基于STM32的鱼缸水质检测系统

水温+浑浊度+pH三参数监测、超标自动换水、手机APP远程查看，附"摘要吹溶氧氨氮、图注抄成GPS"翻车实录

• • 一、系统功能拆解
  • 二、器件选型对比
    • 2.1 主控：STM32F103C8T6 vs STM32F407VG
    • 2.2 水温：DS18B20 vs LM35
    • 2.3 浑浊度：SEN0189 红外 vs SEN0176 激光
    • 2.4 pH：PH-4502C vs SEN0161
    • 2.5 通信与显示
    • 2.6 BOM 成本清单
  • 三、硬件接线
  • 四、软件设计
    • 4.1 主程序框架
    • 4.2 关键子程序一：DS18B20 非阻塞读水温
    • 4.3 关键子程序二：pH 两点校准
    • 4.4 关键子程序三：SEN0189 浑浊度采样
    • 4.5 关键子程序四：pH 超标自动换水（带防抽干保护）
  • 五、系统调试验证
  • 六、常见坑汇总
  • 七、可扩展方向

养鱼先养水。鱼缸水质崩了，鱼翻肚往往就在一夜之间------等你肉眼发现水浑、鱼浮头，亚硝酸盐早就爆表了。市面上一支带温度补偿的 pH 笔就要上百，溶氧仪更是几百起步。其实用 STM32 + 三支传感器，一百出头就能做一套水温、浑浊度、pH 三参数实时监测 + 超标报警 + 自动换水 + 手机远程查看的系统。

一、系统功能拆解

功能域	模块	说明
水质监测	DS18B20 防水探头	水温检测，超阈值报警
水质监测	SEN0189 红外浑浊度	水中颗粒物散射测浑浊，超阈值报警
水质监测	PH-4502C + pH 电极	酸碱度检测，超标触发换水泵
人机交互	OLED12864	实时显示三参数
人机交互	4 按键	本地设置阈值
远程通信	ESP8266（MQTT→阿里云）	数据上云，APP 远程查看+设阈值
报警执行	蜂鸣器 + LED	超限声光报警
换水执行	继电器 + 小水泵	pH 超标自动换水（带防抽干保护）

主逻辑：初始化 → 循环采集三参数 → OLED 刷新 → MQTT 上云 → 水温/浑浊度超阈值声光报警 → pH 超标启动换水泵（限时保护）→ 响应按键与 APP 指令。

二、器件选型对比

2.1 主控：STM32F103C8T6 vs STM32F407VG

三路采集里两路是 ADC（浑浊度、pH），C8T6 自带 2 个 12 位 ADC、10 个通道完全够用，选它合理。

2.2 水温：DS18B20 vs LM35

DS18B20 提供了更高的测量精度和更广泛的温度范围------LM35 精度 ±0.25°C 高于 DS18B20 的 ±0.5°C，量程 150°C 也宽于 125°C。DS18B20 真正的优势是防水封装成品探头 + 数字输出免标定，鱼缸场景就该选它，但理由得写对。

2.3 浑浊度：SEN0189 红外 vs SEN0176 激光

对比项	SEN0189（红外 850nm）	SEN0176（激光）
原理	红外 LED + 光电管测散射	激光散射，分辨率高
价格	≈45 元	≈200+ 元
适用	家用浑浊度粗判	精密测量

家用鱼缸只需要知道"水是否开始浑了"，SEN0189 够用。注意：SEN0189 输出的是模拟电压，"浑浊度百分比"并没有严格的物理单位，正规写法应换算 NTU 或直接以电压/ADC 值表征。

