水質(zhì)監(jiān)測(cè)智能化環(huán)保系統(tǒng)的構(gòu)建分析

摘 要：近年來(lái)，隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，人們逐漸認(rèn)識(shí)到了我國(guó)水環(huán)境污染的嚴(yán)重性，因此在水資源管理中給予了高度重視，只有加強(qiáng)水資源管理才能為人們提供安全可靠的水資源，促進(jìn)社會(huì)和諧發(fā)展。在水資源管理中，人們可以充分利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)構(gòu)建水質(zhì)監(jiān)測(cè)智能化環(huán)保系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的自動(dòng)化和智能化監(jiān)測(cè)。本文就水質(zhì)監(jiān)測(cè)智能化環(huán)保系統(tǒng)的構(gòu)建進(jìn)行闡述，旨在為人們提供重要的參考。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；智能化環(huán)保系統(tǒng)；系統(tǒng)構(gòu)建

現(xiàn)階段我國(guó)的水資源污染非常嚴(yán)重，做好水污染治理勢(shì)在必行。在水污染治理中，水質(zhì)監(jiān)測(cè)具有重要的作用。近年來(lái)，我國(guó)在水污染控制方面進(jìn)行了深入的研究，在全國(guó)范圍內(nèi)建立了環(huán)境監(jiān)測(cè)站，并安裝了水質(zhì)測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水環(huán)境的監(jiān)測(cè)。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)智能化環(huán)保系統(tǒng)給予了高度重視，逐漸實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)監(jiān)測(cè)智能化和環(huán)保性。

1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)智能化環(huán)保系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

固定監(jiān)測(cè)站點(diǎn)是水質(zhì)監(jiān)測(cè)智能化環(huán)保系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最基礎(chǔ)的功能，其主要包括電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、存儲(chǔ)模塊、主控制模塊、檢測(cè)箱控制模塊、遠(yuǎn)程通信模塊以及遠(yuǎn)距離預(yù)警模塊等模塊組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)固定站點(diǎn)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)；生物遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)主要由云臺(tái)、遠(yuǎn)程通信模塊、攝像頭和生物網(wǎng)箱等組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源中生物狀況的監(jiān)測(cè)；移動(dòng)站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)模塊主要由電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、定位模塊、遠(yuǎn)程通信模塊、水質(zhì)監(jiān)測(cè)船等組成。

在實(shí)際的水質(zhì)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，首先檢測(cè)箱控制模塊發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)水資源的采樣，將其運(yùn)輸?shù)綑z測(cè)箱中，開(kāi)始對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)；數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)對(duì)被監(jiān)測(cè)水中的硬度、渾濁度、氨氮含量、溫度、鹽度、溶氧量等指標(biāo)進(jìn)行采集，并將相關(guān)的指標(biāo)數(shù)據(jù)等傳輸?shù)街骺刂颇K中，由主控制模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；然后遠(yuǎn)程通信模塊將水質(zhì)監(jiān)測(cè)的結(jié)果數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)的智能化環(huán)保監(jiān)測(cè)[1]。如果水質(zhì)監(jiān)測(cè)的結(jié)果不符合國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)遠(yuǎn)距離預(yù)警模塊還會(huì)發(fā)出報(bào)警信息，使指定用戶了解到水質(zhì)監(jiān)測(cè)的結(jié)果。遠(yuǎn)距離報(bào)警模塊發(fā)出預(yù)警信息之后，環(huán)保部門(mén)就可以根據(jù)報(bào)警信息找出水質(zhì)污染指標(biāo)超標(biāo)的位置。系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)各種水質(zhì)測(cè)量指標(biāo)的數(shù)值，環(huán)保部門(mén)可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。生物網(wǎng)箱中的生物活動(dòng)狀況可以通過(guò)攝像頭、遠(yuǎn)程通信模塊傳輸?shù)娇刂浦行模刂浦行膶?duì)攝像頭拍攝的圖像進(jìn)行處理，就能夠顯示出生物活動(dòng)狀況，對(duì)水質(zhì)污染情況進(jìn)行識(shí)別和分析。

2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)智能化環(huán)保系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1 移動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)

