编者按：介绍了一种依据单片机的集教育、实训、科研为一体的水情监测体系。该体系可完结快速、安稳的液位及pH值检测，具有结构简略、操作便利、功用安稳等优势。该检测体系选用超声波传感器完结液位丈量，经过电极之间的电位差，丈量氢离子浓度，取得待测液体的pH值，选用LCD12864液晶显现模块完结数据显现，并可经过蓝牙模块实时发送液位及pH数据至手机显现屏完结移动数据监测。经过测验标明，本克己水情监测体系水位差错精度可操控在0.08 mm左右、pH差错精度可操控在0.004左右，检测体系全体运行状况安稳准确，各项技术指标可
0 前语
水情监测体系是一种实时收集监测区域内水位、pH酸碱度等信息的数据收集及显现预警体系，以便于相关部分依据监测信息及时做出预防措施，然后削减水害丢失、进步水资源使用率[1]。本文将介绍一款服务于单片机教育和实训使用的克己水情监测体系。
1 水情监测体系规划计划
1.1 规划要求
水情监测体系的组成部分首要包含水情检测单元、水情显现单元和供电单元三部分，如图1所示。
图1中a为容器，b为pH传感器，c为液位传感器，水情监测体系的规划要求如下：
1)要求克己水情监测体系;
2)屡次向容器中注入若干毫升的纯净水，要求每次在1分钟内完结水位的丈量并安稳显现，丈量差错不大于2 mm。
3)坚持水位不变，屡次向塑料容器注入若干白醋，丈量每次的 PH 值。要求在2分钟内安稳显现，丈量差错不大于0.1。
4)经过液晶屏和手机APP显现两种办法进行数据显现，要求分四行显现“水情检测体系”和水情丈量成果。榜首行显现“水情检测体系”;第二行显现水位丈量高度值及单位“mm”;第三行显现PH丈量值，保存1位小数;第四行显现电池输出电压值及单位“V”，保存2位小数。
1.2 体系整体计划规划
本规划将完结pH(酸碱度)值、液位高度值、温度值的数据收集、数据处理和数据显现等功用[2]，体系整体规划计划如图2所示。
1.3 器材选型
1.3.1 单片机选型
本规划中将选取STC12C5A60S2单片机作为主操控中心。STC12C5A60S2单片机是宏晶科技出产高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码彻底兼容传统8051，但速度快8~12倍，可为很多嵌入式操控使用体系供给有用的解决计划。STC12C5A60S2内置8路高速10位A/D转化(250 K/S)，转化速度高，功耗低，可为水情监测液位及pH值等模拟量的数据收集和处理供给方便，削减电路的杂乱程度，进步体系的可靠性。
1.3.2 液位传感器选型
液位的检测，本规划中将选用被广泛使用的超声波液位传感器。超声波传感器使用声波介质对被检测物进行非触摸式无磨损的检测，具有丈量精准、功用安稳、保护简练、环境适应性强等长处，是液体高度丈量的抱负手法。超声波传感器作业原理如图3所示。
超声波发生器T在某一时刻宣布高频脉冲声波(40 kHz)，当遇到液位外表将被反射折回，经过时刻t被超声波接收器R接收到转化成电信号[3]。已知，不同温度下超声波环境声速V会改变V= 331.5 + 0.6×温度，则传感器探头到液位外表的间隔S与声波的传达时刻t成正比，S=V×t/2。若传感器到池底的总高度H是必定的，则液面高度h=H-S。
因而，使用以上联系式，经过单片机编程的办法终究可核算出超声波传感器到液面的间隔S和液面深度h。
1.3.3 PH传感器选型
pH 值也称氢离子浓度指数、酸碱值，是溶液中氢离子活度的一种标度，是环保、医学、农业、工业、实验室等场所水溶液重要的理化参数之一。最常用的pH传感器是pH复合电极传感器，它是将pH指示电极(指示待测溶液中离子活度改变的电极)与参比电极(在丈量电极电位时用来供给电位规范的电极)组合在一起的电极[4]。依据指示电极外壳资料可分为塑壳和玻璃电极两种。本文将选用上海雷磁231-01型pH玻璃电极进行pH值得测定，如图4所示。
pH玻璃电极其外部是由特别玻璃膜制成的玻璃电极，其内部为参阅电极，二者组成复合电极。从pH复合电极的玻璃电极和参阅电极两头输出的信号为电压。在必定的温度下，经过丈量电极之间的电位差，来反映溶液中的氢离子浓度，然后测得被测液体的pH值。
电极输出电动势与被测溶液pH值的联系，可用能斯特方程表明为[5]
(1)
E0：电极的规范点位;
R：气体的常数R=8.314焦耳/摩;
T：绝对温度T=273.15+t;
F：法拉第常数F=96500库/摩。
代入常数，公式(1)将简化为公式(2):
(2)
由上式可知：复合电极两电极之间的电位差与pH值呈线性联系，经过单片机编程完结pH值的测定。
1.3.4 显现器选型
本规划选用LCD12864和手机显现两种计划进行水情监测与显现。
1.3.4.1 LCD12864液晶显现
LCD12864是一种低电压低功耗、带中文字库的点阵图形液晶显现模块，其显现分辨率为128×64，能够显现8×4 行16×16 点阵的汉字，可完结图形显现。该模块具有灵敏的接口方法和简略、便利的操作指令，由该模块构成的液晶显现计划与同类型的图形点阵液晶显现模块比较，不管硬件电路结构或显现程序都要简练得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。本规划将选用LCD12864进行水情显现。
1.3.4.2 手机显现
移动终端已经成为21世纪信息日子中人们必不可少的重要组成，尤其是手机的使用。关于本规划中的水情显现除了可用液晶屏显现外，也可经过手机屏幕进行移动显现。经过单片机的串口衔接蓝牙模块发送液位及pH数据，然后在手机端经过手机蓝牙收取数据，并将数据显现出来，完结水情的实时与移动监测。单片机与手机终端的无线通讯还可为后期的功用拓宽供给根底，用户经过上位机编程可完结切换手机显现界面进行功用切换。
2 水情监测体系软件程序规划
水情监测体系软件程序规划首要包含：体系初始化、按键处理、数据的收集与处理、输出显现等几个部分，主程序流程图如图5所示[2]。
当体系上电后首要完结各个组件的初始化;判别是否有按键按下，如果有按键按下，则进行相应的按键处理，例如pH校准、复位等指令;STC12C5A60S2单片机进行液位、pH值和温度的模拟量数据收集;单片机内部进行数据滤波与核算得出PH值与液位; LCD12864液晶上分四行行显现文字“水情监测体系”、液位高度值、PH丈量值和电池输出电压值。与此同时，单片机经过蓝牙串口通讯，将相同的水情信息在手机终端上进行实时显现。
3 规划什物及测验成果
3.1 规划什物
水情监测体系规划什物如图6所示。
3.2 测验成果
3.2.1 液位测验成果
液位测验成果如表1所示。
3.2.2 pH测验成果
pH测验成果如表2所示。
4 定论
经过一系列验证测验，本克己单片机水情监测体系可完结pH校准，液位和pH的实时检测与显现。经测验水位差错精度可操控在0.08左右，pH差错精度可操控在0.004左右，具有丈量精度高、呼应速度快、操作简略便利等长处，可作为一个典型教育样板服务于广阔单片机喜好者和学生集体的教育和实训等环节。
