﻿ 基于STM32的光学透射法水浊度检测系统设计
 光学仪器  2020, Vol. 42 Issue (2): 80-86 PDF

Design of water turbidity detection system based on STM32 optical transmission method
LI Ziyan, GUO Ji, DING Sitong, GUO Weikuan, GAO Xiumin
School of Optical-Electrical and Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
Abstract: Aiming at the detection of water pollution, an online real-time detection system of water turbidity based on STM32 is designed. Based on the transmission method in ISO7027—1984, the system determines the turbidity of water samples by measuring the attenuation of the transmitted light intensity by striking a beam of light into a water sample with a certain thickness. The experimental results show that the average relative error between the actual measured value and turbidity standard liquid value is less than 4%. It is feasible to realize the real-time monitoring of water turbidity. The designed system has the advantages of low cost, small volume, convenient carrying, and simple detection mode, and can be used for water quality monitoring in daily life.
Key words: water turbidity detection    photoelectric signal    transmission method

1 系统检测原理

2 系统硬件设计

 图 1 系统原理框图 Figure 1 System schematic block

 图 2 系统硬件设计 Figure 2 Hardware design of the system
2.1 光源和传感器的选型

2.2 光源驱动电路

 图 3 光源驱动电路 Figure 3 Driving circuit of the light source

 ${R{\rm{c}}} = \frac{{{V_{\rm{IFB}}}}}{{{I_{\rm{OUT}}}}}$ (公式1)
2.3 光电转换及放大电路 2.3.1 光电转换

 图 4 光电转换电路 Figure 4 Photoelectric conversion circuit
2.3.2 前置放大电路

 ${V_{\rm{OUT}}} = \left( {V_{\rm{IN1}} - V_{\rm{IN2}}} \right) \times \left( {{\rm{1}} + \frac{{{\rm{2}}{R_{16}}}}{{{R_{17}}}}} \right)\frac{{{R_{23}}}}{{{R_{21}}}}$ (2)

 图 5 前置放大电路 Figure 5 Preamplifier circuit
2.3.3 有源二阶带通滤波电路

 图 6 有源二阶带通滤波电路 Figure 6 Active second-order bandpass filter circuit

 $H\left( S \right) = \frac{K}{{{S^2} + aS + b}}$ (公式3)

 $H\left( S \right) = \frac{{K{S^2}}}{{{S^2} + aS + b}}$ (4)

2.4 电源电路

2.5 单片机及其它电路

3 系统软件设计

3.1 主控程序

 图 7 主控程序流程图 Figure 7 Flow chart of main control program
3.2 光源驱动程序

 图 8 光源驱动程序 Figure 8 Light source driver
3.3 数据采集及处理程序

STM32F103ZET6控制相关模块开始采集光电传感器上的模拟信号，然后进行A/D转换。采用转换好的数字信号进行浊度函数计算，数据采集与处理程序如图9所示。

 图 9 数据采集与处理程序 Figure 9 Data acquisition and processing program
4 浊度函数的标定 4.1 实验方法

4.2 实验步骤

1）配制0 FNU, 1 FNU，5 FNU，10 FNU标准浊度溶液，放入干净且干燥的烧瓶待用。

2）将配制好的标准浊度液倒入实验装置中，驱动光源和传感器进行多次实验，测量电压值，然后作线性拟合，将拟合后的函数y=−4.544x+4烧入最小系统板中，再进行多次测量，与标准浊度值进行比较，并计算误差值。

4.3 实验数据

5 分析与结论

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