基于stm32的简易水情检测系统设计

基于stm32的简易水情检测系统设计

目录

第1章绪论 (4)

1．1课题研究的目的及意义 (4)

1．2课题研究的国内外发展现状 (4)

1．3本课题的主要内容 (5)

1．4论文结构安排 (6)

第2章PH传感器检测模块 (7)

2．1 PH检测传感器的组成 (7)

2.1.1 PH复合电极 (7)

2.2.2 PH传感器 (7)

2．2 PH传感器的工作原理图 (8)

2．3 PH工作原理 (8)

第3章系统整体设计 (11)

3．1系统方案论证 (11)

3.1.1微处理器的论证与选择 (11)

3.1.2液晶显示模块的论证与选择 (11)

3.1.3超声波检测模块的论证与选择 (12)

3.1.4温度检测模块的选择 (12)

3.1.5串口通信的论证与选择 (12)

3．2系统电路设计的指标 (13)

3.2.1系统框架 (13)

3.2.2超声波测距子系统框图 (13)

3.2.3 PH检测子系统框图 (13)

3.2.4温度检测子系统框图 (13)

第4章系统硬件电路的构成 (14)

4．1 STM32F407VET6最小系统 (14)

4．2水位传感器 (14)

4．3温度传感器 (16)

4．4 RS-232串口通信模块 (17)

4．5液晶显示模块 (17)

第5章系统软件的设计 (18)

5．1程序编程软件 (18)

5．2程序编程软件 (18)

5．2 .1程序功能描述 (18)

5．2 .2程序的软件设计思路 (19)

5．3 ADC程序编程软件 (19)

5．4温度采集模块编程 (19)

5．5水位采集模块编程 (20)

5．6 PH值采集模块编程 (20)

5．7显示模块编程 (21)

5．8串口通信模块编程 (22)

第6章系统调试与数据测量 (23)

6．1测试条件与仪器 (23)

6.1.1测试条件 (23)

6.1.2测试仪器 (23)

6．2测试数据及结果分析 (23)

6.2.1测试数据 (23)

6.2.2测试分析与结论 (24)

结语 (25)

第1章绪论

1．1课题研究的目的及意义

自我国改革开放以来，水情检测系统设计获得越来越多其他行业的关注和重视。无论是国内还是国外都有研究显著说明，此设计中测量待测液体中的PH 值测量、水位测量、水温测量已经逐渐往“高科技”方向发展。简易水情检测系统设计现如今主要可以应用于规模大的水厂、长江漓江等流域的水文资源局、农村和城市的水库、中华人民共和国水利部，比如水文遥测系统、水雨情自动监测系统、水位报警器等。主要进行雨量水情、防汛和饮用水PH监控等信息的预警等，也普遍应用于污水处理厂对农药废水、酿造行业废水、化学肥料废水等进行水情检测，使其能够安全的排入江河湖海让水系动物像鱼类不受到污染。

21世纪的现在，中华人民共和国到处都在经历严重的洪涝灾害，对于网络爆炸的时代，兴起了“城市看海”的网络热词。无论是山体滑坡还是城市内涝，中国许多城市的居民的出行和日常生活都受到严重的影响。如果想让“看海”这样的情况消失的话，本次设计就得用一些现在国际上先进的高科技技术来预防并使它得到控制，这也是与水情管理部门存在着密不可分的关系。在能购买到水情检测系统的平台，它们的标价大多数价格昂贵，一般不能集水位，水温，水的PH值测量等功能融为一体，这一现状使很多公司想扭转水利建设明显滞后的局面。如果想要对水情情况进行实时的数据采集、存储和传输，那么简易水情检测系统设计就要运用21世纪比较高科技的技术，使其能够解决小溪、河流和水库的洪水预测与防洪调度，然后使得人们能够提前预防洪水以及发生洪水后有一定的应对能力。

预计到2025年，基本可以建成防洪减灾的简易水情检测系统，使其在农民的田地灌溉以及预防洪灾也可以发挥很大的作用。所以就必须加强对水情检测系统的技术钻研力度和创新发明。总而言之, 大力发展水情检测系统技术, 设计一个高级先进的简易水情检测系统, 对提高水利部门在防汛、防洪方面的工作质量和效率具有十分重要的意义。

