基于物联网的小区供水系统监测与控制设计与制作.docx

本科毕业裕文f<¼题目：基于物联网的小区供水系统监测与控制设计与制作院（系）名称:电气信息工程学院学生姓名:学号:专业:指导教师姓名:论文提交时间:基于物联网的小区供水系统监测与控制设计与制作摘要本文主要研究了基于物联网的小区供水系统。随着城市化进程的加快，小区供水系统的管理变得越来越重要。传统的供水系统采用人工巡检和手动操作的方式，存在着监管不到位、水资源浪费等问题。本文提出了一种基于物联网技术的小区供水系统监测和管理方案。该方案采用传感器采集供水系统的运行数据，通过云平台进行数据处理，并在监测到异常时进行报警提示，从而实现对整个小区供水系统的实时监测和管理。在实现该方案的过程中，采用了多种技术，包括传感器技术、云计算技术和物联网技术等。通过这些技术的结合，成功地实现了小区供水系统的实时监测和管理，并取得了较好的效果。本文的研究成果对小区供水系统控制具有重要的实际意义。通过采用物联网技术，可以实现对小区供水系统的实时监测和管理,从而提高供水系统的运行效率和水资源的利用效率。同时,该方案可以减少人工巡检和手动操作的需求，降低管理成本，提高管理效率。因此，该方案具有广泛的应用前景。本文根据设计方案完成设备的选型，选用STM32F103C8T6作为主控芯片设计多路信号采集系统;采用MCGS触摸屏进行现场人机交互；利用4G物联网通讯技术实现下位机与物联网云平台的通讯。通过嵌入式信息采集系统与物联网相互结合的方式实现供水管网的远程监控。关键词：小区供水，供水管网，物联网，STM32DesignandProductionofMonitoringandControlforResidentialWaterSupplySystemBasedontheInternetofThingsABSTRACThisarticlemainlystudiesthecommunitywatersupplysystembasedontheInternetofThings.Withtheaccelerationofurbanization,themanagementofwatersupplysystemsinresidentialareashasbecomeincreasinglyimportant.Thetraditionalwatersupplysystemadoptsmanualinspectionandoperationmethods,whichhaveproblemssuchasinadequatesupervisionandwasteofwaterresources.ThisarticleproposesamonitoringandmanagementschemeforresidentialwatersupplysystemsbasedonInternetofThingstechnology.Thisschemeusessensorstocollectoperationaldataofthewatersupplysystem,processesdatathroughcloudplatforms,andprovidesalarmpromptswhenabnormalitiesaredetected,therebyachievingreal-timemonitoringandmanagementoftheentirecommunity'swatersupplysystem.Intheprocessofimplementingthissolution,varioustechnologieswereadopted,includingsensortechnology,cloudcomputingtechnology,andInternetofThingstechnology.Throughthecombinationofthesetechnologies,real-timemonitoringandmanagementofthecommunitywatersupplysystemhavebeensuccessfullyachieved,andgoodresultshavebeenachieved.Theresearchresultsofthisarticlehaveimportantpracticalsignificance.ByadoptingIoTtechnology,real-timemonitoringandmanagementofthecommunitywatersupplysystemcanbeachieved,therebyimprovingtheoperationalefficiencyofthewatersupplysystemandtheutilizationefficiencyofwaterresources.Atthesametime,thissolutioncanreducetheneedformanualinspectionsandoperations,reducemanagementcosts,andimprovemanagementefficiency.Therefore,thisschemehasbroadapplicationprospects.Thisarticlecompletestheequipmentselectionbasedonthedesignplan,andselectsSTM32F103C8T6asthemaincontrolchiptodesignamulti-channelsignalacquisitionsystem;UsingMCGStouchscreenforon-sitehuman-machineinteraction;Utilize4GIoTcommunicationtechnologytoachievecommunicationbetweenthelowercomputerandtheIoTcloudplatform.BycombiningembeddedinformationcollectionsystemswiththeInternetofThings,remotemonitoringofwatersupplynetworkscanbeachieved.KEYWORDS:Communitywatersupply,Watersupplynetwork,InternetofThings,STM32目录第1章绪论错误!未定义书签。1.1研究背景及意义11.1.1研究背景11.1.2研究意义21. 2国内外研究现状21.3研究内容4第2章系统的总体设计52. 1需求分析52.2问题解决方案62.3系统主要功能72.3.1信息采集模块72.3.2电磁阀控制模块72.3.3系统报警模块72.3.4人机交互模块72.3.5zc.82. 3.6变频恒压供水模块82.4PID控制算法和PID调节器8第3章系统硬件设计103. 1系统硬件总体设计104. 21'1.i、-'113.2.1单片机选型113.3STM32最小系统123.3.1电源电路133.3.2时钟电路143.3.3SWD调试电路143.3.4复位电路153.3.5RTC时钟电路153.3.6IIA163.4信息采集模块电路设计163.4.1水压传感器设计163. 4.2液位传感器设计173.5 电磁阀控制模块设计183.6 报警系统设计193.7 人机交互设计203.8 8变频恒压供水模块设计213.9 4G模块电路设计22第4章系统软件设计243.10 统软件总体设计243.11 统主程序设计253.12 位检测程序设计264. 4恒压供水程序设计265. 5电磁阀子程序设计286. 6报警程序设计287. 7人机交互界面设计298. 8云平台通讯程序设计30第5章物联网云平台数据可视化的设计329. 1云平台的概念325.2 物联网云平台的选择325.3 阿里云平台的介绍335.4 云平台的使用345.4.1创建产品345.4.2创建设备355.4.3生成物模型365.4.4 添加自定义功能365.4.5 发布上线385.5云平台数据可视化制作39第6章系统调试406.1 软件设计原理及设计所用工具406.2 实物展示416.3 调试目的416.4 调试流程416.4.1系统上云调试416.4.2水泵转速调试426.4.3系统的性能和稳定性调试446.5调试总结45参考文献47第1章绪论1.1 斫究背景及意义1.1.1 研究背景水是人类赖以生存的重要资源之一。