2.4 pH：PH-4502C vs SEN0161

PH-4502C（±0.1pH，配 BNC 电极）比 SEN0161（±0.2pH）精度高一档，做水质监测选它合理。

2.5 通信与显示

ESP8266-01S（家庭 Wi-Fi 直连）+ OLED12864（I2C），常规选择。

2.6 BOM 成本清单

器件	参考价
STM32F103C8T6 最小系统板	≈15 元
DS18B20 防水探头	≈8 元
SEN0189 浑浊度模块	≈45 元
PH-4502C + pH 玻璃电极	≈30 元
ESP8266-01S	≈10 元
OLED12864（I2C）	≈10 元
继电器 + 5V 小水泵	≈15 元
蜂鸣器、LED、按键、洞洞板	≈10 元
合计	≈143 元

三、硬件接线

模块	引脚	说明
DS18B20 DQ	PB8	4.7kΩ 上拉，防水探头直接入水
SEN0189 AO	PA1（ADC1_IN1）	5V 供电，AO 输出注意量程
PH-4502C OUT	PB1（ADC1_IN9）→ 分压后	⚠️ 见接线坑 1
OLED SDA/SCL	PB6/PB7（I2C1）	---
ESP8266 TX/RX	PA2/PA3（USART2）	115200bps
继电器（水泵）	PA0	高电平吸合
蜂鸣器	PB9	高电平响
按键×4	PB12~PB15	内部上拉

接线坑三条：

1. PH-4502C 的 5V/3.3V 混搭问题 ：板子 5V 供电，OUT 静态输出约 2.5V、极限可到 5V，直接接 F103 的 ADC 有过压风险（F103 引脚耐压 3.6V，ADC 满量程 3.3V）。用两个 10kΩ 分压成 0~2.5V 再进 ADC，标定时把分压比一起标进去。
2. 两个 ADC 别用 ADC3 ：原文 pH 章节调用 Get_Adc3------C8T6 根本没有 ADC3（ADC3 只在 100 脚以上的 F103 才有），浑浊度章节又用 ADC2。实际两路都挂 ADC1 的不同通道即可，代码抄大的芯片的工程就会出这种错。
3. 水泵走继电器隔离：5V 潜水泵启动电流是标称的 3~5 倍，别用 IO 直推；继电器线圈两端并一个续流二极管（1N4007），否则断电瞬间反向电动势会打坏驱动管。

四、软件设计

4.1 主程序框架

int main(void)
{
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    delay_init();
    TIM4_Init(300, 7200);            /* 1ms 时基 */
    OLED_Init();
    DS18B20_Init();                  /* PB8 水温 */
    Relay_init();                    /* PA0 换水泵 */
    KEY_Init();                      /* PB12~PB15 */
    Beep_init();                     /* PB9 */
    Adc_Init();                      /* PA1 浑浊度 / PB1 pH */
    ALi_ESP8266_GPIO_Init();
    MQTT_Buff_Init();
    AliIoT_Parameter_Init();

    while (1)
    {
        Sensor_Update();             /* 三参数采集 */
        OLED_Display_Cotrol();       /* 显示刷新 */
        Alarm_Check();               /* 水温/浑浊度超限 -> 声光报警 */
        PH_AutoWater();              /* pH 超标 -> 换水（限时保护） */
        Key_Scan();                  /* 阈值设置 */
        MQTT_Loop();                 /* 上报 + 响应 APP 指令 */
    }
}

4.2 关键子程序一：DS18B20 非阻塞读水温

void DS18B20_Task(void)
{
    static u8 phase = 0;
    static u32 t0;

    switch (phase) {
    case 0:                          /* 发起转换 */
        DS18B20_Reset();
        DS18B20_WriteByte(0xCC);     /* 跳过ROM */
        DS18B20_WriteByte(0x44);     /* 启动转换 */
        t0 = GetTick();
        phase = 1;
        break;
    case 1:                          /* 750ms 后再读，期间不阻塞主循环 */
        if (GetTick() - t0 >= 750) {
            DS18B20_Reset();
            DS18B20_WriteByte(0xCC);
            DS18B20_WriteByte(0xBE); /* 读暂存器 */
            u8 tl = DS18B20_ReadByte();
            u8 th = DS18B20_ReadByte();
            water_temp = ((s16)((th << 8) | tl)) * 0.0625f;
            phase = 0;
        }
        break;
    }
}