1．2课题研究的国内外发展现状

据我阅读许多国外资料了解到，美利坚共和国在简易水情检测设计方面比较

重视。世界上最早开始着手研究这个设计的国家是美国和日本。在水情情况检测的历史发展历程中，首次在市面上出现的产品是来自美国的SM公司与其国家的天然气局一起合作生产的一款名为“水情自动测报”的检测设备。随着技术的逐渐往高处走，此系统也是一样，这个系统由低性能到高性能，而且功能更加稳定。1970年之后，红外线遥控设备、远程监控技术在全世界得到广泛的应用。1980年之后，世界上有许多家公司都研发了一些很厉害的产品，使得水情检测系统可以在水文监测、水情测报、河道观测、农田小气象观测、环保监测、大坝安全监测、山洪地质灾害预警、城市饮水安全监测、水产养殖等领域应用，也可以给予给排水工程师在水利工程中提高帮助。

在我国，刚开始是为了水库工作的方便所以让工程师研究一个可以应用于水库的水情检测简易水情检测系统。但是由于当时的旧中国各方面都比较落后，资金方面又跟不上，导致测量的误差较大，不能应用。到了1980年，我国渐渐开始崛起,并用较快的速度改进了国家的技术基础,自主开发设计了属于自己的水情自动监测系统。新中国于1986年将此设计投入运行，使得水情检测技术在20世纪的最后十年发展迅速，这一段时间被称作是最快的时期。此外，铁路、互联网、工业网络也开始陆续建成，中国逐渐进步。简易水情检测系统设计从开始到成型经历了十几年的发展过程，特别是近几年，我国的水情自动监测系统有了不小的发展。系统的功能由最初的能够测量出水位高度、水酸碱度、水温测量，发展到现如今能够满足测量很多种水利工程中的数据。此系统将持续创新，简易水情检测系统设计可以实时监控一些人不能靠近的犄角旮旯或者没有人监控的场景。不断的去改进和创造先进的产品支持水利有关工作，为我国的天气预报、防洪减灾事业做出它应有的贡献。

1．3本课题的主要内容

由系统功能可得，本系统是一个可应用于实际生活的简易水情检测系统，主要包括以下几个设计内容:

（1）水情数据采集：STM32主控芯片可以连接到外围硬件电路中的多个传感器,准确且实时地进行采集所在地方水情（水温、水位、PH）数据；

（2）数据显示：将进行采集所在地方水情（水温、水位、PH）数据显示在屏幕上，在屏幕上分两行显示“水情检测系统”等字并显示实时时间；

（3）数据传输：对采集的数据进行远程传输即对检测到的几个数据以及实

时时间通过串口通信发送到PC机上显示，就可以达到监测水情和预防未知性灾害的效果。

1．4论文结构安排

本论文共分为六章，章节结构安排如下：

第一章介绍了简易水情检测系统研究的目的及意义、国内外研究现状等，最后给出了本设计的主要内容及任务要求。

第二章对水情检测中最重要的PH传感器作出了详细的分析,给出了其在工作时的工作原理。

第三章是对系统方案的确定,对每个方案进行了详细分析并介绍了系统电路设计的具体指标。

第四章主要介绍了本设计硬件各模块的组成以及电路原理。

第五章主要介绍了系统各模块的软件设计方案以及软件编写设计思想。并对一些主要程序进行细致的分析，比如PH检测、水温检测等。

第六章介绍了本设计的系统测试工作并记录了测试的数据，对采集的参数进行误差分析，最后对全文进行总结。

第2章PH传感器检测模块

本次设计中采用市面上常见的PH值检测采集传感模块，接口为BNC标准接口，适合接可充式PH复合电极，检测精确度高，使用也很方便。

2．1 PH检测传感器的组成

在生活中要判断一个液体是酸还是碱的时候，一个最通常的方法就是利用石蕊试纸进行测试酸碱值。将液体滴一滴在试纸上，试纸的颜色会随着液体PH值的不同而改变颜色，从而辨别出是酸或是碱。但是，如果待测液体的PH值接近中性的话，数值会有极大误差，所以这就是为什么这次设计要用PH传感器检测模块的原因。PH传感器检测模块包括了PH复合电极和PH传感器电路。