如果人类文明，农业，工业等的发展脱离了供水的管制，它将变得难以为继O而在日常生活中，供水系统是整个城市运转的关键,在供水手段方面需要根据实际的供水需求进行改善和改进，改造升级传统的供水方式,以满足不同需要和不同使用场景。随着城市化进程的推进，我国供水事业快速发展,经历了大规模的新建和改扩建。目前，用水普及率已经超过了97%。物联网是互联网技术和传感技术发展到现代的必然产物。随着物联网技术的快速发展，越来越多的传感器和设备被应用于城市基础设施中，使得城市的运行更加智能化和高效化。小区供水系统作为城市水务领域的重要组成部分，也开始应用物联网技术，以提高供水的稳定性和可靠性。小区供水系统通过监测管网压力和水流量等参数，自动控制水泵的启停和输出压力，以保持供水系统的恒定压力，从而解决了传统供水系统中水压不稳定的问题。然而，微电子技术的进步和产业技术的升级,使人们对供水系统的可靠性、节能和供水质量提出了更高的要求。在实际应用中，小区供水系统也面临着一些挑战。例如,传统的小区供水系统通常需要手动调节水泵的输出压力，这需要大量的人力和时间成本。此外，由于城市供水系统的复杂性和规模，小区供水系统的设计、安装和维护也需要高水平的技术和管理能力。为了应对这些挑战，越来越多的研究开始将物联网技术应用于小区供水系统中。物联网技术可以实现实时监测和控制水泵的输出压力和流量，自动调节水泵的工作状态，从而提高供水系统的稳定性和可靠性。此外，物联网技术还可以对供水系统进行远程监控和数据分析，以实现更加精细化的管理和运营。本研究旨在探讨物联网技术在小区供水系统中的应用，分析现有的小区供水系统设计和管理方法，并提出一种基于物联网的小区供水系统设计方案。在此基础上，本研究将实现一个小区供水系统的原型，并对其进行实验和测试，以验证其性能和可行性，以实现更加智能化和高效化的城市水务服务。1.1.2 研究意义现代生活中人们对饮用水供水质量，特别是供水系统可靠性的要求不断提高O本研究的意义在于探讨基于物联网的小区供水系统的设计和管理方法，以提高城市供水系统的稳定性和可靠性。具体来说，本研究的意义包括以下几个方面：首先，提高了城市供水系统的稳定性和可靠性。基于物联网的小区供水系统可以实现实时监测和控制水泵的输出压力和流量，自动调节水泵的工作状态，从而保持供水系统的恒定压力。这有助于解决传统供水系统中水压不稳定的问题，提高供水系统的稳定性和可靠性。其次，降低了运营成本。基于物联网的小区供水系统可以实现自动化控制和远程监控，减少了人力和时间成本，降低了运营成本。同时，该系统还可以对供水系统进行智能化管理，提高了管理效率。第三，促进城市水务服务的可持续发展。基于物联网的小区供水系统可以实现更加精细化的管理和运营，减少了供水浪费，提高了供水效率。这有助于促进城市水务服务的可持续发展。最后，为其他城市基础设施的智能化升级提供借鉴。基于物联网的小区供水系统是城市基础设施智能化升级的一个典型案例，本研究的成果可以为其他城市基础设施的智能化升级提供借鉴和参考。综上所述，本研究的意义不仅在于提高城市供水系统的稳定性和可靠性，还在于促进城市水务服务的可持续发展，为城市基础设施的智能化升级提供借鉴。1.2 国内外研究现状小区供水系统是城市供水系统的重要组成部分，其稳定性和可靠性对于城市居民的生活和工作至关重要。在过去的几十年里，小区供水系统的设计和管理方法得到了不断的改进和完善，并且在近年来，随着物联网技术的发展和应用，基于物联网的恒压供水技术也逐渐受到研究者的关注。在中国，也有很多学者和专家关心此项民生问题。2018年7月，陈佳榕就重视城市供水管网改造项目的问题，积极参与项目的讨论和研发o近年来，国内的恒压供水系统研究不断取得新的进展。主要研究方向包括恒压调节理论、恒压供水系统的建模和仿真、恒压供水系统的控制策略等。调节理论是恒压供水系统设计的基础，研究恒压调节理论对于完善恒压供水系统的设计和管理具有重要的意义。