01S模块与云平台通信。

- 温度传感器DS18B20：用于测量水体温度。

- 水质浊度传感器：实时监测水体的浑浊程度。

- pH传感器：用于测量水体的pH值，判断水的酸碱度。

- 水位传感器：监测水箱的水位高度。

- ESP8266-01S WiFi模块：用于将数据上传至机智云平台，远程控制温度和水位。

- 云平台机智云：用于展示水质数据和控制指令，并提供预警功能。

 3. 实现方法

 3.1 数据采集与传输

本系统采用STM32单片机作为主控制单元，通过I2C或SPI通信与各类传感器进行数据交互。温度传感器DS18B20通过1-Wire协议与STM32进行连接，水位、pH和浊度传感器使用模拟信号输出，通过STM32的ADC（模拟到数字转换）接口获取数据。ESP8266模块通过串口与STM32连接，将数据上传到机智云平台。

 3.2 云平台监控

机智云平台通过实时展示上传的数据，让用户能够随时查看水质状态，包括水温、浊度、pH值和水位情况。同时，系统提供远程控制功能，用户可以通过机智云APP调节水温和水位，确保水质环境的稳定。

 3.3 预警机制

系统设定了温度、pH值和浑浊度的安全阈值，当监测数据超出预设范围时，系统会触发预警，发送通知至用户手机APP，提醒用户进行处理。

 4. 功能描述

 

 4.1 水质监测

- 水温监测：通过DS18B20传感器实时监测水体的温度，并将数据上传至云平台。

- 浊度监测：浊度传感器用于测量水体的浑浊程度，以便判断水质。

- pH值监测：通过pH传感器检测水的酸碱度，实时传输给STM32进行数据处理。

- 水位监测：水位传感器监测水位的变化，确保水位处于设定范围。

 4.2 水质调节

- 温度调节：通过控制加热装置来调节水温，用户可以通过APP进行温度调节。

- 水位调节：通过控制水泵来调整水位，APP提供手动控制选项。

 4.3 预警与控制

当某个传感器监测到的水质数据超出安全范围时，系统会通过APP向用户发出警告，用户可以根据警告进行必要的调整。

 5. 硬件架构

系统的硬件部分包括：

1. STM32开发板：作为主控单元，负责传感器的数据采集与处理。

2. 温度传感器DS18B20：通过1-Wire协议与STM32连接，读取水温。

3. 水质浊度传感器：通过模拟输出，测量水的浑浊程度。

4. pH传感器：通过模拟信号输出，测量水的pH值。

5. 水位传感器：用于监测水箱内的水位，防止水溢出或过低。

6. ESP8266-01S WiFi模块：负责将传感器数据传输到机智云平台，进行远程监控与调节。

 6. 传感器介绍

 6.1 DS18B20温度传感器

DS18B20是一款常见的数字温度传感器，具有1-Wire接口，能够在多个传感器之间共享数据线，非常适合用于物联网项目中。其测量范围为-55°C至+125°C，精度为±0.5°C，非常适合水温监测。

 6.2 浊度传感器

浊度传感器用于测量水中固体颗粒的浓度，通过光的散射原理判断水的浑浊程度。其输出信号为模拟电压，可以通过STM32的ADC接口进行读取。

 6.3 pH传感器

pH传感器能够测量水的酸碱度，范围通常为0-14pH。其输出信号为模拟电压信号，通过STM32的ADC接口转换为pH值。

 6.4 水位传感器

水位传感器通过电容原理或者超声波原理测量水箱的水位高度，实时反映水箱中的水位状况。

 7. 软件架构

 7.1 嵌入式部分（STM32）

- 传感器数据采集：通过STM32的ADC和I2C接口获取传感器数据。

- 数据处理与控制：对获取的数据进行处理，判断是否需要触发预警或控制设备（如加热装置或水泵）。

- WiFi通信：使用ESP8266模块将数据通过WiFi上传至机智云。

 7.2 云平台部分（机智云）

- 数据存储与展示：云平台实时接收设备上传的数据，存储并展示给用户。

- 预警系统：设定阈值，当数据超出阈值时，平台会触发警报并发送通知至APP。

- 远程控制：用户可以通过APP调整水温和水位，云平台将指令传回设备进行相应操作。

 8. 关键代码展示

 8.1 STM32代码示例

#include "ds18b20.h"
#include "esp8266.h"
#include "adc.h"
#include "gpio.h"void main(void) {// 初始化各个模块DS18B20_Init();ESP8266_Init();ADC_Init();while(1) {// 读取水温float waterTemp = DS18B20_ReadTemp();// 读取浊度和pH值int turbidity = ADC_Read(TURBIDITY_SENSOR_PIN);int ph = ADC_Read(PH_SENSOR_PIN);// 获取水位数据int waterLevel = ADC_Read(WATER_LEVEL_SENSOR_PIN);// 上传数据至机智云ESP8266_SendData(waterTemp, turbidity, ph, waterLevel);// 控制水温和水位if (waterTemp < 20.0) {ESP8266_SendControlCommand("HEATER_ON");} else if (waterTemp > 30.0) {ESP8266_SendControlCommand("HEATER_OFF");}if (waterLevel < 50) {ESP8266_SendControlCommand("PUMP_ON");} else if (waterLevel > 90) {ESP8266_SendControlCommand("PUMP_OFF");}// 延时1秒HAL_Delay(1000);}
}

 8.2 机智云数据上传与控制

import requests
import jsondef upload_data(temp, turbidity, ph, water_level):url = "https://api.gizwits.com/app/devices/{device_id}/data"headers = {'Authorization': 'Bearer {access_token}'}data = {"water_temp": temp,"turbidity": turbidity,"ph": ph,"water_level": water_level}response = requests.post(url, headers=headers, data=json.dumps(data))if response.status_code == 200:print("Data uploaded successfully")def send_control_command(command):url = "https://api.gizwits.com/app/devices/{device_id}/commands"headers = {'Authorization': 'Bearer {access_token}'}data = {"command": command}response = requests.post(url, headers=headers, data=json.dumps(data))if response.status_code == 200:print(f"Command {command} sent successfully")

 9. 总结

本文介绍了一款基于STM32的物联网水质监测系统，系统通过ESP8266 WiFi模块将水质数据上传至云平台机智云，用户可以通过手机APP实时查看水质信息，并进行水温和水位的远程调节。该系统具备温度、浊度、pH值和水位的实时监测功能，并支持远程预警与控制，为水质管理提供了有效的技术手段。

10.资料获取

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