小型水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

謝靜++蔣彥

摘要：以我國(guó)水質(zhì)在線檢測(cè)體系的研究近況為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)以單片機(jī)為主控制的小型水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要由水上平臺(tái)和手持終端組成，實(shí)現(xiàn)了水上平臺(tái)的移動(dòng)控制，同時(shí)當(dāng)水上平臺(tái)收到來自手持終端的取樣命令時(shí)，平臺(tái)開始進(jìn)行水質(zhì)取樣與數(shù)據(jù)分析，最終經(jīng)控制器將水質(zhì)數(shù)據(jù)由無線通信模塊發(fā)送給手持終端。手持終端接收來自水上平臺(tái)的多股參數(shù)并且通過LCD顯示模塊顯示出來。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)監(jiān)測(cè) 水上移動(dòng)平臺(tái) 手持終端

中圖分類號(hào)：TU991.21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）10-0093-01

1 引言

目前我國(guó)水資源監(jiān)測(cè)面臨的主要問題：一，原始的實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)方法試驗(yàn)周期長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)；二，自動(dòng)監(jiān)測(cè)站成本高，而且監(jiān)測(cè)站地點(diǎn)固定難以在我國(guó)大范圍運(yùn)用；三，監(jiān)測(cè)機(jī)動(dòng)能力不足，監(jiān)測(cè)配置數(shù)量少，難以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)和實(shí)時(shí)重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)測(cè)；四，水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)單一，監(jiān)測(cè)難以實(shí)現(xiàn)多個(gè)水質(zhì)參數(shù)的采集。希望通過本次試驗(yàn)論證小型水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)思路的可行性，為以后的發(fā)展提供理論依據(jù)和參考實(shí)例。

2 系統(tǒng)工作程序設(shè)計(jì)

水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)是本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主要目的，對(duì)移動(dòng)監(jiān)測(cè)的主要步驟的完成可以分為兩個(gè)部分：1）水上移動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)與水質(zhì)檢測(cè)：用戶根據(jù)遙控器發(fā)射運(yùn)動(dòng)命令，使平臺(tái)運(yùn)動(dòng)到指定目的。到達(dá)后，水上移動(dòng)平臺(tái)啟動(dòng)水質(zhì)抽樣和傳感器檢測(cè)功能采集數(shù)據(jù)；2）手持終端顯示：手持終端顯示由水上平臺(tái)發(fā)送而來的水質(zhì)參數(shù)，并且在LCD顯示屏上。本系統(tǒng)完成一次完整工作流程如圖1所示。

2.1 水上移動(dòng)平臺(tái)工作流程

水上移動(dòng)平臺(tái)工作流程如圖2所示。水上移動(dòng)平臺(tái)檢測(cè)遙控器接收端，查看是否有采樣指令輸入。當(dāng)收到移動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)，水上平臺(tái)控制船體運(yùn)動(dòng)；當(dāng)收到采樣指令時(shí)，船體停止運(yùn)動(dòng)，單片機(jī)進(jìn)入采樣模式，首先向微型水泵發(fā)送進(jìn)水指令供傳感器采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集完成后，單片機(jī)控制放水水泵抽離水杯中的水樣。最終單片機(jī)將由傳感器發(fā)送上來的數(shù)據(jù)經(jīng)初步處理通過NRF2401無線傳輸模塊發(fā)送給手持終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)水域的水樣采集。

2.2 手持終端工作流程

圖3所示為手持終端的工作流程圖。當(dāng)單片機(jī)接通電源后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，即NRF2401無線模塊和LCD顯示模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，NRF2401無線模塊初始化指工作模式和控制字的設(shè)定；LCD顯示模塊初始化包括清屏光標(biāo)復(fù)位、顯示模式、顯示器開光標(biāo)開和輸入方式的設(shè)置。當(dāng)NRF2401模塊接收到來自水上平臺(tái)傳來的數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)接收并通過LCD顯示模塊顯示出來。

數(shù)據(jù)顯示包括“測(cè)試使用程序”、“測(cè)試員姓名”、“測(cè)試水域”、“測(cè)試項(xiàng)目”。

手持終端顯示如圖4所示。

3 結(jié)語

本次設(shè)計(jì)最終初步實(shí)現(xiàn)了小型水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)的要求。具體實(shí)現(xiàn)了模型船的可移動(dòng)控制，水樣的抽取及水質(zhì)溫度、ph值、濁度以及電導(dǎo)率檢測(cè)，最終可以通過NRF2401無線收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送與接收并在手持終端的LCD液晶顯示屏上得以顯示數(shù)據(jù)。

本次設(shè)計(jì)中還需改進(jìn)的地方：（1）設(shè)計(jì)中只考慮了常規(guī)的五項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)指標(biāo)（包括溫度值、pH值、溶解氧含量、電導(dǎo)率以及渾濁度），未研究當(dāng)有更多水質(zhì)參數(shù)需要測(cè)量時(shí)數(shù)據(jù)的處理問題，暫時(shí)無法滿足國(guó)家多參數(shù)采集的要求。

（2）小型水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)的水上平臺(tái)使用的是模型船，所以無法真實(shí)反映現(xiàn)實(shí)環(huán)境比如下雨、洪水以及大風(fēng)等因素下對(duì)于設(shè)計(jì)的影響。

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收稿日期：2016-08-23

基金項(xiàng)目：湖南省教育廳基金資助項(xiàng)目（ 14C0960）；湖南省衡陽市科技局資助項(xiàng)目（2014KG69）

作者簡(jiǎn)介：謝靜（1983—），女，陜西西安人，講師，碩士，研究方向：測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器。