基于单片机的水质监测系统设计开题报告详解

一、本课题研究现状及可行性分析

（1）研究现状

随着工业和人类活动的不断发展，水资源的污染问题日益严重。工业废水、农业污水、生活污水等源源不断地进入河流、湖泊和地下水，导致水质严重下降，威胁到人们的生产生活用水安全。因此，实现对水质的实时监测变得越来越重要。基于单片机的水质监测系统设计旨在解决这一问题，通过集成传感器、数据采集、处理与传输等技术，实现对水质关键指标的实时监测与评估。对此早在十几年前便有设计者提出过用单片机作为基础设计的水质检测系统，该系统可以实现对水体的温度、电导率、溶解氧、浊度、pH值等参量进行连续监测。系统含有键盘和显示电路,可以对监测到的数据进行显示和设定报警阈值,同时现场监测数据通过通信电路可传递给控制室。但是由于传感器制作精度的原因，实现效果并不理想，而如今由于传感器发展的提升，能大幅提升检测精度以及抗干扰能力，对此研究一个新的水质监测系统设计也是很有必要。

国内外也有不少团队致力与研究此项目，他们的水质检测系统应用了多种技术，包括物联网技术、传感器技术、数据采集与分析技术、远程通信技术等。通过这些技术的应用，可以实现对水质的实时监测，保障饮水安全。传感器技术是水质检测系统的核心，可以检测水中的多种有害物质，数据采集与分析技术能够对传感器数据进行采集、存储和分析，以发现水质的变化趋势和异常情况。远程通信技术则能够实现对水质的远程监控，及时发现水质问题。这些技术的应用有助于保障人们的饮水安全，提高生活质量。

由于市面上的大部分仪器只能检测水质中一种参量，并且需要人工测量，仅能在检测时才知道具体数值，不能实时监控，所以可研发一种可以实时显示多种参量的水质监测系统，可有效减轻人力负担，这也是十分必要的。

（2）可行性分析

本课题研究的主要内容是研究一个可以实时检测当前水质各项数据是否超标的智能水质检测系统，以确定当前水质质量是否满足用户条件。

研究条件可行性：图书馆与网络可提供课题需要的书籍、文献、资料；可与指导老师探讨分析系统的功能，确定系统设计方案；可在电脑上安装电路设计相关软件完成硬件电路设计及程序编写；可在学院实验室完成系统实物制作、测试。

研究思路可行性：

1）各项水质数据的采集、处理及显示：采用所需要传感器对当前水质质量进行实时检测，如ph传感器、浊度传感器、溶解氧传感器、电导率传感器等，并把模拟量转化为数字量，交给单片机系统处理，计算出当前的相对数据，并在显示模块上显示出来。

2）超限报警：可以通过键盘手动设置各个所需检测数值的期望值，通过对采集到的数据进行处理和分析，可以得出水质的关键指标值，并对其进行评估。如果水质指标超出设定范围，系统会立即发出警报。提醒管理人员采取相应措施。同时，系统还可以将监测数据通过无线传输模块发送到云端数据库或本地监控中心，以便实现远程监控和水质数据的共享。

本课题具有较强的实用性，为广大消费者考虑，能够改善用户的体验。在我国水质检测系统的使用与普及率比较低，主体市场尚不成熟，具有很大值得开拓的空间、行业也保有良好的潜力和生命力，有较好的市场价值。

 使用单片机构建的系统可完整的展现出这些功能，该系统可利用各种传感器，如电导率传感器、pH传感器、浊度传感器等，测量水样中的关键指标，如电导率、pH值、浊度等，并将测量结果通过数据采集模块传输到单片机中进行处理。在单片机中，通过对采集到的数据进行处理和分析，可以得出水质的关键指标值，并对其进行评估。如果水质指标超出设定范围，系统会立即发出警报，提醒管理人员采取相应措施。同时，系统还可以将监测数据通过无线传输模块发送到云端数据库或本地监控中心，以便实现远程监控和水质数据的共享。对此，基于单片机的水质监测系统设计在系统上也是可行的。

二、本课题需要重点研究的关键问题及解决问题的思路

1，对控制系统所需传感器的选择

2，对主控芯片MCU的选择

3，关于软件程序的设计

解决问题的思路

1，我们主要需要利用传感器采集水的PH值、浑浊度、电导率、温度等常用水质参数，所以对要使用传感器的类型便清楚明了，可以对于每一种传感器的工作情况进行测试实验，如没入水中的深度是否带来影响，或者如淡水或者海水的不同带来的影响等，以挑选抗干扰能力强的传感器来完成工作。某些传感器价格也是相当不便宜的，在选择方面，综合考虑了精准度、价格和稳定性，选用以下类型传感器：

（1）TSW-30浊度传感器

（2）e-201 ph传感器

（3）EC电导率传感器

（4）DS18B20温度传感器

（5）TDS传感器

2，在本课题对哪款单片机的选择将直接导致设计的难易以及用户购买的费用，需要在市面上仔细的选材并对比，这也关乎到后面程序设计和仿真的问题。主流的单片机有STC89C51单片机、STC89C52单片机、STM32单片机、ESP32单片机、arduino单片机等。由于STM32单片机可承载大部分功能，所以在本设计中选用STM32单片机。

3，本课题基于单片机实现，整个电路系统在单片机内部运行的程序控制下工作。软件程序决定了系统的功能、运行的可靠性、稳定性。因此需要谨慎设计程序流程，认真完成程序的编写、测试。

三、完成本课题所需要的工作条件及解决办法

1、所需工作条件

1）需要查阅课题相关的书籍、文献、资料；

2）需要电脑安装电路设计的相关软件；

3）需要实现电路硬件部分的相关元器件；

4）需要实现电路焊接及测试的相关工具及实验平台。

2、解决方案

1，相关技术问题可以在网上与图书馆里查询，遇到问题及时与同学老师进行沟通。

2，原理图等绘制与后续的程序调试都可以在自己电脑上经行。

3，可利用实验室已有的相关元器件，也可自行从网上购买所需元器件；

4，焊接计划可在学校实验室进行，绘制好的pcb板封装图也可借用学校转录仪器转录，但是精确性较差（也可在网店转录）。

四、工作方案分析及进度计划

本课题拟采用如下四个步骤进行：

1）查阅文献资料，制定系统设计方案；

2）硬件电路部分器件的选型，软件部分程序的编写，系统仿真测试；

3）购买元器件件制作硬件电路，系统整体调试、测试；

4）撰写毕业设计报告。

2、进度安排

1）2023年9月1日―2023年11月30日： 选题开题，完成开题报告的撰写

2）2023年12月1日―2024年1月31日：设计方案论证及系统硬件设计

3）2024年2月1日―2024年3月17日： 系统软件设计及软件程序测试

4）2024年3月18日―2024年4月14日： 系统整体功能测试及设计报告初稿、定稿

5）2024年4月15日―2024年5月17日： 评阅、复制比检测答辩资格审查及答辩

五、参考文献

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