一種在線式水中油監(jiān)測器

牟輝龍 黃存款 張政

摘? 要：固定水域的水中油監(jiān)測對水域的環(huán)境保護有著重要作用，現(xiàn)有監(jiān)測設(shè)備無法實現(xiàn)無線布設(shè)和實時在線監(jiān)測報警，文章設(shè)計出一種在線式水中油監(jiān)測器。該監(jiān)測器以熒光分光光度法為檢測方法，單片機為控制核心，獨立電源供電，配備有獨立的顯示程序，可以實現(xiàn)對固定水域的水中油在線監(jiān)測和無線布設(shè)。

關(guān)鍵詞：水中油監(jiān)測;在線檢測報警;無線布設(shè);熒光光度法

Abstract： The monitoring of oil in water in fixed waters plays an important role in the environmental protection of water areas， and the existing monitoring equipment can not realize wireless layout and real-time online monitoring and alarm. An on-line oil monitor is designed in this paper. The monitor takes fluorescence spectrophotometry as the detection method， single-chip microcomputer as the control core， independent power supply， and equipped with independent display program， which can realize online monitoring and wireless layout of water oil in fixed waters.

目前對港口、人工湖等固定水域水中油的監(jiān)測主要是樣本檢測和便攜式檢測儀檢測。樣本檢測法雖然結(jié)果準確，但不能實現(xiàn)實時在線監(jiān)測。而在線檢測以使用便攜式設(shè)備為主，不能滿足無線布設(shè)的需求。這兩種檢測方法對固定水域水中油監(jiān)測的及時性較差。本文將成熟的傳感器技術(shù)和單片機技術(shù)融合，并對設(shè)備進行無線化處理，設(shè)計出一種能夠進行無線布設(shè)的在線式水中油監(jiān)測器。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

針對樣本檢測和便攜式檢測儀檢測不能實現(xiàn)實時在線檢測報警和檢測設(shè)備無線布設(shè)的缺點，設(shè)計出一種新型的在線式水中油監(jiān)測器，其示意圖如圖1所示。該在線式水中油監(jiān)測器由水中檢測設(shè)備和岸上顯示設(shè)備組成，水中檢測設(shè)備負責水中油的信息檢測收集，顯示設(shè)備負責數(shù)據(jù)存儲顯示和超標報警。水中檢測設(shè)備和岸上顯示設(shè)備采用無線通訊進行信息交互，實現(xiàn)水中檢測設(shè)備的無線化布設(shè)。

1.1 熒光法

通過特定的傳感器設(shè)計，熒光法檢測水中油時不需要對檢測溶液進行預處理，便于實現(xiàn)檢測設(shè)備的在線化。和其它水中油的檢測方法如重量法、色譜法、紫外分光光度法相比較，熒光法的靈敏度更高。由于利用的是分析被照射物質(zhì)發(fā)出熒光的不同，熒光法在水中油的種類檢測上也有很大的優(yōu)勢。

1.2 水中檢測設(shè)備

水中監(jiān)測設(shè)備包括前端傳感器、信號處理電路、單片機控制單元和無線通訊模塊。其工作過程：傳感器檢測到的水中油信息經(jīng)過信號處理電路后發(fā)送至單片機控制單元，單片機接收信息后根據(jù)設(shè)定的程序發(fā)出動作指令，通過無線通訊模塊將動作指令發(fā)送給岸上顯示設(shè)備。另外，針對無線布設(shè)這一特點，在水中監(jiān)測設(shè)備上還設(shè)計有可更換的獨立電源模塊，用以給整個水中檢測設(shè)備供電。

（1）單片機選擇

由于水中檢測設(shè)備工作環(huán)境的特殊性，設(shè)備對控制單元的可靠性和節(jié)能能力要求較高。水中監(jiān)測設(shè)備的控制單元選用AT89C51單片機作為控制核心。AT89C51單片機適用范圍廣，內(nèi)部數(shù)據(jù)保留時間為十年，存儲器可反復擦除1000次，便于后期設(shè)備升級維護。

（2）電源模塊

水中監(jiān)測設(shè)備的電源模塊以鋰電池為內(nèi)核，對電池進行防水處理，可反復充電使用。水中檢測設(shè)備設(shè)有獨立的電池倉，打開電池倉即可更換電池。每一個水中檢測設(shè)備配備兩塊電池，保證工作的連續(xù)性。