移動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的電源模塊采用鉛酸蓄電池供電，主控制器采用處理器MsP430，其消耗的能源比較低，是一種環(huán)保型的處理器。系統(tǒng)的通信模塊采用GSM模塊TC35，GPS模塊選擇GBIO型號(hào)。在檢測(cè)過(guò)程中，控制中心向通信模塊GSM發(fā)送指定位置經(jīng)緯度的消息，處理器MsP430解碼船載GSM接收到的消息，得出制定的位置經(jīng)緯度，并將這個(gè)數(shù)值和GPS模塊得到的經(jīng)緯度數(shù)值進(jìn)行比較，以此為依據(jù)對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)船的舵機(jī)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行控制，就可以對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)船進(jìn)行控制，使其在制定的位置采樣，并將采樣數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行模话闱闆r下，采樣數(shù)據(jù)每隔10分鐘傳輸一次，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控[2]。

2.2 固定監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)

固定監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的主控制器采用嵌入式產(chǎn)品STM32103VBT6芯片，STM32103VBT6芯片是一種價(jià)格低廉、執(zhí)行代碼效率高、功耗低的產(chǎn)品，將其應(yīng)用到固定監(jiān)測(cè)站點(diǎn)中可以實(shí)現(xiàn)高效執(zhí)行。在固定監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，最重要的設(shè)計(jì)部位為傳感器測(cè)量電路的設(shè)計(jì)，具體又分為溶氧量傳感器測(cè)量電路、鹽度傳感器測(cè)量電路、氨氮傳感器測(cè)量電路、硬度傳感器測(cè)量電路、PH傳感器測(cè)量電路和渾濁度傳感器測(cè)量電路等，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)溶氧量、鹽度、氨氮、硬度、以及渾濁度等指標(biāo)的測(cè)量。不同類型的測(cè)量電路設(shè)計(jì)的方法雖然不一致，但是原理上大體一致。以傳感器測(cè)量電路為例，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，電路的前端為信號(hào)放大電路，主要由放大器AD620組成，設(shè)計(jì)一個(gè)電位器，對(duì)放大增益值進(jìn)行調(diào)整，分壓電力提供基準(zhǔn)電壓，可以通過(guò)加一定值將負(fù)信號(hào)提高到正電壓。電路的后端為電壓跟隨器電路，主要由放大器OP07組成，隔離前后級(jí)的電路。其他類型的傳感器電路的設(shè)計(jì)和傳感器測(cè)量電路非常相似。系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信模塊采用工業(yè)級(jí)的SIEMENSMC35i，系統(tǒng)存儲(chǔ)模塊采用sD卡卡座管腳和主控芯片STM32F103VBT6的SPII接口相連來(lái)實(shí)現(xiàn)，整個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采樣、檢測(cè)、分析、存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能[3]。

2.3 生物監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)

在生物監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)中，將開(kāi)放式的飼養(yǎng)網(wǎng)箱放入到監(jiān)測(cè)站點(diǎn)水環(huán)境中，在飼養(yǎng)網(wǎng)箱的內(nèi)部飼養(yǎng)指示魚(yú)，攝像頭采用高清攝像頭ICETEK—P300，將攝像頭安裝在網(wǎng)箱上，用來(lái)采集圖像，提取相關(guān)的信息。采集之后，由微處理器對(duì)圖像進(jìn)行處理，微處理器采用型號(hào)TMS320DM357的DSP芯片，采用決策支持算法對(duì)圖像處理提取的特征量進(jìn)行分析和判斷，如果遇到異常情況，則發(fā)送報(bào)警信息。對(duì)魚(yú)體的檢測(cè)和識(shí)別采用色差閾值分割方法，對(duì)魚(yú)的活動(dòng)情況采用幀間差分法。生物監(jiān)測(cè)站點(diǎn)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)溶氧量參數(shù)的簡(jiǎn)單識(shí)別。

3 結(jié)語(yǔ)

水質(zhì)監(jiān)測(cè)智能化環(huán)保系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括生物監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、固定監(jiān)測(cè)站點(diǎn)和移動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各地的水環(huán)境監(jiān)測(cè)，為水環(huán)境治理提供重要的依據(jù)。在水質(zhì)監(jiān)測(cè)智能化環(huán)保系統(tǒng)的構(gòu)建中，一定要充分利用各種先進(jìn)的技術(shù)和方法，不斷提升系統(tǒng)的智能化和環(huán)保性，才能真正發(fā)揮其作用。

參考文獻(xiàn)

[1]孫龍霞，於鋒，陳新華.水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測(cè)與智能化管理系統(tǒng)的研發(fā)[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2014，24（3）：115-118.

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作者簡(jiǎn)介

蔣超（1987-），男，江蘇省宜興人，專科，助理工程師，江蘇金環(huán)環(huán)保設(shè)備有限公司，研究方向：軟件技術(shù)。