使用無線wifi模塊廠家WiFi模塊設計游泳館水質監控系統，水是人類生產和生活必不可少的要素之一，常用于各種場合，人們在日常生活中很少離開水。現在很多人都喜歡到游泳館游泳，但很多游泳館的水質真的很糟糕，隨著天氣越來越熱，有越來越多的人希望能去游泳館游泳，同時，泳池里游泳的人數一旦增加，水質就會被污染，進而影響游泳館使用者的體驗和身體健康。尤其近年來游泳館水質問題尤為突出，有多家游泳館因水質不達標而被查處。所以，游泳池中應時時更換水源，或隨時監控水質，以確保水質安全。但即便是定期換水也無法保證游泳館水質處于健康狀態，而且人工檢測費用高，檢測頻度低，無法及時發現水質污染。因此，亟需運用現代電子技術和物聯網技術，開發一套實時、高效的游泳館水質監控系統。以便監督人員通過因特網獲得游泳館水質相關參數，從而節省游泳館費用，確保泳池水質安全，改善國內游泳館水質標準。

綜觀國內游泳池水質監測設備，目前市場上主要以全自動、便攜兩種水質監測設備為主，但價格便宜，能用物聯網連接手機移動端，實現實時監控的水質監測系統。為此，設計并實現了一個游泳館水質監測系統，以STM單片機為硬件核心控制器，采用無線wifi模塊廠家Wi-FiSoC和MQTT傳輸協議通過自行設計android手機APP作為接收客戶端，實現水質遠程監控。

以ST為硬件核心的游泳館水質監測系統，通過傳感器獲取游泳的水質參數，采用無線wifi模塊廠家Wi-FiSoC芯片和MQTT傳輸協議，實現了檢測數據與遠程服務器的實時同步；并且通過手機客戶端通知使用者，以實現泳池水質實時監控。并按照國內新的游泳池水質標準CJ/T244-2016《游泳池水質標準》規定，報警閾值(以下簡稱為閾值)，當安全指標超出閾值時，通過軟件向使用者發出報警。泳池快速檢測七項完整的水質監測項目包括：水溫、pH值、混濁度、大腸桿菌、細菌總數、尿素、該系統作為一種簡單、成本低廉的余氯監測預警系統，只對其水溫、PH值、濁度三項指標進行實時監控，可以增加額外的參數檢測。

其中包括四個部分：主控器、電源電路、信號接收模塊和傳感器。該系統采用的主處理器是STM單片機，本機是一款基于ARMCortex-M內核架構的32位微處理器，帶有64KB閃存。20KBSRAM與37個I/O接口，可配置I/O接口作為數字信號的輸入/輸出端口。單片微處理器主頻頻率72MHz，工作溫度在-40~85℃之間，需要提供2V-3.6V的電壓，完全滿足系統設計要求。ESP8266Wi-FiSoC是一款低功耗、高集成的WiFi芯片，工作溫度范圍從-40℃到125℃，性能穩定，價格穩定。該系統選用WiFi模塊，可以通過串口實現無線AP(COM_AP)模式，串口無線STATION(COM_STA)模式和串口無線AP+STA(COM_AP&STA)模式，此外，還具有一鍵配網(smartConfig)功能。

游泳場所水質監測系統中，單片機和無線wifi模塊廠家WiFi模塊需要供電電壓為3.3V，所需傳感器的供電電壓是4.0-5.0V，因此需要選擇提供3.3V及5V電壓的電壓源。本系統采用TPS73XXQ系列低壓差穩壓器，滿足系統要求，在I0=100mA時，其大極壓差為35mV(TPS7350)。

無線wifi模塊廠家WiFi模塊具有COM-AP模式、COM-STATIOM模式和COM-STA+AP模式，每一種模式各有其功能和適用場合。無線AP(COM_AP)串口模式是以模塊為熱點，通過其它設備接入WiFi模塊，通過串口實現信息交互。串口無線STA(COM_STA)模式是以模塊為客戶端，用來連接其它熱點模塊組成WiFi網絡。其中，串口無線AP+STA(COM_AP&STA)模式是將模塊作為熱點供其它設備訪問，同時也可與其它WiFi網絡連接。初始化單片機通過串口通訊的方式，用AT指令完成初的模塊配置和發送命令的操作。

MQTT是英文全稱MessageQueuingTelemetryTransport的消息隊列遙測傳輸的縮寫。它是一個IBM公司編寫的適合物聯網通信的傳輸協議。MQTT協議工作在TCP/IP協議系列上，通過發布(Publish)/訂閱(Subscribe)的模式工作，是一種消息協議，用于實現硬件性能較低、且網絡狀況不佳。