1.3 岸上顯示設(shè)備

岸上顯示設(shè)備包含無線通訊模塊和電腦兩部分。無線通訊模塊直接裝到電腦主機箱內(nèi)，實現(xiàn)上位機和水中檢測設(shè)備的互聯(lián)。上位機需安裝特定的顯示程序，用以顯示水中設(shè)備發(fā)出的信息。

1.4 無線通訊模塊

無線通訊模塊選用SA68D11無線數(shù)傳模塊，該模塊可直接和單片機相連，模塊經(jīng)RS232轉(zhuǎn)接后可與電腦連接。單片機處理得到的數(shù)據(jù)經(jīng)無線數(shù)傳模塊發(fā)送給上位機進行顯示或報警動作，上位機通過無線數(shù)傳模塊將操作指令發(fā)送給單片機。無線數(shù)傳模塊傳輸距離遠可以滿足大面積水域的水中檢測設(shè)備布設(shè)，其傳輸質(zhì)量高、速度快，可以滿足及時報警的需求。如圖2為無線通訊模塊連接示意圖。

2 程序設(shè)計

為適應不同環(huán)境下的監(jiān)測需求，系統(tǒng)的程序分為兩個模塊。模塊一是系統(tǒng)的主程序，模塊二是顯示設(shè)備的程序。將程序模塊化，可以滿足不同數(shù)量的水上檢測設(shè)備的配置工作。水上檢測設(shè)備的配置個數(shù)由具體水域的大小決定，這樣就使得整個系統(tǒng)的適用性更加廣泛。

2.1 主程序

主程序為單片機程序，是控制水中檢測設(shè)備的程序。實際使用時主程序會下載到每一個水中檢測設(shè)備的單片機內(nèi)。主程序流程如圖3所示。

主程序包含：（1）設(shè)備自檢程序——完成設(shè)備初始化、通訊連接和傳感器自檢工作;（2）數(shù)據(jù)采集和處理——實現(xiàn)傳感器檢測周期的控制、報警值的預設(shè)，完成檢測值和預設(shè)值的比較并將比較結(jié)果和動作指令送入無線通訊模塊;（3）無線通訊程序——將接收到的比較結(jié)果以及動作指令發(fā)送給顯示設(shè)備并接收顯示設(shè)備發(fā)送的信息。

2.2 顯示程序

為適應上位機配置和水中檢測設(shè)備數(shù)量的不同，顯示程序由VB語言寫成固定的軟件包，使用簡潔，維護方便。

顯示軟件為每一水中檢測器進行編號，對其測量信息進行單獨顯示。收到報警信息后，顯示界面會發(fā)出報警提示并滾動播出報警設(shè)備的位置信息和檢測值信息。顯示界面中還有控制水中檢測設(shè)備工作周期的定時設(shè)置，操作人員可根據(jù)環(huán)境檢測要求調(diào)節(jié)水中檢測設(shè)備工作周期，在保證檢測結(jié)果的及時有效的同時，又延長了水中檢測設(shè)備的工作時間。顯示主界面如圖4所示。

3 結(jié)束語

分析了目前固定水域水中油監(jiān)測的常用的兩種形式即樣本檢測和便攜式檢測儀檢測的特點以及存在問題。根據(jù)固定水域水中油監(jiān)測的特點，設(shè)計出一種在線式水中油監(jiān)測器。將無線通訊引入在線式水中油檢測設(shè)備中，實現(xiàn)了水中油監(jiān)測的在線和無線化。通過設(shè)備和程序的模塊化設(shè)計，解決了不同面積的固定水域水中油監(jiān)測設(shè)備的配置問題，實現(xiàn)了多點監(jiān)測的統(tǒng)一管理。

參考文獻：

[1]劉凱，譚文群，王偉鵬，等.基于GMS網(wǎng)絡(luò)的多通道水中油在線監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].科技廣場，2016（08）：86-89.

[2]郭波，張森，林振強，等.全自動紅外測油儀的研制[J].化學分析計量，2019，28（03）：111-114.

[3]倪斌.基于AT89C51單片機的消防泵控制系統(tǒng)設(shè)計[J].消防科學與技術(shù)，2015，34（07）：913-916.

[4]蔣駿，羅益民，王賀.循環(huán)水系統(tǒng)漏油在線監(jiān)測儀的設(shè)計與實現(xiàn)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2019（02）：26-30.

[5]趙廣立，馮巍巍，付龍文，等.基于紫外熒光法檢測水中油含量的浸入式傳感裝置的研究[J].海洋通報，2014，33（01）：77-83.