2 係統軟件程序設計

本文設計主程序部分采用順序結構，种智质检程序啟動後進行初始化，测仪然後通過串口迅速進行溫度采集，设计溫度返回後數字型數據采集模塊pH模塊、种智质检TDS模塊開始檢測，测仪隨後進行AD采樣變換為模擬輸入量，设计並進行標度變換對數據做進一步處理。种智质检數據采集處理結束後將數據顯示到OLED屏幕，测仪然後將數據暫存到數據發送寄存器中，设计通過ESP8266模塊WiFi信號發送至手機App。种智质检主程序流程如圖4所示。测仪

2.1 延時子程序設計

由於TDS和pH采樣需要溫度補償，设计之後還要進行ADC采樣及標度變換，种智质检所以在係統采集到溫度之後需要一定的测仪延時來等待TDS和pH的顯示，因此設計了延時子程序來緩衝等待這一過程。设计24 MHz主頻下在示波器上看一個語句的時間大概是0.8μs，本設計首先設了0.8μs的倍數4μs，再用函數將其增加至1ms，最終延時1s。在係統供電之後直接讀取溫度，延時1s後讀取ADC采樣數據。

2.2 OLED顯示程序設計

本文設計使用的是OLED顯示器，與單片機的接口采用了I2C連接方式，在設計程序時需要根據連接方式進行。在程序開始執行之後首先初始化屏幕，然後開始寫入數據或命令，數據標誌表示為0，命令的標誌表示為1。而後開始讀取數據，數據讀取之後還要設置以下顯示參數：頁地址、顯示位置列低和列高地址、起點坐標、顯示模式等。顯示完成後關閉OLED進入清屏函數，清屏完成後屏幕是黑色的，和未通電點亮時一樣。

2.3 無線通信設計

為了實現最終的智能化水質檢測，使人們在手機上能對日常用水的水質實時了解，采用無線通信的方式完成手機App在線監測。本設計采用專用的ESP8266模塊實現聯網與雲端進行數據傳輸，由機智雲平台可以提供手機端App的設計。

首先要在網頁端注冊一個機智雲的開發者賬號，注冊完成後選擇個人項目創建一個新產品，填寫一些基本的信息，產品的名稱是“智能水質檢測儀”，技術方案為WiFi/移動網絡方案，保存之後就會產生項目的基本信息；其次，創建數據節點，考慮到主要檢測水質的3個參數，本設計創建了3個數據點，設置3個節點名稱分別是溫度、pH和TDS；再次，在手機上安裝機智雲通用App，安裝完成後登陸個人賬號，在機智雲官網下載ESP8266模塊專用固件，專用固件在數據節點創建創建完成後即可下載使用，固件下載完成後，使用串口調試器將WiFi模塊連接到電腦上，使用固件自帶的下載程序刷新固件，並對機智雲固件進行裝載，裝載完成後，WiFi成為基於機智雲手冊的無線透傳模塊；最後，設備與App通信時，需要先連接到機智雲服務器，等待服務器傳輸回來的數據，當產品配置完成後，發送生成的PK代碼和密鑰，服務器對產品進行檢測後，係統可以傳輸溫度、pH、TDS等信息來實現數據上傳，上傳完成後接入網絡的手機App即可讀取數據。

3 硬件調試結果

為了驗證上述設計的正確性和可行性，搭建硬件調試平台。為了防止硬件損害和測試的方便性，係統上電調試時將DS18B20、pH電極和TDS探針都插入了自來水溶液中，如圖5(a）所示，水質溫度、TDS及pH參數值分別為22.3、99和6.85，從中可知，生活中的自來水溫度、TDS及pH值參數在人們健康範圍內，是達標的；當改變水質pH值，再次測量，結果如圖5(b）所示，水質參數分別為22.2、102及8.95，由於無預熱及製冷，水溫基本沒有發生變化，但是水質的pH值明顯發生了改變，從而引起了水質TDS的變化。由顯示結果可知，該係統測試結果準確；最後，為了實現可手持監測，通過WiFi模塊聯網與手機端App同步顯示，即在手機接入係統WiFi之後打開手機App，通信結果如圖6所示。經過實際的操作驗證，本設計實現了硬件係統與手機App同步顯示測量結果，與市場現有水質測試儀相比，該測試儀體積小、操作簡單、成本低，且迎合當前用戶潮流需求，將測試結果由手機APP進行實時查看，實現了線下線上同時監測，滿足用戶對智能型水質檢測儀的需求。

4 結論

本文闡述了一種便攜式智能水質檢測儀的設計。介紹了pH檢測電路、TDS檢測電路等主要硬件的結構、工作原理，及軟件程序設計中的核心子程序，最後通過硬件平台的測試，驗證了該檢測儀具有體積小、成本低、可攜帶、實時顯示等多種功能，從實時應用角度出發，方便了人們對水質狀況的實時在線檢測需求，具有廣泛的市場應用前景。

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