国内研究者在恒压调节理论方面进行了深入的研究，提出了一系列恒压调节方法和算法，如基于模糊控制的恒压调节方法、基于神经网络的恒压调节方法等。恒压供水系统的建模和仿真是恒压供水系统设计和优化的重要手段之一。国内研究者在恒压供水系统的建模和仿真方面进行了广泛的研究,应用了各种建模方法和仿真工具,如MAT1.AB、SimUlink等，并开展了一系列仿真实验和验证。恒压供水系统的控制策略是保证系统稳定性和可靠性的关键，国内研究者在恒压供水系统的控制策略方面进行了深入的研究，提出了多种恒压控制策略，如PID控制策略、模型预测控制策略等，并进行了实验验证。在我国也有许多研究人员对此进行了相应的研究。张一凡、翟建国等人在2019年使用物联网技术和计算机云计算的帮助下，进行供水管网漏损控制系统的设计。国外研究者对于供水系统的研究也取得了不少成果，主要研究方向包括基于物联网的恒压供水系统、恒压供水系统的控制策略和优化等。随着物联网技术的发展和应用，基于物联网的小区供水系统成为研究热点之一。国外研究者在基于物联网的恒压供水系统的设计和管理方面进行了深入的研究，提出了一系列新的控制策略和算法，如基于模型预测控制的恒压控制策略、基于智能优化算法的恒压控制策略等。小区供水系统的控制策略和优化是保证系统稳定性和可靠性的关键，国外研究者在小区供水系统的控制策略和优化方面进行了深入的研究，提出了多种新的控制策略和优化算法，如基于模型预测控制的恒压控制策略、基于人工智能算法的恒压控制策略等。总体而言，国内外研究者对于小区供水系统的研究已经取得了很多成果，但是仍存在一些问题和挑战，如系统稳定性和可靠性的提高、能耗的降低、系统运行成本的降低等。随着城市化进程的不断加快以及城乡供水一体化的推进，需水量增大，水资源的供求矛盾越来越突出O因此，未来的研究方向应该是进一步完善恒压供水系统的设计和管理方法，提高系统的稳定性和可靠性，降低系统运行成本，促进城市供水系统的可持续发展。1.3 研究内容本文围绕基于物联网的小区供水系统的研究现状，根据系统的需求，对供水系统应该实现的功能进行了全面的设计。课题研究的主要内容如下：基于物联网小区供水系统采用单片机STM32设计并开发。该系统供水压力恒定，能对蓄水罐水位和供水管网水压进行实时监控，发生异常时及时报警。供水系统可根据管网运行状态和用户远程操作指令实现对系统的电磁阀控制，从而预防事故发生。此外，基于物联网小区供水系统能及时检测数据并上传至云平台，并且能远程控制报警和电磁阀的应对措施，实现全覆盖实时监控。本文将围绕上述的研究内容进行如下章节结构的安排：第1章主要叙述的是本文的研究背景，目的与意义、国内外发展现状的概述，给出主要研究内容与研究目标。第2章介绍基于物联网小区供水系统的总体设计要求，给出问题解决方案，明确设计思路。同时对相应模块功能进行简要介绍。第3章先对小区供水系统硬件进行了总体设计，再对主控芯片进行了选型，并介绍所选的主控芯片的最小系统。对硬件部分各电路进行设计，包括信息采集模块电路设计、电磁阀控制模块设计、报警系统设计等。第4章先介绍了系统软件部分的主要功能，再对各个模块进行了程序设计，包括流程的绘制并进行了相应代码的编写。包括系统主程序、液位检测程序、恒压供水程序等。第5章对云平台概念以及选择进行了概述。介绍项目基于物联网的小区供水系统中云平台环境的创建和使用以及数据可视化的搭建。第6章对基于物联网小区供水系统进行了系统调试，即提出相应问题后进行功能验证并解决。具体为系统上云、水泵转速、系统稳定性的调试。第2章系统的总体设计2.1需求分析小区供水系统的主要功能为实现水资源的合理分配，因小区规模不断增大、高层建筑不断增多，致使二次供水管网成为解决水资源重新分配的唯一选择。小区供水系统主要由泵房和二次供水管网组成，小区供水系统示意图如图2.1所示。图2.1小区供水系统示意图其中泵房负责接收自来水厂而来的水资源，并对其进行加压后通过管网送至各建筑楼宇o泵房通常设在地下，起储水作用，但其工作环境阴暗潮湿，所以长期使用会导致电机和相关控制设备的损坏，也容易发生漏水危险，给装备或经济带来损失。供水管道同样位于地下，二次供水管网复杂而长，容易出现管道漏损等事故。