2.1.1 PH复合电极

本系统中待测溶液中的PH值在工业以及生活中都是用PH复合电极来实现的。图2.1为PH复合电极。所谓PH复合电极就是将两个电极封装在一起形成一个可填充塑料外壳的复合电极。它的实际测试电极是底端的玻璃泡，对比电极是银-氯化银电极。本次设计运用了上海知名品牌雷磁的E-201-C型号PH复合电极，从传统意义上来说：它有塑料栅保护，可以防止测量时外电场干扰，测量时可搅拌待测液体。

图2.1 PH复合电极

2.2.2 PH传感器

PH传感器模块是数据采集中较稳定的检测传感器模块。它可以进行二次开发，具有经济实惠、小巧玲珑、测量值准确、电路稳定等特点。此PH传感模块可与N种微处理器AD转换的I/O口进行连接，输出方式是模拟电压信号输出。该模块是由电位器、电阻、电容、电源指示灯、温度补偿模块和BNC接口。在简单水情检测系统的测量过程中，将PH复合电极连接到板上的BNC接口上。图2.2为PH传感电路。

图2.2 PH传感器电路

2．2 PH传感器的工作原理图

图2.3是PH传感器模块原理图。

图2.3 PH传感器模块原理图

PH传感模块在工作时会外接PH复合电极，原理图中通过BNC接口输出的是电压单位是mV，该模块利用放大器来实现信号放大的功能，将mV转换成V。PH 模块由多个电阻、电容与放大器TLC4502一起工作达到对信号的变大,还搭载了采用SOIC-8封装方式的LM285D-2.5基准电压源，给电路提供高精度的2.5V电压。

2．3 PH工作原理

在本设计中，为了得到精确度高的PH值，就要使用电位分析法来进行PH 值测量。会把收到的酸碱信号转换为电压信号，然后再把数据发送到控制电路，这种方法就叫做电位分析法。准确率高的PH检测模块主要应用于需要检测溶液酸碱度的各个工业溶液。

主要工作原理：

（1）PH传感器连接PH复合电极之后，整个模块上电后开始工作。通过PH 复合电极利用溶液中对酸碱度的敏感，PH传感器利用溶液中的H+离子活度来检

E

：代表标准电极电动势；

R ：气体常数）mol *K （8.31441J/； T ：温度； n ：电极反应中电子转移数；

F:法拉第常数。

验溶液酸碱度。

PH 值与氢离子活性aH+的关系如下：

+-=H PH a log 10 （1） 此外，氢离子活性与氢离子浓度的关系如下：

)(a +++=H H H γ （2） （2）PH 复合电极主要拿来测试部件是玻璃电极和参比电极，通过这两电极的内部电极与内部液体之间产生的电位。如在特殊情况下，温度会对电动势产生特别大的影响。此时需将温度保持一致，玻璃电极的电动势只由待测液体的酸碱度决定。由上可得被测溶液的PH 值与模拟电压输出的关系是线性的，线形图为图2.4。

根据Nernst 方程可以得出，电动势、温度与PH 值三者之间的关系为： KPH E a nF RT E E H -=+=+00)(log )/303.2( （3） 其中：

图2.4 PH 值与输出电动势关系

其中：γ

H+： 氢离子活性系数（acTIvity coefficient ） H+： 氢离子浓度

（3）因此通过对电位的变化测量，从而将这两个电极电位测量出来就可以得出PH溶液的PH值。PH传感器将PH复合电极中检测到的电压信号进行一个放大，使输出的电压信号单位与要显示的一致。

（4）当系统要得到精确度高的PH值时，温补过程为PH传感器来说是一个极其重要的步骤，否则其中温度参数的精度会直接影响PH传感器的测量精度。由于 PH 电极产生的电势随温度的变化而变化，特别是在PH=0和PH=14时动荡最大，因此为了对不同温度下被测液体的PH值进行校正，待测液体PH稳定可以通过MATLAB软件对PH值拟合数据校正。

