太阳能净水检测装置
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摘 要：针对我国对野外低成本便携净水检测装置拥有较少研究的情况下，文章设计出一种基于太阳能供电的净水检测装置。该装置利用双陶瓷滤芯进行物理过滤，紫外线杀菌消毒，可实现人类在野外环境下获得纯净饮用水，检测PH值、重金属含量等多项指标的功能。该装置适用野外作业、灾害救援等多种环境，并且可利用太阳能供电，符合当前节能环保需求，拥有良好的经济效益与发展前景。
关键词：STM32F103ZET6单片机;净水检测;太阳能;紫外线杀菌
中图分类号：TM615 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）14-0036-02
Abstract： In view of the situation that little research has been conducted on field low-cost portable water purification detecting device in China， this paper designed a solarpower water purification detection device using double ceramic filter for physical filtration， ultraviolet radiation sterilization， which can realize the function of obtaining pure drinking water in the field environment and detecting PH value， heavy metal content and so on. The device is suitable for field operation， disaster rescue and other environments， and can be powered by solar energy， which meets the current needs of energy saving and environmental protection， and has good economic benefits and development prospects.
Keywords： STM32F103ZET6 single chip microcomputer; water purification detection; solar energy; ultraviolet sterilization
假設灾害发生，供水系统面临瘫痪，自然水资源无法及时净化，此时一台可净水、过滤、检测的水源处理设备就显得十分重要。本装置具有利用太阳能循环供电，对自然界淡水过滤消毒杀菌，并实时检测显示水质质量等功能，在灾害救援、单兵作战、探险等具有十分重大的意义。
1 研究内容
（1）实现检测水源相关的数据功能，包括PH、浑浊度、有毒害物质等参数。（2）实现紫外线照射杀菌功能，达到国家饮用标准。（3）实现采用太阳能低功耗供电。
2 系统方案设计
2.1 系统总体方案设计
本设计的总体方案划分为净水部分、水质检测部分和太阳能供电部分三个部分，并由多个具体模块构成。
系统方案框图中各个模块的功能大致如下：（1）单片机控制模块：采集信息、数据处理协调和驱动系统，控制系统运转。（2）蓄电池与太阳能板：充当装置电源供电设备。（3）液晶显示屏：直观显示监测数据。（4）陶瓷滤芯过滤器：采用米格达思净水过滤器[4]过滤水体。（5）紫外线消毒模块：进行水体灭菌处理。（6）PH值检测电路：检测水体酸碱度。（7）浑浊度检测：检测水体浑浊度。（8）重金属检测：确定水源重金属是否超过饮用标准。
2.2 结构设计
2.2.1 紫外线消毒和检测装置模型设计
采用消毒和检测一体化设计与漫涌沉浸式杀菌消毒，安全性较高。
2.2.2 装置外壳模型设计
使用亚克力板制作而成，箱体底部增加了脚垫与内隔板，增强装置的稳固性能和实用性。
2.2.3 太阳能电池板安装设计
供电来源[3]主要来自太阳能电池板[2]和蓄电池，优势互补，提高装置续航能力。
2.3 电路设计
（1）单片机最小系统电路设计。使用STM32F103ZET6单片机[1]。（2）采用4.0寸TFT液晶彩屏接口与J-LINK接口电路设计，采用J-LINK下载调试方式，设置上拉电阻，确保控制信号的稳定。（3）系统电源供电电路设计。采用DC插座，在电源接入端设置自熔断保险丝，防止因外部原因造成的电路毁坏。在LM7805输入、输出端加保护二极管，防止电路中返向回流的电流击坏稳压管。增加滤波电容，保证电源稳定高效供电。（4）PH值检测模块电路设计。PH检测电路搭配北京雷磁PH检测探头。模块中增加了温度补偿电路，校准温度带来的误差。电路图如图1所示。（5）电池板充电控制电路设计。本设计中太阳能电池板的充电由系统闭环控制，二极管这时起导流的作用，从而保护三极管。在电源接入端增加一个倾倒掉电开关，防止电源与充电系统受外部破坏。控制电路如图2所示。
2.4 软件设计
（1）各模块监测程序的设计。先对ADC进行初始化，包括对ADC引脚配置和ADC模式配置，配置完成后启动测量。（2）紫外线控制模式程序的设计。本设计中紫外线灯管占据主要的功率消耗，因此需合理把控紫外线灯管的开关时间。
3 系统调试与结果验证
3.1 硬件调试
将电路划分模块，分步检查。
（1）电源板输出检查。用万用表对各焊点检测，确认没有线路短路、虚焊情况。（2）主控板的调试。短路测试，稳压芯片输出测试，连接PC进行程序下载测试。
3.2 软件调试
对系统各部分功能的编程测试，以及PH值、浑浊度的标定。
酸度影响模块电压。三种标准PH质溶液，与模块对应输出电压及计算结果如下表1。
4 结论
本设计是对太阳能户外净水检测装置的一个探索。利用太阳能电池板结合蓄电池供电，实现对过滤后的水进行紫外线杀菌消毒，PH值、浑浊度的检测。检测部分自动实现消毒、检测、数据处理，实时显示检测结果。装置的净水过滤器和检测装置可以单独使用的，实用性较强。太阳能电池板设置在装置箱体顶面，既可有效接收太阳光照射，又能节省装置空间。本装置成本较低，可满足广大群体;便携易带，满足野外、户外等需求。希望本产品的设计有利于国内便携式太能净水检测装置的探索与研发。
参考文献：
[1]李青.基于STM32的智能水质监测系统的研究和设计[D].合肥工业大学，2015.
[2]孙琼，李卫兵，史经伦，等.多功能太阳能探测船[J].电子设计工程，2014（10）：184-187.
[3]张强.水体净化的太阳能供电与控制系统研究[D].天津科技大学，2010.
[4]张旭东.净水设备应用“皇明模式”[J].现代家电，2011（25）：19.
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