2 系統(tǒng)軟件程序設計

本文設計主程序部分采用順序結(jié)構(gòu)，程序啟動后進行初始化，然后通過串口迅速進行溫度采集，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，隨后進行AD采樣變換為模擬輸入量，并進行標度變換對數(shù)據(jù)做進一步處理。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信號發(fā)送至手機App。主程序流程如圖4所示。

2.1 延時子程序設計

由于TDS和pH采樣需要溫度補償，之后還要進行ADC采樣及標度變換，所以在系統(tǒng)采集到溫度之后需要一定的延時來等待TDS和pH的顯示，因此設計了延時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語句的時間大概是0.8μs，本設計首先設了0.8μs的倍數(shù)4μs，再用函數(shù)將其增加至1ms，最終延時1s。在系統(tǒng)供電之后直接讀取溫度，延時1s后讀取ADC采樣數(shù)據(jù)。

2.2 OLED顯示程序設計

本文設計使用的是OLED顯示器，與單片機的接口采用了I2C連接方式，在設計程序時需要根據(jù)連接方式進行。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)標志表示為0，命令的標志表示為1。而后開始讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)讀取之后還要設置以下顯示參數(shù)：頁地址、顯示位置列低和列高地址、起點坐標、顯示模式等。顯示完成后關(guān)閉OLED進入清屏函數(shù)，清屏完成后屏幕是黑色的，和未通電點亮時一樣。

2.3 無線通信設計

為了實現(xiàn)最終的智能化水質(zhì)檢測，使人們在手機上能對日常用水的水質(zhì)實時了解，采用無線通信的方式完成手機App在線監(jiān)測。本設計采用專用的ESP8266模塊實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)與云端進行數(shù)據(jù)傳輸，由機智云平臺可以提供手機端App的設計。

首先要在網(wǎng)頁端注冊一個機智云的開發(fā)者賬號，注冊完成后選擇個人項目創(chuàng)建一個新產(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/移動網(wǎng)絡方案，保存之后就會產(chǎn)生項目的基本信息；其次，創(chuàng)建數(shù)據(jù)節(jié)點，考慮到主要檢測水質(zhì)的3個參數(shù)，本設計創(chuàng)建了3個數(shù)據(jù)點，設置3個節(jié)點名稱分別是溫度、pH和TDS；再次，在手機上安裝機智云通用App，安裝完成后登陸個人賬號，在機智云官網(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，并對機智云固件進行裝載，裝載完成后，WiFi成為基于機智云手冊的無線透傳模塊；最后，設備與App通信時，需要先連接到機智云服務器，等待服務器傳輸回來的數(shù)據(jù)，當產(chǎn)品配置完成后，發(fā)送生成的PK代碼和密鑰，服務器對產(chǎn)品進行檢測后，系統(tǒng)可以傳輸溫度、pH、TDS等信息來實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳，上傳完成后接入網(wǎng)絡的手機App即可讀取數(shù)據(jù)。

3 硬件調(diào)試結(jié)果

為了驗證上述設計的正確性和可行性，搭建硬件調(diào)試平臺。為了防止硬件損害和測試的方便性，系統(tǒng)上電調(diào)試時將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)，是達標的；當改變水質(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)果準確；最后，為了實現(xiàn)可手持監(jiān)測，通過WiFi模塊聯(lián)網(wǎng)與手機端App同步顯示，即在手機接入系統(tǒng)WiFi之后打開手機App，通信結(jié)果如圖6所示。經(jīng)過實際的操作驗證，本設計實現(xiàn)了硬件系統(tǒng)與手機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，且迎合當前用戶潮流需求，將測試結(jié)果由手機APP進行實時查看，實現(xiàn)了線下線上同時監(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)檢測儀的設計。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，及軟件程序設計中的核心子程序，最后通過硬件平臺的測試，驗證了該檢測儀具有體積小、成本低、可攜帶、實時顯示等多種功能，從實時應用角度出發(fā)，方便了人們對水質(zhì)狀況的實時在線檢測需求，具有廣泛的市場應用前景。

聲明：本文所用圖片、文字來源《國外電子測量技術(shù)》，版權(quán)歸原作者所有。如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請與本網(wǎng)聯(lián)系刪除

相關(guān)鏈接：pH，水質(zhì)，采樣