第3章系统整体设计

3．1系统方案论证

本系统主要由七个部分组成：微处理芯片STM32F407VET6、超声波检测模块、ILI9341TFT显示模块、PH传感器检测模块、232

-

MAX芯片串口通信模块、DS18B20温度传感器模块和电源模块。下面分别论证这几个模块的选择。

3.1.1微处理器的论证与选择

方案一:采用名为STM32F103ZET6的32位单片机为控制核心。它采用了由ST公司开发的最厉害的Cortex内核，在AD绘图软件中采用的是LQFP-144封装是因为它有144个引脚。它与大部分的STM32单片机一样拥有着32位的ARM微控制器。在工作时它的速度能达到72MHz，这也就是为什么主芯片可以配合12 位高精度A/D模块控制输出PH、水位、水温的值并在LCD上显示任务要求显示的东西。芯片内存类型为FLASH，容量为256KB，标准的ARM架构拥有512K 片内FLASH，可实现串口下载程序。

方案二:采用由ST公司开发的32位ARM微控制器STM32F407VET6单片机，内嵌Flash容量且继续采用主流的Cortex内核。核心芯片具有100个引脚，可以配合12 位高精度A/D模块去测量来自两个系统的内部模块、16 个系统外部模块和 VBAT 通道的信号，从而精确控制输出PH、水位、水温的值并在LCD上显示任务要求显示的东西。系统可寻址的存储空间分为8块，每块512MB，能够进行半双工/全双工的同步串行通信，使本设计所要测量的值发送到PC机。

综合以上两种方案，方案二存储功能强大，技术先进且成本较低，选择方案二。

3.1.2液晶显示模块的论证与选择

方案一:采用1602

LCD液晶屏显示。由于显示系统的局限性，此显示模块的屏幕有点小，所以它不能够显示汉字。但是，要求26个英文字母和阿拉伯数字等在1602上显示出来的话，它可以做到。1602它一般带有16条引脚，所以在汇编过程中编写一些语句就可以实现显示，光标置左置右操作、光标一闪一闪、清除屏幕等。据模块手册得知，1602的最佳工作电压是5V，但是用1602来显示图形和曲线的话会不兼容。要求显示的字显示屏会对其有大小的限制，用的时间长

了容易造成屏幕的磨损。

方案二:采用带电阻触摸屏ILI9341液晶屏显示，大屏幕3.2寸，精确度高，由板载上的一个叫做XPT2046的芯片来进行驱动。它是一个感应式液晶显示器结构组成，主要接收来自触控笔的信号。其显示分辨率很高，能够显示的字符多。这个模块反应灵敏度很高，编程语句直观易懂、拥有简单方便的操作指令使得软件系统快速的编译、下载、执行。该TFT液晶显示屏最高分辨率可以达到4096x4096，可以显示直线以及曲线而且模块的价格也可以说是价廉物美了。

通过比较，方案二电路结构明显比方案一占有更大优势，而且带电阻触摸屏ILI9341液晶屏使用寿命相对较长，所以选择方案二。

3.1.3超声波检测模块的论证与选择

方案一: US-100超声波测距模块，与其他模块差不多，自带温补，可以测量的距离是2cm-450cm。可以支持GPIO、串口模式等多种通信方式，当在UART 模式下调试串口时的波特率为9600。此测距模块能够探测的精度大概是0.3cm、接VCC时供电范围为2.4-5.5V、静态电流低于2mA、内带看门狗，工作稳定。

方案二：HC-SR04 超声波测距模块，与其他模块差不多，它可以支持GPIO、串口模式等多种通信方式。它功能超强且尺寸小、功耗也低，最重要的是它造价低廉。这个模块工作时是由超声波的发射器发射信号、接收器接收信号与控制电路判断是否有回波信号，当模块较多时，也不会受到其他电路的干扰。本设计中把探头安装在塑料容器上方，使此超声波模块安装的高度为H，检测水位距离为2cm到450cm。它自带温度补偿，所以检测深度可达3mm。

