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　　摘要:以STM32单片机为核心控制器，采用LCD1602实时显示，设计一款集PH值传感器电路以及LCD1602液晶显示电路为一体的多功能PH检测系统。通过PH传感器的电极采集数据，由单片机进行处理，最后在LCD1602上显示。

　　关键字：STM32单片机;PH值;LCD显示

　　0引言

　　现如今水源污染已经直接影响到人们的身体健康，尽管水源污染得到了控制，但全国各地依然流淌着被污染的水源，特别是从重工业城市流出，在偏远地区生活的居民，由于淡薄的环保意识和落后的水质检测设备，导致居民饮水中毒甚至死亡。虽然日常生活中使用的是经过处理的水源，但是某些地方的水质检测仍没有达到饮用标准，居民饮用后出现腹泻、恶心等不良身体状况。所以实时检测水质，成为一种必然结果。

　　1系统总体设计

　　据统计表明，全国许多偏远地区的城镇还存在着水质检测不合格的问题，直接影响了人们的身体健康。保护水资源的重要指标就是水质检测，由于许多城镇的村民缺乏环境保护意识以及设备的落后，导致水质检测没有得到广泛的应用。

　　本文提出一套集STM32最小系统、PH值检测电路以及LCD1602显示电路于一体的PH值水质检测系统。附带有超声波测距和电导率检测两个拓展功能，能够实时检测人们饮用水源的参数。比如PH值、电导率等重要参数。

　　系统采用STM32单片机。该芯片有先进的Cortex-M3内核，最高可达到72MHz的工作频率,可以快速处理系统收到的事件和任务，拥有强大的功能，操作方便。

　　2硬件模块的设计

　　2.1系统模块功能分析

　　本设计是一套集STM32单片机系统、PH值检测电路以及LCD1602显示电路于一体的PH值水质检测系统。外带超声波测距和电导率检测两个拓展模块。具体功能检测PH值、电导率以及超声波测距，并在LCD1602上显示。

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　　其中STM32系列单片机是一款基于ARM7架构的32位、具有ARMCortex-M3内核以及能够实时仿真和跟踪的微控制器。由意法半导体ST公司生产，广泛应用于嵌入式开发，故又称嵌入式单片机。其具有性能高、成本低、功耗低以及可裁剪等特点。

　　2.2LCD1602液晶显示模块电路设计

　　设计选用的是LCD1602显示，横向可以显示2行，竖向可以显示16列。其原理是运用液晶的物理特质，利用电压对其显示区域产生控制，即可以显示出图形。图2是LCD1602液晶显示的引脚说明。

　　2.3PH值检测采集传感器模块设计

　　PH值检测传感器电路能够很方便的检测液体中的PH值，包含电极以及传输器两部分。PH电极经过BNC输出mV信号来完成信号放大，放大为0-5V信号，单片机来读取电压，PH值则由输出电压转换而来。

　　2.4PH值检测传感器模块使用方法

　　(1)先使用PH标准粉剂配置3瓶PH标准溶液。

　　(2)将PH传感器连接单片机，再将玻璃滴管放入PH6.86标准溶液中，调节电位器，使得P0口输出电压为2.5V左右。

　　(3)将电极探头依次放入三个标准溶液中进行测量，并记录相应的输出电压。以下表格是电压和PH值的关系。

　　3软件设计

　　3.1程序流程图

　　本设计主要运用Keil软件进行代码编写与软件调试。首先开启电源，等待系统时钟、IO口、定时器以及串口初始化，完成开机。然后由主程序判断超声波测距数据是否采集，再进行数据转换，接下来就是判断PH值和电导率是否采集，并将数据进行处理，通过显示屏显示。PH值传感器、电导率传感器采集数据后由STM32单片机内部进行处理，再通过LCD1602显示出来。实际流程图如图4所示。

　　3.2模块程序设计

　　PH值检测模块最重要的就是采集水质PH值，能够很方便的检测液体中的PH值，包含电极以及传输器两部分。先用玻璃管检测水中的氢离子浓度，再由内部电路转换成可输出信号由输出端输出给单片机。接着由单片机进行模数转换，从而计算出被测物中的PH值[14]-[15]。

　　PH电极经过BNC输出mV信号来完成信号放大，放大为0-5V信号，单片机或万用表来读取电压，溶液的PH值则由输出电压转换而来。

　　3.3拓展功能介绍

　　为了体现实用性，本次设计增加了水质电导率检测功能和超声波测距功能，从而提高其实用性。采用超声波传感器，超声波传感器是用来测量距离的一种产品，左探头发生超声波，右探头接收超声波，再由处理器计算出模块到物体之间的距离。测量能够精准到方位、距离，精准度极高，可实时检测。对水的穿透力极大，非常适合用于本次设计。

　　4硬件测试

　　4.1静态调试

　　(1)查看焊点是否饱满，有没有两脚相连或虚焊等情况。

　　(2)用万用表检查电源有没有短路，电路管脚间有没有断路。

　　(3)通电后，按下开关，看各模块是否正常工作，然后开始测试电路要实现的功能。

　　4.2动态调试

　　插上电源按下开关后，检查元器件功能是否是完整的，有没有坏掉，保证能够正常工作。

　　5实物调试

　　经过软硬件整体系统测试后，工作正常，整体实物图如图6所示。

　　6设计总结

　　基于STM32的PH值检测仪设计，明确了该设计要实现的模块功能，然后根据每个模块进行系统设计，再根据每个模块要实现的功能进行硬件系统设计和软件系统设计，这样思路清晰，功能更加明确，遇到问题也好及时解决。——论文作者：王捷,金高威，彭俊，陈顺材,董铮