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设计说明书

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远程遥控水质监测船研究与设计

摘要

在水域生态监测、水产养殖、水环境治理等场景中,水体温度、pH值、浑浊度、光照强度、TDS浓度是评判水质状况、水域生态环境质量的核心参数。传统人工水质采样检测模式存在检测范围有限、监测时效性差、数据采集零散、人工成本较高、无法实现水域全域动态监测等问题,人工定点采集的静态数据难以满足水环境常态化、精细化管控需求。本文设计一款基于STM32F103C8T6单片机的远程遥控水质监测船系统。系统集成多维度水质参数检测、环境光照采集、本地数据显示、4G远程数据传输、设备远程操控、云端数据存储与可视化分析等核心功能。搭载DS18B20防水温度检测模块、PH4502C酸碱度检测模块、TSW-30浑浊度检测模块、5516光照检测模块及TDS检测模块,可实时采集水域水温、水体pH值、水质浑浊度、环境光照强度与水体TDS浓度多项关键环境水质数据;设备搭载OLED显示屏,可本地实时直观展示所有监测参数,实现现场数据快速查阅。系统通过AIR780 4G通信模块建立远程数据传输链路,一方面可将实时监测水质数据同步上传至云平台后台,完成历史数据长效存储,支持数据折线图可视化展示;另一方面支持手机移动端远程操控监测船运行,工作人员可随时随地远程查看水质监测数据、管控监测设备运行状态。本系统有效解决了传统水质监测方式机动性差、监测数据滞后、管控不便、数据分析单一等痛点,实现了多参数水质指标自动化采集、设备远程智能控制、水质数据云端可视化分析,大幅提升了水域水质监测的智能化、机动化与精细化水平,适用于各类内陆水域、养殖水体的常态化水质监测工作,具备广阔的应用场景与推广价值。

关键词:远程遥控;水质监测船;STM32单片机;多参数水质采集;4G云端传输

Abstract

In scenarios such as water ecological monitoring, aquaculture and water environment treatment, water temperature, pH value, turbidity, light intensity and TDS concentration are the core parameters for evaluating water quality status and water ecological environment quality. The traditional manual water quality sampling and detection mode has problems such as limited detection range, poor monitoring timeliness, scattered data collection, high labor cost, and inability to realize dynamic monitoring of the entire water area. The static data collected manually at fixed points cannot meet the needs of normalized and refined management and control of the water environment. This paper designs a remote-controlled water quality monitoring ship system based on STM32F103C8T6 microcontroller. The system integrates core functions including multi-dimensional water quality parameter detection, ambient light collection, local data display, 4G remote data transmission, remote equipment control, and cloud data storage and visual analysis. Equipped with DS18B20 waterproof temperature detection module, PH4502C pH detection module, TSW-30 turbidity detection module, 5516 light intensity detection module and TDS detection module, it can real-timely collect multiple key environmental and water quality data such as water temperature, water pH value, water turbidity, ambient light intensity and water TDS concentration. The device is equipped with an OLED display screen, which can directly display all monitoring parameters locally in real time for on-site quick data inquiry. The system establishes a remote data transmission link through the AIR780 4G communication module. On the one hand, it can synchronously upload real-time monitored water quality data to the cloud platform background to realize long-term storage of historical data and support visual display of data through line charts. On the other hand, it supports remote control of the monitoring ship through mobile terminals, allowing staff to view water quality monitoring data and manage and control the operating state of monitoring equipment anytime and anywhere. This system effectively solves the pain points of traditional water quality monitoring methods such as poor mobility, lagging monitoring data, inconvenient management and control, and single data analysis. It realizes automatic collection of multi-parameter water quality indicators, remote intelligent control of equipment, and cloud visual analysis of water quality data, which greatly improves the intelligence, mobility and refinement level of water quality monitoring. It is suitable for the normalized water quality monitoring of various inland waters and aquaculture water bodies, and has broad application scenarios and promotion value.

Keywords:Remote Control; Water Quality Monitoring Ship; STM32 Microcontroller; Multi-parameter Water Quality Collection; 4G Cloud Transmission

目  录

远程遥控水质监测船研究与设计

摘要

Abstract

目  录

第1章 绪论

1.1 研究背景及研究意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.2.3 研究现状总结

第2章 系统总体方案设计

2.1 系统总体方案设计

2.2 主要模块方案选择

2.2.1 主控模块方案选择

2.2.2 水温检测模块方案选择

2.2.3 pH检测模块方案选择

2.2.4 浑浊度检测模块方案选择

2.2.5 光照检测模块方案选择

2.2.6 TDS检测模块方案选择

2.2.7 显示模块方案选择

2.2.8 4G通信模块方案选择

第3章 系统硬件电路设计

3.1 主控模块电路

3.2 水温检测模块电路

3.3 pH酸碱度检测模块电路

3.4 浑浊度检测模块电路

3.5 光照检测模块电路

3.6 TDS浓度检测模块电路

3.7 OLED显示模块电路

3.8 AIR780 4G无线通信模块电路

第4章 系统程序设计

4.1 编程软件介绍

4.2 系统主流程设计

4.3 OLED显示屏子流程设计

4.4 温度检测模块子流程设计

4.5 浑浊度检测模块子流程设计

4.6 水质检测模块子流程设计

4.7 光照检测模块子流程设计

4.8 PH检测模块子流程设计

4.9 4G模块联网子流程设计

4.10 继电器模块子流程设计

第5章 系统仿真测试

5.1 仿真测试环境与方案

5.2 水温参数采集仿真测试

5.3 pH酸碱度采集仿真测试

5.4 水体浑浊度采集仿真测试

5.5 环境光照强度采集仿真测试

5.6 TDS水质浓度采集仿真测试

5.7 OLED显示与人机交互仿真测试

5.8 4G通信与远程控制仿真测试

5.9 仿真测试小结

第6章 系统实物测试

6.1 整体实物测试

6.2 水温检测模块功能测试

6.3 pH酸碱度检测模块功能测试

6.4 水体浑浊度检测模块功能测试

6.5 光照强度检测模块功能测试

6.6 TDS水质浓度检测模块功能测试

6.7 OLED显示模块功能测试

6.8 4G通信与远程控制模块功能测试

6.10 整体实物测试小结

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 未来展望

致谢

参考文献

附录1:原理图

附录2:pcb图

附录3:主程序

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