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电赛 简易智能液体容器制作 附TDS传感器STM32单片机程序

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楼主
ID:1083442 发表于 2023-7-15 22:07 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本设计以STM32F1单片机为控制核心,设计并制作了简易多功能液体容器.设计主要包括单片机控制模块、电源模块、超声波测距模块、TDS传感器模块、压力传感器模块、显示模块。该设计利用超声波测量液体液位，压力传感器测量液体重量；TDS传感器可检测水中含有的溶解物，利用TDS值，可以区分不同浓度的盐水、不同的液体种类。再由两个OLED屏幕显示液体液位、重量、浓度、种类等参数。经测试，系统基本完成了要求。

一、系统方案
本系统主要由单片机控制模块、电源模块、超声波测距模块、TDS传感器模块、压力传感器模块、显示模块组成。
1.1单片机控制模块的论证与选择
方案一：采用STC89C51单片机为主控芯片，单片机只有32个IO口、2个定时器和2个外部中断，内部RAM为128字节，速度和性能比较低，功能较少，所需外围电路较多，不考虑此方案。
方案二：采用STM32F103C8T6单片机作为控制芯片。由 ST 厂商推出的 STM32 系列单片机，功能强大，性价比高。STM32F103C8T6最小系统板集成了工作频率为72 MHz的高性能ARM Cortex -M3 32位RISC内核、高速嵌入式存储器(最高128字节的闪存和最高20k字节的SRAM)，以及连接到两条APB总线的各种增强型I/o和外设。所有器件都提供两个12位ADC、三个通用16位定时器和一个PWM定时器，以及标准和高级通信接口:最多两个I2C和SPI、三个USARTs、一个USB和一个CAN。在可行性与精确度指标上比较过后，决定采用方案二。
1.2显示模块的论证与选择
方案一：采用LCD1602显示。LCD1602是字符型液晶，显示字母和数字比较方便，控制简单，成本较低。内部含有日文平假名、英文字母、数字和一些常用符号字库，没有中文字库。但可以自定义的显示字符，只有两行显示。
方案二：采用OLED显示。OLED即有机发光二极管，具有自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快等优点，与LCD1602相比，OLED引脚较少，只有4个引脚，使用简单，方便。
在可行性上比较过后，决定采用方案二。
1.3测距模块的论证与选择
方案一：超声波测距。本系统采用超声波传感器进行液位测距，超声波具有易于定向发射、方向性好、强度易控制、与被测量物体不需要直接接触的特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在不透明的固体中，超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射，形成反射回波使得超声波测距有较高的准确性。
方案二：光电液位传感器测距。光电传感器内部包含一个近红外发光二极管和一个光敏接收器。发光二极管所发出的光被导入传感器顶部的透镜。当液体浸没光电液位开关的透镜时，则光折射到液体中，从而使接收器收不到或只能接收到少量光线。光电液位开关通过感应这一变化，接收器可以驱动内部的电气开关，从而启动外部报警或控制电路。但光电液位传感器需要接触液体，容易受到环境损坏。
在可行性上比较过后，决定采用方案一。
1.4液体浓度和种类检测的论证与选择
方案一：TDS传感器。TDS传感器可准确测量水中含有的溶解物，水中含有的溶解物越多，TDS值越高。可利用TDS值区分盐水浓度、不同液体的种类。TDS传感器配合8 位高性价比单片机，内部已做 AD采集，并通过算法计算出对应的TDS值。
方案二：：PH传感器。PH传感器可检测溶液中的PH值，不同的PH值对应不同的输出信号。PH传感器配合8位单片机处理器，通过此单片机的10位ADC对放大后的传感器信号采样，板载电位器调节输出信号的量程，并通过最小二乘法软件算法计算出信号与PH值得线性函数关系式，进而采用线性函数关系式求出信号对应的PH值。但不同浓度的盐水溶液中PH值差别不大，不能满足要求。在可行性上比较过后，决定采用方案一。

制作出来的实物图如下：


单片机源程序如下:
  1. #include "stm32f10x.h"
  2. #include <string.h>
  3. #include "delay.h"
  4. #include "stdio.h"
  5. #include "bsp_SysTick.h"
  6. #include "math.h"
  7. #include "Key.h"
  8. #include "OLED.h"
  9. #include "bsp_adc.h"
  10. #include "ds18b20.h"
  11. #include "timer.h"
  12. #include "bsp_usart1.h"
  13. #include "bsp_usart2.h"