因此，供水管理部门亟需一套有效监测泵房运行状态和管道状态信息的小区供水系统。1 .精确采集运行数据：监控系统要求准确监测供水管网的信息和设备运行参数，确保数据的准确性。2 .可靠的电磁阀控制功能：系统可根据管网运行状态和用户远程操作指令实现对系统的电磁阀控制，提高系统稳定性。3 .异常报警功能：系统可以自主判断管网运行状态是否异常，一旦发生异常，及时推送报警信息，保障供水系统的安全运行。4 .人性化的人机交互：在泵房设置交互屏幕，实时显示泵房运行状态信息，确保显示的运行数据精准，同时设置高效的人性化交互界面，方便管理人员进行设备维护。5 .云平台监测功能：将供水管网运行数据实时发送至云平台，监控中心管理人员可通过云平台实时监测运行状态。6 .变频恒压供水功能：采用变频恒压技术，保证供水系统的供水压力稳定。2.2 问题解决方案基于以上需求，系统设计方案如下：小区供水系统采用一个主控芯片实现，芯片上接信息采集模块，人机交互模块，变频恒压供水模块以及报警模块，再借助通讯模块，用云平台提供的通讯协议支持，借此将数据传入云平台，云平台将数据以数据流的方式进行展示，利用云平台数据可视化开发一个人机交互界面并进行远程控制。总体设计框图如图2.2所示。图2.2总体设计框图2.3 系统主要功能231信息采集模块信息采集模块是基于物联网小区供水系统的重要组成部分，其作用是采集系统监控数据，为系统提供实时的监控信息，从而帮助系统实现对供水情况的有效监管和控制。为满足用户需求，信息采集模块分为两个部分，一部分采集蓄水罐液位高度，另一部分采集管道水压。小区供水系统的信息采集模块拟采集蓄水罐液位高度和管道水压的数据。2.3.2 电磁阀控制模块电磁阀控制模块的主要功能是实现对系统的电磁阀控制，并通过人机交互模块来进行操作。用户可以通过人机交互模块来对系统进行的远程控制。小区供水系统的电磁阀控制模块采用电磁阀来控制水的流动，在泵房和管网均设置电磁阀，在系统发生故障时,关闭电磁阀对系统相应位置进行维修处理。2.3.3 系统报警模块系统报警模块的主要功能是监测系统运行状态和异常情况，并及时向用户发出报警信息，以便用户能够及时采取措施来防止事故的发生，本系统采用报警模块来实现对系统的异常情况监测，再供水系统发生管道漏水等现象时进行报警。2.3.4 人机交互模块人机交互模块的主要功能是提供用户友好的人机交互界面，方便用户对系统进行监管和管理。本系统的人机交互模块能对供水系统开关进行控制，防止出现蓄水罐溢水或蓄水不足等现象。2.3.5 N平台模块云平台模块的主要功能是实现对系统数据的远程监控和管理。本系统采用云平台模块来实现对系统数据的远程监控和管理，即对水压，液位高度，和变频器进行控制和检测。2.3.6 变频恒压供水模块变频恒压供水模块是物联网小区供水系统中的重要部分，其主要功能是实现对供水系统的恒压控制和流量的调节，以保证系统恒压供水的功能。该模块由变频器和水泵构成，本系统采用变频恒压供水模块来实现恒压供水，并具备以下特点：1 .变频调节，变频恒压供水模块采用变频器来控制水泵的转速，实现对水流量和水压的精确调节和控制。通过变频器的变频功能，能够根据实际需求来自动调节水泵的转速，从而实现恒压供水和节能降耗的效果。2 .恒压控制，变频恒压供水模块通过PID算法来控制水泵的转速，实现对系统的恒压控制。PlD算法能够根据当前的水压和设定的目标水压来自动调节水泵的转速，从而实现恒压供水的效果。同时，变频恒压供水模块还具有过流、过载、欠压、过压等保护功能，能够保障系统的安全运行2.4 PID控制算法和PID调节器本设计就是通过单片机实现的PID调节器来实现水压的恒定，并自动调节水泵的数量。PID算法是一种基于反馈控制的控制算法。它的全称是比例积分-微分控制算法，。是通过对误差的比例、积分和微分进行加权求和，来调节控制量的大小，从而实现对被控对象的精确控制。在小区供水系统中，PID控制算法可以用来调节水泵的流量，以实现水压的稳定控制。具体来说，PlD控制算法由三个部分组成：1 .比例(P)控制：比例控制是根据被控对象的误差量来调节控制量大小的。如果误差大，控制量就会增加；如果误差小，控制量就会减小。在小区供水系统中，比例控制可以通过水泵的转速来调节水流量，从而实现对水压的控制。