综合以上分析， HC-SR04 超声波测距模块比较常见又受大众喜爱，兼容性能好，配置程序方便，所以选择方案二。

3.1.4温度检测模块的选择

方案一：采用防水型DS18B20高温探头，硬件开销低，适用于各种环境。故采用这种温度检测模块。

3.1.5串口通信的论证与选择

采用MAX232芯片构成RS-232串口通信模块。RS-232串口与外围采集模块相连，可以实现电脑、ARM芯片的通信。固采用这种USB转串口通信模块。

3．2系统电路设计的指标

3.2.1系统框架

简易水情检测系统实际上是一种以STM32单片机为主控芯片，通过温度检测模块、水位检测模块、PH 值检测模块、温度补偿、液晶显示模块等来实现对水温、水位、PH值，随后将水情检测在屏幕上显示的基于STM32的测量仪器。该系统组成框图如下图3.1所示。

图3.1 系统框架图

3.2.2超声波测距子系统框图

水位检测是由超声波发射以及接收数值最后将数值返回到控制电路中。

图3.2 超声波测距子系统框图

3.2.3 PH检测子系统框图

PH传感器用BNC接口接PH复合电极，再加以控制电路上的温度补偿，构成PH检测子系统框图.

图3.3 PH检测子系统框图

3.2.4温度检测子系统框图

图3.4 温度检测子系统框图

第4章系统硬件电路的构成

系统的硬件电路是整个水情检测系统能够工作的根基。每个硬件型号的选择以及敷铜电路板的制作都是影响整个系统设计性能的必要因素。从本系统硬件模块组成上看，硬件可分为几个部分:STM32F407VET6主芯片、水位传感器、PH值采集模块，MAX-232芯片串口通信模块、以及总体电路板的设计。

4．1 STM32F407VET6最小系统

STM32F407VET6的最小系统是在给CPU通电后能够正常工作，并且可以发送接收指令的电路一种32位的ARM微控制器。它拥有很多外接功能，其中包括ADC 转换、通用定时器、外部中段、超声波测距、I2C总线接口、SPI接口等。此最小系统主要用于数据的处理、发送、接收。像STM32F407这系列的最小系统一般都包含了以下这四个部分：外围硬件设备、核心主芯片、嵌入式操作系统、以及编写的软件程序。拥有12位的A/D转换器，能够实现很快的、精度准确的A/D 转换，而不用考虑在控制器的外部单独安排AD转换器。这个芯片的最小系统硬件电路一般都包括STM32主控芯片、复位、调试接口、电源、晶振、TFT液晶显示、下载电路和必要的排针接口等单元电路。

STM32单片机各方面的性能都比51单片机好，它引脚多功能强大、下载速度快、屏幕大、可以接许多外接电路、具有代码效率高、抗干扰性强等特征。STM32单片机可以进行ARM开发，强化了音频性能，在本次系统设计选择SWD调试。4．2水位传感器

在水位检测的设计方案中要用到的传感器主要采用前文说到的SR04

HC超

-

声波测距模块。此超声波测距模块有许多的特点，比如具有读数精度高、读数快、频率高、波长短、抗干扰性、方向性好、测量距离远、强度易于控制等特点。

水位超声波测距检测图如图4.1所示，超声波模块 HC-SR04 示意图如图4.2

所示。把超声波模块HC-SR04位置固定在塑料容器上方，与杯底的距离定为 L，超声波模块就可以测量出图3.1中h1的距离，从而测量出水位高度h即L-h1的距离。

图4.1 超声波测距检测图

图4.2 超声波模块 HC-SR04 示意图

超声波的工作原理如下:

（1）程序开始初始化时，采用四个端口中的输入输出口TRIG来触发测距，控制电路会将此模块中的TRIG端口还有ECHO端口置低，此时至少给出10us 的高电平脉冲；

（2）通过STM32F407VET6单片机将脉冲宽度为10us的高电平脉冲信号发送到超声波传感器的另一端即触发控制输入端，让发射端能够自动发送脉冲。模块会自动检测看是否有信号返回；

（3）如果有信号返回，就经过输入输出口将模块中的ECHO输出上升沿；

（4）然后开启系统的计数器开始计时，过300S左右后捕捉模块中的ECHO 的下降沿。计时器的时间就是从HC-SR04模块中发射到返回的时间，然后就可以计算出所要测量水位的距离。

4．3温度传感器

本系统设计中温度传感器采用防水型DS18B20，使其连接到STM32F407ZET6单片机内部的ADC1_IN16 通道，而ADC1 用于将传感器输出电压变为数字值。