游泳池水PH值分別用PH傳感器檢測，用水濁度傳感器檢測游泳池水中的混濁程度，用溫度傳感器檢測泳池內水溫，判斷是否符合國家標準。詳細檢測過程為：單片機根據傳感器輸出電壓值，計算出檢測的實際值。如果是由傳感器輸出的模擬信號，則A/D轉換器將其轉換成實際檢測值輸出；如果是數字信號，單片機會根據傳感器手冊給出的公式解析數據，同樣返回實際檢測值。采用電位法測量原理的PH傳感器用于水質監測系統。由于溶液的PH值取決于溶液中H+的濃度，因此利用傳感器的電極系統將原電池構造成原電池。如果氣溫不變，所測液體的H+濃度與所測溶液中H+的離子交換電極上的玻璃膜和所測溶液中的電極間的電位有關，因此，只要檢測到它的電壓，就可以測量出被測液體的H+濃度，也就是PH值。通過傳感器測量到的氫離子的電壓信號符合能斯特方程，能量方程計算的是電極反應中，參與反應物由反應前的狀態轉化為反應后的狀態，所需耗功：E=E0+(RTlnα)/nF(1)而且E=E0+ED+E內參-E外接與ED(離子擴散電位)、E內參量、E外參數、E外接都是關于溶液溫度的函數，所以E0也是關于溫度的函數。因此，要控制E0為常數，要使溫度保持恒定，此時E就是a的一元函數。S=RT/nF是一個常數，pH=lna，由此可得：E=E0-S×pH(2),S=RT/nF=54.20+0.1984×t為理論斜率項；α表示氧化類型及還原型化學物質的活性(活度=濃度×活度系數)；氣體常數R=8.314472J/R=8.314472J·mol-1·K-1;mol-1=96485C.mol-1；單元mol；溫度T=273.15+t;E是檢測期間傳感器電極輸出電壓值。利用光學相關原理對水濁度傳感器進行了綜合計算，對水的混濁程度進行了計算，從而對水質進行了評價。感應器內部是一種輸出功率不變的紅外線對管，當紅外線通過同一段距離時，接收端收到的光度取決于混濁液體的混濁程度，液相混濁，透過的光通量越小。感應器將光的強度在接收端轉化成相應電流的大小，透過的光強越強，檢測器半導體中產生的電流就越大，相反，透過光強越弱，檢測器半導體內產生的電流就越小。該系統用來檢測水濁度傳感器，其測試溫度從-20℃到90℃之間返回模擬信號，考慮到混濁度和模塊輸出電壓的關系式：TU=-865.68xU+K(3)其中，TU是目前的濁度，U是指在當前溫度條件下，模塊輸出端檢測到的電壓值，K是截距值。數字式溫度傳感器是利用低溫系數晶振和高溫系數晶振的振蕩頻率，通過不同的溫度來反映環境溫度的大小。該系統采用數字溫度傳感器，測量溫度范圍在-50℃到120℃之間，并且在0~80℃范圍內測量精度在±0.5℃以內，滿足系統要求。

MCU需要對傳感器上載的電壓信息進行識別，并實現與因特網服務器的信息交互。系統啟動后，單片機首先進入系統初始化和參數配置階段，通過串口發送AT指令，啟動無線wifi模塊廠家WiFi模塊連接預設的路由器網絡，確認服務器連接成功后，系統進入低耗待機狀態。微處理器在服務器端接收數據查詢請求后，打開感應器，檢測池各項指標，并將檢測結果輸入數組送至遠程服務器。啟動時，如果WiFi模塊沒有響應，就會對WiFi模塊進行重復配置。

遠端手機客戶端主要實現接收單片機上載信息和顯示功能，打開手機APP，輸入服務器的IP地址，服務器端口，帳號，密碼等信息，完成與服務器的連接之后，移動電話APP將在主頁顯示單片機手機參數信息。同時，當客戶機遇到連接中斷、接收數據異常等問題時，將自動嘗試重新連接，并將錯誤信息推給用戶。以上述監測系統為基礎，采用20cm×10cm×10cm的容器模擬水池為實驗對象，設計了三組實驗，驗證了監測系統的可行性。

試驗一：將PH標準液加入容器中，分別用標準PH測試儀測定PH標準液的PH值，并與移動端APP顯示數據進行對比；
試驗二：通過加熱棒加熱水溫，將溶液溫度用溫度計測量，并與手機端APP顯示數據進行對比；
試驗三：采用視覺比濁法，不斷將NTU標準混懸液添加到純凈水中，并將其與移動端APP顯示的混濁度進行對比。

試驗主要驗證了監測系統中檢測器檢測準確度是否符合標準，以及系統在實際監測情況下數據的傳輸是否穩定。

在此基礎上，設計并實現了一套基于無線wifi模塊廠家WiFi和MQTT的水質監測系統。詳細說明了系統通過WiFi無線串口模塊和MQTT協議向移動端傳輸傳感器數據，實現實時監控的過程。通過實驗仿真對系統進行了驗證。本系統除可監測游泳館水質外，還可應用于污水處理廠、河流污染程度監測等場合。