2 .积分控制：积分控制是根据被控对象误差的累计值来调节控制量大小的。如果误差一直存在，累计误差就会逐渐增加，此时积分控制就会逐渐增加控制量，以减小误差。在小区供水系统中，积分控制可以通过增加水泵运行时间来调节水流量，从而实现对水压的控制。3彳散分(D)控制：微分控制是根据被控对象误差的变化率来调节控制量大小的。如果误差变化速度很快，此时微分控制就会逐渐增加控制量，以平稳地调节误差。在小区供水系统中，微分控制可以通过调整水泵转速的变化率来调节水流量，从而实现对水压的控制。综上所述，PID控制算法在小区供水系统中可以用来调节水泵的流量，以实现水压的稳定控制。这种算法在工业自动化控制中得到了广泛应用，具有简单、稳定、精度高等优点，实现PlD控制算法的结构图如图2.3所示。而PlD控制器是一种由比例、微分、积分三部分组成的控制器，因其可靠性高、算法简单、鲁棒性好等优点，在工业领域中被广泛的应用俅IUmm.。参考输入r又控制量U,被控输出VQ对象-T”反馈信号图2.3实现PID控制算法的结构图总的来说，在小区供水系统中，PlD算法与PlD调节器起到很重要的作用，它们控制变频器的输出更加精确和稳定，从而提高控制系统的效率和性能。第3章系统硬件设计3.1 系统硬件总体设计本项目硬件部分设计的主控芯片采用STM32单片机。信息采集模块分别有水压采集电路和液位检测电路。电磁阀控制模块采用电子阀来进行控制，报警模块则选择有源蜂鸣器作为报警器件，通信模块为4G模块（华为me909s-821）通过mqtt协议将数据上传云平台，人机交互模块采用MCGS触摸屏，系统硬件设计结构图如图3.1所示。3.2 主控芯片选型基于物联网小区供水系统有两种主要的供水方式，分别是基于单片机和通用变频器的小区供水系统以及基于P1.C和专用变频器的小区供水系统。这两种方式各有其独特的特点，第一种方式价格实惠、通用性强、易于操作，而第二种方式抗干扰能力强，应用范围广泛。考虑到第一种方式价格更加便宜且能很好的实现系统要求，本设计选择了第一种，单片机和通用变频器来设计该系统，并通过对系统进行优化来提高其抗干扰能力，以体现其通用性强、易于操作的优点。3.2.1 单片机选型单片机种类繁多，常见的有STM32单片机和51单片机。本设计选择STM32作为单片机更加合适，原因如下：1 .处理能力更强：在基于物联网的小区供水系统中，需要对传感器采集到的数据进行处理和分析，同时还需要进行远程监控和数据传输等操作。这些任务需要较高的处理能力和运行效率，而STM32采用32位架构，相比51单片机，处理能力更加强大，能够更快地完成这些任务。2 .接口资源更多：在物联网的应用中，需要进行大量的数据通信和传输，而与51单片机相比，STM32拥有更多的接口资源，如4G、WiFi、蓝牙、ZigBee等，能够更好地满足数据传输和通信的需求。3 .功耗低：在小区供水系统中，需要长时间稳定地运行，因此需要保证系统的低功耗和高效能。STM32采用功耗管理技术，能够更好地管理系统的功耗，同时在保证系统高效能的情况下节省能源。4 .开发工具便捷多样：STM32拥有成熟的开发工具和生态系统，可以更加便捷地进行开发、调试和测试工作。此外，STM32的开发工具也支持多种编程语言，如C、C+、PythOn等，让开发者更加自由地选择开发方式。5 .更高的可靠性和稳定性：虽然STM32相对于51单片机有着更高的成本，但是在考虑到整个系统的稳定性和可靠性时，这些额外的成本是值得的，特别是在物联网应用中，系统的可靠性和稳定性尤为重要。综上所述，选择STM32作为单片机更加合适，它拥有更加强大的处理能力、更丰富的接口资源、更低的功耗、更成熟的开发工具和生态系统。同时，在物联网的应用场景下，系统的可靠性和稳定性尤为重要，因此选择STM32这样的高性能单片机是非常有必要的。STM32单片机实物图(Stm32fl03c8t6)见图3.2。