温度传感器封装在一个特殊的环氧树脂和检测温度范围从-55度到+ 125度。简单的温度测量系统的优点是：温度传感效果好、连接方便、防水和防潮，因此能够放在水中测温。进行测温时能够确保温度传感器的高灵敏性是因为这个传感器运用的方法很特别：用不同温度系数的振荡器来测量振荡周期从而获得实时温度。DS18B20温度高温探头如图4.3所示。

在本次设计选择DS18B20高精度的温度传感器是因为：

（1）实现ET6

STM32F407V芯片与DS18B20的双向通信只需要一根供电线。

（2）此传感器抗干扰能力很强，即使像在洪灾、暴雨、内涝等恶劣情况下系统仍然可以进行工作，它还具有极小的温度延迟和读数快的优点。

（3）导热性高，测量精度高精度为± 0.5°C。

（4）当将电源正负极接反时不会短路，只是不工作，所以适用于打造成本较低的测温模块。

图4.3 DS18B20温度高温探头

4．4 RS-232串口通信模块

考虑到数据发送和接收的实时性，本系统采用MAX232芯片和103独石电容一起组成了RS-232串口通信模块。它能够实现TTL到232

RS双向电平转换，

-

而且它价格亲民、通讯标准统一。连接线是用USB转RS-232串口线，用串口通信的理由是比因为串口通信没有协议而且比USB通信简单，可以满足下载程序和与点对点的数据传输通信。

串口通信是计算机与其他设备通信中一种常见的通信协议。与此同时，这个串口通讯协议可以对检测设备进行远程来获取数据，就像连接到个人笔记本的USB设备、打印机、鼠标、u盘等。大多数计算机都包含两个基于异步传输标准接口RS-232的串口，分别被命名为COM1和COM2。据长时间的深入了解，实际生活中，RS-232的传输长度都会超过所说的值，一般是1200米。在通信中，一般是按位来发送和接受字节并且在PC机上用串口调试助手时仅限于串口和设备间点对点的通信，它还可以做到双方实体同时完成通信，最高传输速率能达到20kbps。本系统设计中的串口通信连接如4.4图：

图4.4 串口通信连接

4．5液晶显示模块

TFT液晶显示的芯片可以有很多种不同的选择，本系统设计选用的是带电阻式触摸屏，型号为ILI9341的3.2寸液晶显示屏。它的优点是：1.反应灵敏度高，稳定性能较好，价廉物美；2.色彩还原度高，省电，画质细腻；3.此屏幕不漏光，显示质量好，厚度适中；4.这种型号的电阻式触摸屏采用压力感应，触屏灵敏，荧屏更新频率也更快；5.带电阻式触摸屏技术先进，门槛低，价格也亲民；6.当液晶屏在户外工作时，屏幕不会受到灰尘、水的影响，完全不用担心它在低温和较高温度的环境下使用会损坏，因此可以用于在暴雨、水灾等恶劣的情况。

第5章系统软件的设计

5．1程序编程软件

本系统设计中的使用的程序编程是一款名叫KeilμVision5的软件。与汇编语言对比的话，Keil μVision5编程较简单，包含各种库函数，功能强大，方便去调用各种函数。还有它的语句很容易被理解，可读性强，STM32系列芯片进行此软件进行编程来实现各模块的预期功能，更利于操作。它使用的用户多，它有灵活的窗口管理系统。此软件数据类型丰富，还提供了多种仿真方式。而且十分适合代码的编写和系统的调试，编程区域与工具栏设计的位置合理，使调试工具能完美的与STM32兼容。软件支持各种51单片机芯片和STM32单片机芯片，足够在本次设计使用到STM32F407ZET6配置功能。

