基于单片机的智能饮用水杯设计与制作.docx

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周昊++陈虹安++阮太元
Summary:本文基于STC12LE5612AD单片机设计了一种智能饮用水杯,上电后水杯能够自动检测杯中的水质,并通过水杯底部的指示灯提示使用者杯中水质情
况,同时通过蓝牙将本次检测的水质数据发送到手机APP中,从而减少人们饮用不合格水质的几率。本文详细介绍了系统的硬件结构和软件设计,经测试,水杯能够精确检测水质情况,误差较小。
Key:单片机;水质;检测;健康
::A:1007-9416(2017)03-0169-02
1引言
随着社会的快速发展,大部分人们饮用的直接水源来自于桶装水、直饮水、自来水。但是面对低劣的桶装水、不合格的直饮水、水质很差的自来水,这些都严重威胁人们的身体健康,因此饮放心水是人们追求的目标。当前常见的家庭检测水质的手段,主要是通过检测水源的TDS(Totaldissolvedsolids)值来实现的。TDS又称溶解性总固体是溶解在水里的无机盐和有机物的总称。
本作品以水杯的形式开发,既能够作为普通水杯使用,又能够及时检测每次饮用水的TDS值,及时提醒飲用的水质是否达标,保证使用者饮水放心。每次检测的水质数据也能够通过蓝牙发送到手机上,方便统计管理饮水记录。
2系统结构和硬件设计

见图1。
本系统主要由CPU处理器,电源模块,,脉冲模块、电极、手持终端等部分组成。

见图2,图3。
单片机及其外围电路主要包括了宏晶STC12LE5612AD芯片,脉冲信号芯片采用7555定时器,蓝牙模块采用BLE-004,电源模块采用MH-TP4056-Protect模块。,7555定时器适用于3V-18V的电压,所以最终决定使用MH-TP4056-。
3程序设计

(1)实现TDS数据采集功能;
(2)实现手机APP收集TDS数据功能。

首先初始化定时器和串口,再通过外部中断1将7555定时器所产生的频率进行计数,而定时器0作定时功能,每隔1秒就将外部中断1关闭,并输出当时的计数值(即是当前频率),然后通过Excel的数据拟合功能,计算频率、电导率与TDS的线性关系,计算得出线性方程,为了减少误差,所以用条件判断将每100Hz作为TDS检测的数据段。同时将3盏LED灯分别表示饮用水的标准。

见图4。
4测试方案与测试结果


(1)检测电路是否正常。断电情况下,用万用表测试电路,无异常情况。上电后,各模块无异常情况。
(2)检测7555定时器模块是否输出方波。使用示波器,将表笔分别夹在GND和7555的输出端(即单片机P3^3),并调节波形,使得稳定输出方波波形。若波形存在过多杂波,可加入适当的电容过滤杂波。
(3)检测蓝牙模块是否连接成功。打开手机APP,点击ScanBLEDevice(搜索蓝牙),搜索到SPP-78,再点击,若匹配成功,则模块中的蓝色LED灯会常亮。
经测试,我们的电源模块、7555定时器模块、单片机控制模块以及蓝牙模块均工作正常。

(1)单片机采集频率。将程序下载到单片机,打开串口调试助手,调节好相应的波特率并打开串口,观察接收缓冲区是否有数据返回。若串口的接收缓冲区不断显示000,则说明定时器记录到有频率存在,反之,串口没有接收到任何数据。
(2)蓝牙与手机通信程序测试。当蓝牙与手机APP连接成功,则TDS数据会自动发送到APP的接收缓冲区,即不断显示000,反之,APP没有接收到任何数据。

打开电源并连接上蓝牙,将饮用水倒入杯中且浸没探针,若数据从000跳变到其他数值(例如015,017,030等等),大概经过5,6s左右,数据稳定下
来,则说明测试正常;若出现乱码,首先检查电路是否工作正常,其次检查软件波特率的设置和晶振的选型,最后重新上电并下载程序,观察数据是否正常发送到手机APP的接收区。

见表1。
以上是该TDS检测模块的实验测试结果,测试时,向水杯加入适量被测溶液,当探头与相关溶液接触,根据软件算法,得出所求的TDS值,发送到手机App来读取数据。测量时,可用交流电源或内含的充电电池。由此得出以下结论:
(1)所得的TDS值准确度高,而且较稳定。
(2)通过蓝牙模块,单片机同步发送数据回手机APP。
(3)工作电压稳定,系统中使用交流电以减少极化现象对测量的影响。
5结语
本作品不仅可以作为常用的水杯使用,而且能够检测饮用水中的TDS值,直接将水质的好坏通过水杯上的红/绿/黄LED灯反映出来。红灯表示水质很差、黄灯表示水质一般、绿灯表示水质良好,这样使用者可以在饮用水之前掌握到水质的好坏,充分做到饮干净水、用健康水。区别于传统的水质检测需要复杂的仪器设备,本作品使用的场合是家庭、办公室等地,面对当前劣质桶装水充斥市场的情况,我们需要把握饮用的水的质量情况,才能真正做到让自己安心,让家人放心。
Reference
[1]:电子工业出版社,.
[2]:电子工业出版社,.
 
-全文完-