BllBlOBlBOA7A6ft5MA3A2AlftC15C14C13UBOOOOoooooooooooooKlOooooooooooooooooooa1213BM15AA9AlOAllA12A15B3B4056687BB695UG3.3图3.2STM32单片机(stm32f103c8t6)3.3 STM32最小系统STM32单片机作为小区供水系统的关键部分，选择意法半导体所生产的低功耗、时钟频率高、开发简单的STM32F103C8T6。根据STM32FI03C8T6的内核要求及工作特点，本小节对STM32F103C8T6最小系统电路进行设计。单片机最小系统是由最少的元件组成的系统，可以用来使单片机工作。本系统的最小控制系统由电源电路、单片机、复位电路、时钟电路、RTC时钟电路和SWD调试电路组成，设计的STM32单片机最小系统如图3.3所示。,a1.4xiirCIAX11IMF-F-Kl<-i?INi-K,I<WO2OIrT一：OSCINj,r4三"陪”A-WMF4IM'CHlFnl盘HKIADCIM7i2Cw.南:FAM：MtT：TX2Cl9Ca11M:CW疝HiPAMAAIT2RXADCn11V2JW应重WTlHIJWTlUi:MJOT11rtxM)ATIWcHW.I>IMiViIHl，m收J.U.l1.J泳W潜即_U-11*UX11M>finr.114T1.工ISljJr11¾3/EfzmoawTTJT黑黑丁xI”J工叫R”打EIMSnAqSMiD*、烹X1T篇:一”,4ENSiADCIM<S11IMXMXaWrAbSHIUISOAtMAIAMXIMW)TIIMlITtM1MllSMMSTIM'II：FM>WUXIS>UIMI(IbmMIM1HMI(r”皿ISAKTIRXTMICNPA*11AM11TXTlVIOUPAlliMICMIMOlMIS%PCM(IMTIUlCH1、MnjnWPAI<)11MrAI41111C5M1.KVW1V3；AK11MS-T)；>,UkF*iMv*STMrrKMW图3.3STM32单片机最小系统在此对各部分的作用进行介绍。3.3.1 电源电路STM32的电源电路主要由电源管理芯片、滤波电容、电源开关、电源指示灯、电池充电管理电路、外部电源接口、超级电容等组成。它负责稳定电源供应、管理系统电源状态和保护等重要功能，是系统的基础组成部分。VCC31cqC3CqqGND图3.4电源电路3.3.2 时钟电路STM32的时钟电路主要由晶振、时钟发生器、时钟分频器等组成。它负责为系统提供稳定的主频和各种时钟信号，以保证系统的正常运行和数据处理。时钟电路是STM32系统的核心部分，对系统性能和稳定性都有着重要的影响。图3.5时钟电路3.3.3 SWD调试电路P34321DcbiSTM32的SWD调试电路是一种调试接口，主要用于连接开发板和调试工具进行程序调试和下载。它包括两个信号线：SWDlO和SWC1.K,可实现快速下载和调试。SWD调试电路是STM32开发过程中必不可少的组成部分，可以提高开发效率和调试精度。VcC3.3GNDWD1OPA13SW<IKPAM图3.6SWD调试电路3.3.4 复位电路STM32的复位电路是一种用于实现系统复位的电路，主要由复位按钮、复位电路、复位时钟电路等组成。它可以在系统异常或需要重启时实现快速、可靠的复位功能。复位电路对于STM32系统的可靠性和稳定性具有重要的保障作用。图3.7复位电路3.3.5 RTC时钟电路STM32的RTC时钟电路是一种低功耗时钟电路，主要由低功耗晶振、时钟校准电路、RTC模块等组成。它可以在系统关闭时依然保持时钟运行，以实现对时间等数据的精确记录和管理。RTC时钟电路是STM32系统中重要的时间管理部分，对于需要时间记录和管理的应用场景具有重要作用。图3.8RTC时钟电路3.3.6 滤波电路STM32的滤波电路主要用于对输入信号进行滤波处理，以去除噪声和杂波，保证系统的稳定性和精度。它主要由RC滤波器、低通滤波器、高通滤波器等组成。滤波电路在STM32系统中应用广泛，可以提高系统的可靠性和稳定性。VCC3.3图3.9滤波电路3.4 信息采集模块电路设计3.4.1 水压传感器设计小区供水系统作为供水系统，对于水压的监控是必不可少的。水压传感器是一种用于测量水压力的传感器，它常常被用于人们的生活供水设施中。水压传感器的工作原理主要是通过测量水压对传感器内部的感应元件（如应变片、压阻等）的变化来实现。