采用软件Keil μVision5的理由如下：

(1)所有库文件等等都在一个安装文件里，方便调用；

(2)目标代码生成快，下载速度也快；

(3)身边大多数人采用此软件编写STM32程序；

(4)主流和权威，功能强大；

(5)免费使用，能快速解决用户的问题，容易理解；

(6)方便快捷，拥有后退、前进、注释、编译、快速编译、下载等快捷键；

(7)软件的界面整洁美观，具有很高的适用性；

(8)整个设计合理，操作简单。

5．2程序编程软件

5．2 .1程序功能描述

根据本设计任务书要求软件部分主要实现显示简易水情检测系统参数和水情测量结果。

①传感器和AD转换实现功能:数据采集、电压值输出信号。

②显示部分:TFT液晶屏的第一行以及第二行显示“水情检测系统”；第三

°”；第四行显示PH传感器行显示DS18B20温度传感器测量的水温值及单位“C

测量的带一位小数的PH值，第五行显示超声波测量的水位值及单位'MM”。

5．2 .2程序的软件设计思路

简易水情检测系统主程序由STM32F407VET6单片机内置模数转换函数来控制它采集引脚的电压信号进行采样，将采集的数值进行放大、转换，在STM32连接的屏幕上显示出水和醋的准确温度值、水位值以及PH值。在实际软件工作中，要对每一个调用的函数进行声明，对每个要实现的要求进行任务划分。将整个简易水情检测系统程序按照功能划分为几个小模块，使得每个小程序模块完成任务要求的功能，并在这些模块之间建立必要的联系，通过模块的互相协作完成整个简易水情检测系统的程序设计。本论文基于水情检测系统要实现的功能，将软件分为AD转换程序、外部中断程序、定时器程序、串口发送接收程序和数据处理程序等几个部分。

5．3 ADC程序编程软件

ADC在编写程序中很常用，本次设计中水位高度、PH、温度传感器的数值都是利用STM32中内置的12位 ADC对信号进行模数转换。STM32的A/D转换有许多通道，是由通道0-通道15组成。480个周期，每个通道均可以使用不同的采样时间进行采样。可以配置12位模式，

在实际AD转换测量中，每次采样之后数据跳动较大。可知在软件AD转换测量的结果不能直接用于计算，需进行有效的软件进行滤波去校正参数，AD采集程序：

1.首先初始化A/D转换要用到的I/O口的时钟，初始化ADC1通道5；

2.第二步在主程序定义一个变量，来获得AD转换的采样值；

3.配置AD转换要用到的相关寄存器；

4.整个系统开启AD数值转换；

5.设置C文件中ADC1的规则组通道,配置序列和其采样的时间；

6.获得所采用的PA5通道的转换值,取10次后得到平均值；

7.对采集到的数据进行滤波；

8.得到采集数据，经过AD转换平均后的数值。

5．4温度采集模块编程

本次系统设计采用的DS18B20温度传感器中，对此模块的设计就是系统初始化后向DS1820发出温度转换命令，开始获取传感器然后返回的测量值就是温度值，检测到的温度经过STM32单片机处理。要实现温度数据的采集、存储、数据转换，温度数值都将实时显示在显示屏上，最后经过串口通信将数据显示在PC 终端。具体流程图如图5.1。

此模块在软件编写的具体步骤为：1.先在主程序中对此模块进行初始化；2.写操作：在主程序定义一个变量代表温度值；3.读操作：从芯片DS18B20得到温度值读取通道传感器内部温度4.取操作：取10次的数值之后算出平均温度；5.将数据记性转换；6.进入显示操作，显示出读到的数值；7.从串口发送温度值至PC端。

图5.1 温度采集模块流程图

5．5水位采集模块编程

因为精度问题，水位采集在编写程序的时候较难实现。驱动HC-SR04模块，结合了串口、外部中断、定时器。

对水位采集模块的编程过程是：首先在main函数中定义一个变量来表示水位值；第二步在外部中断上电复位以后，进行初始化芯片内TIM5定时器和外部中断；第三步给输入/输出口发出指令，模块开始发射超声波即产生控制信号，并且由主处理芯片来控制TIM5之后开始计数，它的通道用来做输入捕获；第四步判断信号是否发射完，若发射完则停止发射信号；第五步判断是否有回波信号，是就输出高电平；第六步接着对模块接收器进行监控，判断信号的读取完毕；第七步读取数值后结合温度补偿得出水位值，将水位值送至计算机进行显示。5．6 PH值采集模块编程

PH测量需要用到AD转换，对A/D转换进行初始化，对采集的PH数据处理