多功能湖泊浮萍制作綜述*
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摘 要 如今我國的環境問題備受關注，因此對于環境的監管與治理也成為重中之重。本文設計的系統旨在能夠實時對水質進行監測并將數據儲存;而且能夠一定程度上實現對于水體中漂浮垃圾的打撈與清理。
關鍵詞 水質監測;垃圾收集;智能硬件
1 課題背景
如今環境惡化問題日益嚴重，國家與人民對于環境問題也前所未有的高度重視與關注。水乃生命之源因此對于水質的監測與保護就顯得尤為重要。生活污水、工業污水、養殖業污水等都深深地威脅著我們每一個人的生活與安全;因此能夠實時對水質進行監控就顯得尤為重要也將勢在必行。湖面漂浮垃圾問題也十分嚴重，然而湖面打撈大多是對于大型水域，二中小型水域更多的只能采用人工打撈，費時費力浪費人工，而且大多無法實現隨時清理。
2 工作要求
2.1 水質實時監測
特定的水質監測傳感器會對該的水域進行信息采集與檢測，并且將獲得的數據通過內部STM32芯片進行數據處理，將處理后的數據通過NRF24L01模塊傳遞到遙控的顯示屏上，便于岸上人們觀察數據，而且獲得數據會每隔一小時（時間可調）進行一次存儲，便于后期的分析與收集整理。
2.2 垃圾自動收集
通過遙控進行模式選擇，當選擇手動模式時，可通過遙控上相應按鍵對“浮萍”的運行軌跡進行遠程控制，實現特定打撈與設備回收與放置;當選擇自動模式時“浮萍”可按既定路線自動運行，而且可以通過遙控器上的“+”與“-”按鍵對于路線進行微調以適應不同水域。從而實現在水質監測的同時能夠對水面漂浮垃圾的清理與收集。
3 工作原理
3.1 硬件構成
水質信息采集模塊：DS18B20（溫度）、濁度檢測傳感器
本設備在水質信息采集方面采用了：DS18B20溫度傳感器與GE-TS型濁度傳感器。其中DS18B20是常用的數字溫度傳感器，其輸出的是數字信號，具有體積小，硬件開銷低，抗干擾能力強，精度高的特點[1];而GE-TS型濁度傳感器則是一種采集模擬量傳感器，傳感器工作原理是當光線穿過一定量的水時，光線的穿透量取決于該水中臟污物的量，當渾濁物的量增加時，穿透水樣的光線隨之減少[2]。
數據處理：STM32F103C8T6核心板
本設備采用的核心處理器為STM32F103C8T6，它是一款基于ARM Cortex-M 內核STM32系列的32位的微控制器，程序存儲器容量是64KB，需要電壓為2V～3.6V，工作溫度為-40°C ～ 85°C，最高工作頻率可達168MHZ，內置高速存儲器，豐富的增強型 I/O 端口和外設連接到外部總線[3]。
數據傳輸：NRF24L01
本設備要通過遠距離無線傳輸實現信息傳遞，使用NRF24L01來實現數據的傳輸，NRF24L01是一款單片射頻收發器件，工作于2.4GHz～2.5GHzISM頻段。內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調制器等功能模塊，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置[4]。nRF24L01功耗低，在以-6dBm的功率發射時，工作電流也只有9mA;接收時，工作電流只有12.3mA，在數據傳輸相對WiFi傳輸距離更遠，但傳輸數據量不如WiFi。
驅動設備：L298N步進電機驅動模塊
該設備的行動則是使用四個小型水泵實現的，而驅動四個小型水泵的驅動模塊則是使用L298N步進電機驅動模塊，L298N是ST公司生產的一款電機驅動芯片，L298N芯片內含兩個全橋式驅動器，可以同時驅動兩個直流電機或者一個兩相四線步進電機。邏輯輸入部分加入光電隔離模塊，從而更好地保護控制器;模塊最大輸入電壓為40V，單路峰值電流為3A，持續2A，最大功率不得超過25W。
3.2 程序分析
“浮萍”部分：首先通過DS18B20溫度傳感器與GE-TS型濁度傳感器兩種水質監測傳感器收集到所需的水質數據，并傳輸給內部的STM32F103C8T6核心板，核心板對采集回的數據進行數模轉換與相應處理，將數據轉換為具體數值，并將此數據顯示于外部的12864液晶顯示屏，且將數據通過NRF24L01傳輸給遠端的遙控之中。
遙控部分：通過NRF24L01接收“浮萍”傳輸而來的數據，并將數據顯示在遙控的12864液晶顯示屏上，且每隔一小時對于數據進行一次儲存，將其儲存于SD卡中便于后期數據整理與收集。
4 結束語
本文所提出的多功能湖泊浮萍旨在實現水質實時監測與數據采集，并應對中小型水域漂浮垃圾的打撈問題。水乃生命之源，只有實現了對水質的嚴格監管才能更好地實現對水質的保護與治理。該設計以大多水域常見的浮萍為外形，兼具美觀與實用性，致力減少對被測水域的生物的影響。力求該設計能適用于水域環境，實現其自身的實用價值，對于水質的與環境的保護停工一個有力有用的監測工具。
參考文獻
[1] 楊廷來.基于ZigBee和GPS的生態養殖無線監測系統研究[J].電腦知識與技術：學術交流，2017，（12X）：23-24.
[2] 傳感器專家網.GE濁度傳感器TS型渾濁度測量傳感器[EB/OL] http：//old.sensorexpert.com.cn/Products/GEzhuoduchuanganqiTS.html，2011.
[3] 普頓，蔣林，劉嚴亮，等. 基于藏文物聯網技術物流管理系統的設計與實現[J]. 電子設計工程，2011，（14）：8-12.
[4] 張馨月.基于51單片機的簡易智能小車設計[J].科技創新與應用，2017，（16）：83.
作者簡介
張洪櫪（1997），男;本科生，就讀于北方民族大學。
指導老師：韋海成。
*[創新項目] 本文是北方民族大學2018年國家級創新創業項目階段性成果。項目名稱：多功能浮萍制作;項目負責人：張洪櫪;項目編號：
201811407034。
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