当水压作用于感应元件时，感应元件会产生相应的变形，从而改变电路的电阻、电容、电感等特性，最终将水压信号转换为电信号输出。其电路图如图3.10所示，实物图如图3.11所示：图3.10水压传感器电路图图3.11水压传感器实物图3.4.2 液位传感器设计液位传感器是一种用于测量液位的压力传感器，常被应用于人们的生活供水设施中。液位传感器利用所测液体的静压与液体高度成比例的原理，通过采用隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容将静压转换为电信号，并通过温度补偿和线性修正将其转化为标准电信号，最终输出4-2OmA标准信号供给显示仪表。液位传感器可以实现非接触式、自动化的液位测量，具有高精度、高可靠性、长寿命等特点，广泛应用于各种工业生产和民用领域。该传感器具有固态结构，无可动部件，高可靠性，使用寿命长的优点，同时还具有耐酸、防潮、防震、防腐蚀等特性。该传感器为模块电路，内部含有恒流反馈电路和内保护电路，它们可可靠地保护电源并避免二次仪表损坏。恒流反馈电路可以保证输出电流的稳定性和精度，而内保护电路则可以防止因外界因素（如过压、过流等）对液位传感器造成损坏。此外，液位传感器的安装方便，结构简单，经济耐用，可以满足各种不同场合的需求。它们具有高精度、高可靠性、长寿命等特点，广泛应用于各种工业生产和民用领域。其电路图如图3.12所示，实物图如图3.13所示:图3.12液位传感器电路图1.I1.MVVV图3.13液位传感器实物图3.5 电磁阀控制模块设计电磁阀控制模块采用电磁阀驱动，实现对水的流动和流向的控制。电路在正常供工作时，节点处的电磁阀保持打开状态。当系统出现漏损状态时，STM32会电路关闭电磁阀。该电路不但可以提供稳定的电压和电流，保证电磁阀的正常工作，而且可以根据需要调整电压和电流的大小，实现对电磁阀的精确控制。还保证电磁阀的长期稳定工作,从而提高设备的可靠性和稳定性。其电路图如图3.14所示，实物图如图3.15所示:图3.14电磁阀控制模块电路图图3.15电磁阀控制模块实物图3.6 报警系统设计在该系统中，有源蜂鸣器作为报警器件，可通过控制脚连接单片机实现报警功能。当液位参数超过设定阈值时，控制器将发送信号给有源蜂鸣器，使其开始发出可听到的声音。为了保证报警的有效性，需要在设计电路时考虑以下几点：1 .选择合适的有源蜂鸣器：有源蜂鸣器具有内置振荡器，可产生较高的声音。2 .设定阈值：在进行电路设计时，需要根据具体应用场景，合理设定阈值，以确保报警能够在环境参数超过预设范围时及时触发。报警系统电路如图3.16所示，实物图如3.17所示图3.17报警系统实物图3.7 人机交互设计在基于物联网小区供水系统中，选用MCGS触摸屏TPC106Iti作为人机交互模块。MCGS触摸屏提供了丰富的人机交互功能，包括监测数据显示、报警信息提示、参数设置、历史数据查询等功能。用户可以通过触摸屏对系统进行操作和控制，并实时了解系统的运行情况和监测数据。同时，触摸屏还支持多语言界面、自定义界面、多种操作模式等功能，能够满足不同用户的需求。MCGS触摸屏通过密码保护、权限管理、数据加密等安全措施来保障系统的安全性和可靠性。系统管理员可以通过触摸屏对用户权限进行管理和控制，确保系统的数据和参数不受未授权的访问和修改。综上所述，MCGS触摸屏作为人机交互模块在小区供水系统中的应用，能够提供良好的用户体验和控制效果，有利于系统的监管和管理。TPC1601ti的外形及接口见图3.18oOTPC1061Ti图3.18TPC1601ti的外形及接口图3.8 变频恒压供水模块设计在小区供水系统中，变频恒压供水电路作为恒压供水的关键技术，为保证水压恒定,考虑用一个变频器控制三个泵。变频器会根据实际管道压力和给定压力的差异，自动调节泵的输出频率和电机转速。当实际管道压力低于给定压力时，变频器会提高输出频率和电机转速，以提高管道压力；反之，当实际管道压力高于给定压力时，变频器会降低输出频率和电机转速，以降低管道压力。这种自动调节的方式可以保持管道压力稳定，提高供水系统的效率和可靠性；通过多次上下调整，直到偏差值为零为止。其具体工作过程如