4.3 关键子程序二：pH 两点校准（原文完全没做的一步）

pH 电极的能斯特响应是一条直线 pH = K * V + B，K 和 B 由两种标准液标定：

typedef struct { float v4, v7; } PH_Calib;   /* 标定电压 */

float PH_GetValue(PH_Calib *c)
{
    float v = Adc_ReadAvg(CH_PH, 20) * 3.3f / 4095;  /* 分压后电压 */
    /* 两点法：pH4.01 对应 v4，pH6.86 对应 v7 */
    float k = (4.01f - 6.86f) / (c->v4 - c->v7);
    float ph = 6.86f + k * (v - c->v7);
    /* 温度补偿：水温每偏离 25°C，斜率约变化 0.3%/°C */
    ph -= (ph - 7.0f) * (water_temp - 25.0f) * 0.003f;
    return ph;
}

标定流程：电极依次插入 pH6.86 和 pH4.01 标液，各按一次"校准键"记录电压，存 Flash。电极每 1~2 个月要重校，玻璃电极干放后要先浸泡活化。

4.4 关键子程序三：SEN0189 浑浊度采样

u16 Turbidity_GetAdc(void)
{
    u32 sum = 0;
    u8 i;
    for (i = 0; i < 20; i++) {
        sum += Get_Adc(CH_TURB);
        delay_ms(2);
    }
    return (u16)(sum / 20);          /* 均值滤波 */
}

表述建议：显示"浑浊度 ADC 值/电压"并标注"数值越大水越浑"即可；硬要 NTU 需要专业浊度仪对比标定。

4.5 关键子程序四：pH 超标自动换水（带防抽干保护）

#define PUMP_MAX_RUN_MS  60000   /* 单次最多抽 60s（按缸容积算好） */
#define PH_HYST           0.5f   /* 回差，防止在阈值附近反复启停 */

void PH_AutoWater(void)
{
    static u32 t_start;
    static u8 running = 0;
    float ph = PH_GetValue(&ph_calib);

    if (!running) {
        if (ph > ph_high_th + PH_HYST || ph < ph_low_th - PH_HYST) {
            running = 1;
            t_start = GetTick();
            Relay_On();                       /* 开泵抽旧水 */
        }
    } else {
        if (GetTick() - t_start >= PUMP_MAX_RUN_MS) {
            Relay_Off();                      /* 限时到，强制停 */
            running = 0;
            Beep_On();                        /* 提醒用户手动补新水 */
        }
    }
}

想做成真"自动换水"：加水位传感器（或双泵 + 蓄水桶），按"抽 20% → 补 20%"流程闭环；pH 偏酸用小苏打、偏碱用榄仁叶纠正------换水本身只是稀释，不能定向调 pH。

五、系统调试验证

测试项	方法	预期结果
水温	与温度计对比	误差 ±0.5°C 内
浑浊度	清水 vs 投饵后水样	ADC 值明显区分，阈值可调
pH 校准	6.86/4.01 标液两点标定	标液回测误差 ≤±0.1pH
pH 精度	测 pH5/7/9 缓冲液	误差 ≤±0.2pH
报警	人为调低阈值触发	蜂鸣+LED，APP 收到推送
自动换水	pH 超上限	泵启动 60s 后自动停止并提示
通信	关 Wi-Fi 30s 再开	自动重连，数据续传

六、可扩展方向

• 补氨氮/亚硝酸盐：虽然低成本离子选择性电极精度一般，但可以做趋势预警；比摘要空吹强；
• 真·自动换水：双泵 + 蓄水桶 + 水位/霍尔传感器，抽补联动闭环；
• 加热棒联动：水温低于设定自动开加热棒（继电器+防水加热棒），养热带鱼刚需；
• 喂食提醒：RTC 定时 + APP 推送，把系统升级为完整"智能鱼缸管家"。

八、资料内容完整工程资料（原理图、PCB、代码、元件清单）

九、资料获取方式