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使用无线wifi模块厂家WiFi模块设计游泳馆水质监控系统

发布日期:2021-12-24  浏览次数:2155
使用无线wifi模块厂家WiFi模块设计游泳馆水质监控系统,水是人类生产和生活必不可少的要素之一,常用于各种场合,人们在日常生活中很少离开水。现在很多人都喜欢到游泳馆游泳,但很多游泳馆的水质真的很糟糕,随着天气越来越热,有越来越多的人希望能去游泳馆游泳,同时,泳池里游泳的人数一旦增加,水质就会被污染,进而影响游泳馆使用者的体验和身体健康。尤其近年来游泳馆水质问题尤为突出,有多家游泳馆因水质不达标而被查处。所以,游泳池中应时时更换水源,或随时监控水质,以确保水质安全。但即便是定期换水也无法保证游泳馆水质处于健康状态,而且人工检测费用高,检测频度低,无法及时发现水质污染。因此,亟需运用现代电子技术和物联网技术,开发一套实时、高效的游泳馆水质监控系统。以便监督人员通过因特网获得游泳馆水质相关参数,从而节省游泳馆费用,确保泳池水质安全,改善国内游泳馆水质标准。

综观国内游泳池水质监测设备,目前市场上主要以全自动、便携两种水质监测设备为主,但价格便宜,能用物联网连接手机移动端,实现实时监控的水质监测系统。为此,设计并实现了一个游泳馆水质监测系统,以STM单片机为硬件核心控制器,采用无线wifi模块厂家Wi-FiSoC和MQTT传输协议通过自行设计android手机APP作为接收客户端,实现水质远程监控。

以ST为硬件核心的游泳馆水质监测系统,通过传感器获取游泳的水质参数,采用无线wifi模块厂家Wi-FiSoC芯片和MQTT传输协议,实现了检测数据与远程服务器的实时同步;并且通过手机客户端通知使用者,以实现泳池水质实时监控。并按照国内新的游泳池水质标准CJ/T244-2016《游泳池水质标准》规定,报警阈值(以下简称为阈值),当安全指标超出阈值时,通过软件向使用者发出报警。泳池快速检测七项完整的水质监测项目包括:水温、pH值、混浊度、大肠杆菌、细菌总数、尿素、该系统作为一种简单、成本低廉的余氯监测预警系统,只对其水温、PH值、浊度三项指标进行实时监控,可以增加额外的参数检测。

其中包括四个部分:主控器、电源电路、信号接收模块和传感器。该系统采用的主处理器是STM单片机,本机是一款基于ARMCortex-M内核架构的32位微处理器,带有64KB闪存。20KBSRAM与37个I/O接口,可配置I/O接口作为数字信号的输入/输出端口。单片微处理器主频频率72MHz,工作温度在-40~85℃之间,需要提供2V-3.6V的电压,完全满足系统设计要求。ESP8266Wi-FiSoC是一款低功耗、高集成的WiFi芯片,工作温度范围从-40℃到125℃,性能稳定,价格稳定。该系统选用WiFi模块,可以通过串口实现无线AP(COM_AP)模式,串口无线STATION(COM_STA)模式和串口无线AP+STA(COM_AP&STA)模式,此外,还具有一键配网(smartConfig)功能。

游泳场所水质监测系统中,单片机和无线wifi模块厂家WiFi模块需要供电电压为3.3V,所需传感器的供电电压是4.0-5.0V,因此需要选择提供3.3V及5V电压的电压源。本系统采用TPS73XXQ系列低压差稳压器,满足系统要求,在I0=100mA时,其大极压差为35mV(TPS7350)。

无线wifi模块厂家WiFi模块具有COM-AP模式、COM-STATIOM模式和COM-STA+AP模式,每一种模式各有其功能和适用场合。无线AP(COM_AP)串口模式是以模块为热点,通过其它设备接入WiFi模块,通过串口实现信息交互。串口无线STA(COM_STA)模式是以模块为客户端,用来连接其它热点模块组成WiFi网络。其中,串口无线AP+STA(COM_AP&STA)模式是将模块作为热点供其它设备访问,同时也可与其它WiFi网络连接。初始化单片机通过串口通讯的方式,用AT指令完成初的模块配置和发送命令的操作。

MQTT是英文全称MessageQueuingTelemetryTransport的消息队列遥测传输的缩写。它是一个IBM公司编写的适合物联网通信的传输协议。MQTT协议工作在TCP/IP协议系列上,通过发布(Publish)/订阅(Subscribe)的模式工作,是一种消息协议,用于实现硬件性能较低、且网络状况不佳。