  15.    
  16. volatile uint32_t time = 0; // ms 计时变量
  17. uint32_t a = 0;
  18. uint32_t b = 0;
  19. uint32_t sta= 0;
  20. ////定义变量

  22. GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
  23. unsigned char AD_CHANNEL=0;


  26. float TDS=0.0,TDS_voltage;
  27. float TDS_value=0.0,voltage_value;
  28. float compensationCoefficient=1.0;//温度校准系数
  29. float compensationVolatge;
  30. float kValue=1.67;
  31. float TEMP_Value=0.0;
  32. float averageVoltage=0;
  33. //char  TEMP_Buff[5];   //温度存放数组
  34. char  TDS_Buff[6];




  39. extern  u8 SET_Flag,SET_Count; //设置标志位
  40. extern u8 CLC_Flag; //清屏标志位
  41. extern u8 Warning_flag;
  42. u8 Warning_count=0;




  47. // ADC1转换的电压值通过MDA方式传到SRAM
  48. extern __IO uint8_t ADC_ConvertedValue[4];

  50. // 用于保存转换计算后的电压值          
  51. float ADC_ConvertedValueLocal[4];




  56. void GPIO_Configuration(void)
  57. {
  58. //        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  59.        
  60.         /* Enable the GPIO  Clock */                                                        
  61.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_GPIOC| RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);
  62.        
  63.         //GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_Disable,ENABLE);                //屏蔽所有作为JTAG口的GPIO口
  64.         GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable,ENABLE);                //屏蔽PB口上IO口JTAG功能


  67. }

  69. ///**************温度采集函数***************/
  70. //void TEMP_Value_Conversion()
  71. //{
  72. //       
  73. //          TEMP_Value=DS18B20_Get_Temp();
  74. //       
  75. //          TEMP_Buff[0]=(int)(TEMP_Value)%1000/100+'0';       
  76. //          TEMP_Buff[1]=(int)(TEMP_Value)%100/10+'0';
  77. //          TEMP_Buff[2]='.';
  78. //          TEMP_Buff[3]=(int)(TEMP_Value)%10+'0';
  79. //}


  82. /**************TDS值采集函数***************/
  83. float TDS_Value_Conversion()
  84. {
  85.           u32 ad=0;
  86.           u8 i;

  88.           float compensationCoefficient;
  89.           float compensationVolatge;
  90.           float temperature=25.0;//假设温度是25度，进行温度补偿，如果有18B20，则采集温度后，更新这个温度值
  91.           
  92.                
  93.           ad=0;
  94.           for(i=0;i<50;i++)//读取50次的AD数值取其平均数较为准确       
  95.                 {
  96.                         ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
  97.                         while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC));//转换结束标志位
  98.                         ad=ad+ADC_GetConversionValue(ADC1);//返回最近一次ADCx规则组的转换结果               
  99.                 }
  100.                 ad=ad/50;
  101.         //ADC_ConvertedValueLocal[0]=(float)ad/4096*3.3; //AD转换
  102.          averageVoltage        =(float)ad/4096*3.3; //AD转换
  103.                
  104.         // averageVoltage = getMedianNum(analogBufferTemp, SCOUNT) * (float)VREF / 1024.0; // read the analog value more stable by the median filtering algorithm, and convert to voltage value
  105.          compensationCoefficient = 1.0 + 0.02 * (temperature - 25.0); //temperature compensation formula: fFinalResult(25^C) = fFinalResult(current)/(1.0+0.02*(fTP-25.0));
  106.    compensationVolatge = averageVoltage / compensationCoefficient; //temperature compensation
  107.    TDS_value = (133.42 * compensationVolatge * compensationVolatge * compensationVolatge - 255.86 * compensationVolatge * compensationVolatge + 857.39 * compensationVolatge) * 0.5; //convert voltage value to tds value       
  108.                 
  109.                
  110.                
  111.                
  112.                
  113.        
  114.         /*显示EC*/
  115.         TDS_Buff[0]=(int)(TDS_value)/1000+'0';
  116.         TDS_Buff[1]=(int)(TDS_value)%1000/100+'0';
  117.         TDS_Buff[2]=(int)(TDS_value*100)%100/10+'0';       
  118.         TDS_Buff[3]=(int)(TDS_value*100)%10+'0';

