一种智能水质检测仪设计（二）

2 系统软件程序设计

本文设计主程序部分采用顺序结构，程序启动后进行初始化，然后通过串口迅速进行温度采集，温度返回后数字型数据采集模块pH模块、TDS模块开始检测，随后进行AD采样变换为模拟输入量，并进行标度变换对数据做进一步处理。数据采集处理结束后将数据显示到OLED屏幕，然后将数据暂存到数据发送寄存器中，通过ESP8266模块WiFi信号发送至手机App。主程序流程如图4所示。

2.1 延时子程序设计

由于TDS和pH采样需要温度补偿，之后还要进行ADC采样及标度变换，所以在系统采集到温度之后需要一定的延时来等待TDS和pH的显示，因此设计了延时子程序来缓冲等待这一过程。24 MHz主频下在示波器上看一个语句的时间大概是0.8μs，本设计首先设了0.8μs的倍数4μs，再用函数将其增加至1ms，最终延时1s。在系统供电之后直接读取温度，延时1s后读取ADC采样数据。

2.2 OLED显示程序设计

本文设计使用的是OLED显示器，与单片机的接口采用了I2C连接方式，在设计程序时需要根据连接方式进行。在程序开始执行之后首先初始化屏幕，然后开始写入数据或命令，数据标志表示为0，命令的标志表示为1。而后开始读取数据，数据读取之后还要设置以下显示参数：页地址、显示位置列低和列高地址、起点坐标、显示模式等。显示完成后关闭OLED进入清屏函数，清屏完成后屏幕是黑色的，和未通电点亮时一样。

2.3 无线通信设计

为了实现最终的智能化水质检测，使人们在手机上能对日常用水的水质实时了解，采用无线通信的方式完成手机App在线监测。本设计采用专用的ESP8266模块实现联网与云端进行数据传输，由机智云平台可以提供手机端App的设计。

首先要在网页端注册一个机智云的开发者账号，注册完成后选择个人项目创建一个新产品，填写一些基本的信息，产品的名称是“智能水质检测仪”，技术方案为WiFi/移动网络方案，保存之后就会产生项目的基本信息；其次，创建数据节点，考虑到主要检测水质的3个参数，本设计创建了3个数据点，设置3个节点名称分别是温度、pH和TDS；再次，在手机上安装机智云通用App，安装完成后登陆个人账号，在机智云官网下载ESP8266模块专用固件，专用固件在数据节点创建创建完成后即可下载使用，固件下载完成后，使用串口调试器将WiFi模块连接到电脑上，使用固件自带的下载程序刷新固件，并对机智云固件进行装载，装载完成后，WiFi成为基于机智云手册的无线透传模块；最后，设备与App通信时，需要先连接到机智云服务器，等待服务器传输回来的数据，当产品配置完成后，发送生成的PK代码和密钥，服务器对产品进行检测后，系统可以传输温度、pH、TDS等信息来实现数据上传，上传完成后接入网络的手机App即可读取数据。

3 硬件调试结果

为了验证上述设计的正确性和可行性，搭建硬件调试平台。为了防止硬件损害和测试的方便性，系统上电调试时将DS18B20、pH电极和TDS探针都插入了自来水溶液中，如图5(a）所示，水质温度、TDS及pH参数值分别为22.3、99和6.85，从中可知，生活中的自来水温度、TDS及pH值参数在人们健康范围内，是达标的；当改变水质pH值，再次测量，结果如图5(b）所示，水质参数分别为22.2、102及8.95，由于无预热及制冷，水温基本没有发生变化，但是水质的pH值明显发生了改变，从而引起了水质TDS的变化。由显示结果可知，该系统测试结果准确；最后，为了实现可手持监测，通过WiFi模块联网与手机端App同步显示，即在手机接入系统WiFi之后打开手机App，通信结果如图6所示。经过实际的操作验证，本设计实现了硬件系统与手机App同步显示测量结果，与市场现有水质测试仪相比，该测试仪体积小、操作简单、成本低，且迎合当前用户潮流需求，将测试结果由手机APP进行实时查看，实现了线下线上同时监测，满足用户对智能型水质检测仪的需求。

4 结论

本文阐述了一种便携式智能水质检测仪的设计。介绍了pH检测电路、TDS检测电路等主要硬件的结构、工作原理，及软件程序设计中的核心子程序，最后通过硬件平台的测试，验证了该检测仪具有体积小、成本低、可携带、实时显示等多种功能，从实时应用角度出发，方便了人们对水质状况的实时在线检测需求，具有广泛的市场应用前景。

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