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多功能湖泊浮萍制作综述*

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  摘 要 如今我国的环境问题备受关注,因此对于环境的监管与治理也成为重中之重。本文设计的系统旨在能够实时对水质进行监测并将数据储存;而且能够一定程度上实现对于水体中漂浮垃圾的打捞与清理。
  关键词 水质监测;垃圾收集;智能硬件
  1 课题背景
  如今环境恶化问题日益严重,国家与人民对于环境问题也前所未有的高度重视与关注。水乃生命之源因此对于水质的监测与保护就显得尤为重要。生活污水、工业污水、养殖业污水等都深深地威胁着我们每一个人的生活与安全;因此能够实时对水质进行监控就显得尤为重要也将势在必行。湖面漂浮垃圾问题也十分严重,然而湖面打捞大多是对于大型水域,二中小型水域更多的只能采用人工打捞,费时费力浪费人工,而且大多无法实现随时清理。
  2 工作要求
  2.1 水质实时监测
  特定的水质监测传感器会对该的水域进行信息采集与检测,并且将获得的数据通过内部STM32芯片进行数据处理,将处理后的数据通过NRF24L01模块传递到遥控的显示屏上,便于岸上人们观察数据,而且获得数据会每隔一小时(时间可调)进行一次存储,便于后期的分析与收集整理。
  2.2 垃圾自动收集
  通过遥控进行模式选择,当选择手动模式时,可通过遥控上相应按键对“浮萍”的运行轨迹进行远程控制,实现特定打捞与设备回收与放置;当选择自动模式时“浮萍”可按既定路线自动运行,而且可以通过遥控器上的“+”与“-”按键对于路线进行微调以适应不同水域。从而实现在水质监测的同时能够对水面漂浮垃圾的清理与收集。
  3 工作原理
  3.1 硬件构成
  水质信息采集模块:DS18B20(温度)、浊度检测传感器
  本设备在水质信息采集方面采用了:DS18B20温度传感器与GE-TS型浊度传感器。其中DS18B20是常用的数字温度传感器,其输出的是数字信号,具有体积小,硬件开销低,抗干扰能力强,精度高的特点[1];而GE-TS型浊度传感器则是一种采集模拟量传感器,传感器工作原理是当光线穿过一定量的水时,光线的穿透量取决于该水中脏污物的量,当浑浊物的量增加时,穿透水样的光线随之减少[2]。
  数据处理:STM32F103C8T6核心板
  本设备采用的核心处理器为STM32F103C8T6,它是一款基于ARM Cortex-M 内核STM32系列的32位的微控制器,程序存储器容量是64KB,需要电压为2V~3.6V,工作温度为-40°C ~ 85°C,最高工作频率可达168MHZ,内置高速存储器,丰富的增强型 I/O 端口和外设连接到外部总线[3]。
  数据传输:NRF24L01
  本设备要通过远距离无线传输实现信息传递,使用NRF24L01来实现数据的传输,NRF24L01是一款单片射频收发器件,工作于2.4GHz~2.5GHzISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置[4]。nRF24L01功耗低,在以-6dBm的功率发射时,工作电流也只有9mA;接收时,工作电流只有12.3mA,在数据传输相对WiFi传输距离更远,但传输数据量不如WiFi。
  驱动设备:L298N步进电机驱动模块
  该设备的行动则是使用四个小型水泵实现的,而驱动四个小型水泵的驱动模块则是使用L298N步进电机驱动模块,L298N是ST公司生产的一款电机驱动芯片,L298N芯片内含两个全桥式驱动器,可以同时驱动两个直流电机或者一个两相四线步进电机。逻辑输入部分加入光电隔离模块,从而更好地保护控制器;模块最大输入电压为40V,单路峰值电流为3A,持续2A,最大功率不得超过25W。
  3.2 程序分析
  “浮萍”部分:首先通过DS18B20温度传感器与GE-TS型浊度传感器两种水质监测传感器收集到所需的水质数据,并传输给内部的STM32F103C8T6核心板,核心板对采集回的数据进行数模转换与相应处理,将数据转换为具体数值,并将此数据显示于外部的12864液晶显示屏,且将数据通过NRF24L01传输给远端的遥控之中。
  遥控部分:通过NRF24L01接收“浮萍”传输而来的数据,并将数据显示在遥控的12864液晶显示屏上,且每隔一小时对于数据进行一次储存,将其储存于SD卡中便于后期数据整理与收集。
  4 结束语
  本文所提出的多功能湖泊浮萍旨在实现水质实时监测与数据采集,并应对中小型水域漂浮垃圾的打捞问题。水乃生命之源,只有实现了对水质的严格监管才能更好地实现对水质的保护与治理。该设计以大多水域常见的浮萍为外形,兼具美观与实用性,致力减少对被测水域的生物的影响。力求该设计能适用于水域环境,实现其自身的实用价值,对于水质的与环境的保护停工一个有力有用的监测工具。
  参考文献
  [1] 杨廷来.基于ZigBee和GPS的生态养殖无线监测系统研究[J].电脑知识与技术:学术交流,2017,(12X):23-24.
  [2] 传感器专家网.GE浊度传感器TS型浑浊度测量传感器[EB/OL] http://old.sensorexpert.com.cn/Products/GEzhuoduchuanganqiTS.html,2011.
  [3] 普顿,蒋林,刘严亮,等. 基于藏文物联网技术物流管理系统的设计与实现[J]. 电子设计工程,2011,(14):8-12.
  [4] 张馨月.基于51单片机的简易智能小车设计[J].科技创新与应用,2017,(16):83.
  作者简介
  张洪枥(1997),男;本科生,就读于北方民族大学。
  指导老师:韦海成。
  *[创新项目] 本文是北方民族大學2018年国家级创新创业项目阶段性成果。项目名称:多功能浮萍制作;项目负责人:张洪枥;项目编号:
  201811407034。
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