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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