  120.         return TDS_value ;
  121. }
  122. ///*************数据显示函数***************/
  123. //void Display_Data()
  124. //{
  125. //        //OLED_ShowStr(24,2,TEMP_Buff,2);//测试6*8字符
  126. //        //OLED_ShowStr(36,4,TDS_Buff,2);//测试6*8字符
  127. //}
  128.         float TDS_Bugg1[2];
  129.   uint8_t Num = 0;
  130.   uint32_t Num1=0;


  133. void text1()
  134. {       
  135.                                         a=0;
  136.                             delay_ms(100);
  137.                             TDS_Value_Conversion();//TDS
  138.                             delay_ms(100);
  139.                                         TDS_Bugg1[0]=TDS_Value_Conversion();
  140.                                         delay_ms(10);       
  141.           OLED_ShowNum(2,1,TDS_Bugg1[0],3);
  142. }

  144. void text2()
  145. {
  146.                                         a=1;
  147.                 delay_ms(100);
  148.                             TDS_Value_Conversion();//TDS
  149.                             delay_ms(100);
  150.                                         TDS_Bugg1[1]=TDS_Value_Conversion();
  151.                                         delay_ms(10);       
  152.           OLED_ShowNum(3,1,TDS_Bugg1[1],3);
  153.                 if( TDS_Bugg1[0] < TDS_Bugg1[1])
  154.                       {
  155.                               OLED_ShowString(1,5,"thick water");
  156.                                         }
  157.                                                 else       
  158.                                {
  159.                                 OLED_ShowString(2,5,"light water");
  160.                             
  161.               }
  162. }
  163. void text3()
  164. {
  165.                                                                 a=2;
  166.                       delay_ms(10);
  167.                                   TDS_Value_Conversion();//TDS
  168.                                   delay_ms(10);
  169.                                                                          OLED_ShowNum(4,1,TDS_Value_Conversion(),3);
  170.                                                                          if(TDS_Value_Conversion()>=686||TDS_Value_Conversion()<700)
  171.                                                                          {
  172.                                                                                   OLED_ShowString(3,5,"water");
  173.                                                                          }
  174. }



  178. /**
  179.   * @brief  主函数
  180.   * @param  无
  181.   * @retval 无
  182.   */
  183. int main(void)
  184. {         

  186.         GPIO_Configuration(); //IO口配置
  187.     /* 配置USART1 */
  188.     USART1_Config();
  189.        
  190.     /* 配置USART2 */
  191.     USART2_Config();
  192.    
  193.     /* 初始化系统定时器 */
  194.     SysTick_Init();
  195.    
  196.                 Key_Init();
  197.        
  198.           TIM3_Init();                 //初始化配置TIM
  199.        
  200.                 //I2C_Configuration(); //I2C初始化
  201.           OLED_Init();  //OLED初始化
  202.           ADCx_Init();                // ADC 初始化
  203.           adc_init();
  204.                
  205.     OLED_Clear();//清屏
  206.        

  208.     OLED_ShowString(1,1,"TDS:");
  209.        
  210. //TDS 接A1
  211. //接上串口模块 A9-RX   A10-TX
  212. //波特率115200
  213. //接好后，直接打开串口软件看输出TDS值。
  214. //注意,如果启用温度补偿，需要解开”温度数据转换“调用，然后把读到的值更新到TDS温度补偿值中即可。
  215. //其他OLED显示是屏蔽了，要是OLED显示，解开初始和调用函数屏蔽即可。

  217.   while(1)
  218.         {       
  219.                
  220.                         if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_1) == 0 && a==0 && sta ==0)
  221.                         {       
  222.                                         text1();       
  223.                                 sta = 1;
  224.                         }
  225.                         if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_1) == 0 && a==0 && sta ==1)
  226.                         {       
  227.                                         text2();       
  228.                                 sta = 2;
  229.                         }
  230.                         if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_1) == 0 && a==1 && sta ==2)
  231.                         {       
  232.                                         text3();       
  233.                                         sta = 3;
  234.                         }
  235.                        
  236.        
  237.                         if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_1) == 0 && sta==3 )
  238.                         {       
  239.                                         text3();       
  240.                                 sta = 3;                               
  241.                         }
  242.                
  243.                
  244.         }
  245. }       


  248. /*********************************************END OF FILE**********************/
复制代码


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HZ711+hcsor04源程序.7z (198.11 KB, 下载次数: 8)

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