游泳池水PH值分别用PH传感器检测,用水浊度传感器检测游泳池水中的混浊程度,用温度传感器检测泳池内水温,判断是否符合国家标准。详细检测过程为:单片机根据传感器输出电压值,计算出检测的实际值。如果是由传感器输出的模拟信号,则A/D转换器将其转换成实际检测值输出;如果是数字信号,单片机会根据传感器手册给出的公式解析数据,同样返回实际检测值。采用电位法测量原理的PH传感器用于水质监测系统。由于溶液的PH值取决于溶液中H+的浓度,因此利用传感器的电极系统将原电池构造成原电池。如果气温不变,所测液体的H+浓度与所测溶液中H+的离子交换电极上的玻璃膜和所测溶液中的电极间的电位有关,因此,只要检测到它的电压,就可以测量出被测液体的H+浓度,也就是PH值。通过传感器测量到的氢离子的电压信号符合能斯特方程,能量方程计算的是电极反应中,参与反应物由反应前的状态转化为反应后的状态,所需耗功:E=E0+(RTlnα)/nF(1)而且E=E0+ED+E内参-E外接与ED(离子扩散电位)、E内参量、E外参数、E外接都是关于溶液温度的函数,所以E0也是关于温度的函数。因此,要控制E0为常数,要使温度保持恒定,此时E就是a的一元函数。S=RT/nF是一个常数,pH=lna,由此可得:E=E0-S×pH(2),S=RT/nF=54.20+0.1984×t为理论斜率项;α表示氧化类型及还原型化学物质的活性(活度=浓度×活度系数);气体常数R=8.314472J/R=8.314472J·mol-1·K-1;mol-1=96485C.mol-1;单元mol;温度T=273.15+t;E是检测期间传感器电极输出电压值。利用光学相关原理对水浊度传感器进行了综合计算,对水的混浊程度进行了计算,从而对水质进行了评价。感应器内部是一种输出功率不变的红外线对管,当红外线通过同一段距离时,接收端收到的光度取决于混浊液体的混浊程度,液相混浊,透过的光通量越小。感应器将光的强度在接收端转化成相应电流的大小,透过的光强越强,检测器半导体中产生的电流就越大,相反,透过光强越弱,检测器半导体内产生的电流就越小。该系统用来检测水浊度传感器,其测试温度从-20℃到90℃之间返回模拟信号,考虑到混浊度和模块输出电压的关系式:TU=-865.68xU+K(3)其中,TU是目前的浊度,U是指在当前温度条件下,模块输出端检测到的电压值,K是截距值。数字式温度传感器是利用低温系数晶振和高温系数晶振的振荡频率,通过不同的温度来反映环境温度的大小。该系统采用数字温度传感器,测量温度范围在-50℃到120℃之间,并且在0~80℃范围内测量精度在±0.5℃以内,满足系统要求。

MCU需要对传感器上载的电压信息进行识别,并实现与因特网服务器的信息交互。系统启动后,单片机首先进入系统初始化和参数配置阶段,通过串口发送AT指令,启动无线wifi模块厂家WiFi模块连接预设的路由器网络,确认服务器连接成功后,系统进入低耗待机状态。微处理器在服务器端接收数据查询请求后,打开感应器,检测池各项指标,并将检测结果输入数组送至远程服务器。启动时,如果WiFi模块没有响应,就会对WiFi模块进行重复配置。

远端手机客户端主要实现接收单片机上载信息和显示功能,打开手机APP,输入服务器的IP地址,服务器端口,帐号,密码等信息,完成与服务器的连接之后,移动电话APP将在主页显示单片机手机参数信息。同时,当客户机遇到连接中断、接收数据异常等问题时,将自动尝试重新连接,并将错误信息推给用户。以上述监测系统为基础,采用20cm×10cm×10cm的容器模拟水池为实验对象,设计了三组实验,验证了监测系统的可行性。

试验一:将PH标准液加入容器中,分别用标准PH测试仪测定PH标准液的PH值,并与移动端APP显示数据进行对比;
试验二:通过加热棒加热水温,将溶液温度用温度计测量,并与手机端APP显示数据进行对比;
试验三:采用视觉比浊法,不断将NTU标准混悬液添加到纯净水中,并将其与移动端APP显示的混浊度进行对比。

试验主要验证了监测系统中检测器检测准确度是否符合标准,以及系统在实际监测情况下数据的传输是否稳定。

在此基础上,设计并实现了一套基于无线wifi模块厂家WiFi和MQTT的水质监测系统。详细说明了系统通过WiFi无线串口模块和MQTT协议向移动端传输传感器数据,实现实时监控的过程。通过实验仿真对系统进行了验证。本系统除可监测游泳馆水质外,还可应用于污水处理厂、河流污染程度监测等场合。
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