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水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)范文第1篇

關(guān)鍵詞：傳感器；水質(zhì)監(jiān)測；ZigBee；GPRS

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2012）12-0081-03

Design of online water quality monitoring system based on Internet of Things

JIA Gui-lin， LIU Mei-cen， ZENG Bao-guo， CHENG Yuan-dong

（Sichuan Institute of Information Technology， Guangyuan 628017， China）

Abstract： To solve the problems of complex wiring and high cost in traditional water quality monitoring programs， a water quality monitoring system based on Internet of Things is designed to achieve the purpose of the acquisition， transmission and processing of multiple parameters， including dissolved oxygen， PH value， and temperature. The scheme is suitable for remote monitoring， and applicable to monitoring the quality of drinking water and water for the aquaculture industry.

Keywords： sensor； water quality monitoring； ZigBee； GPRS

0 引 言

為了徹底解決傳統(tǒng)人工水質(zhì)監(jiān)測及DCS、現(xiàn)場總線方式在管理及應(yīng)用上存在的布線困難、成本高等不足，本文提出了以智能水質(zhì)傳感器、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、專家?guī)鞌?shù)據(jù)庫為核心的物聯(lián)網(wǎng)水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過分布式動態(tài)組網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)大范圍、24 h不間斷的監(jiān)測，同時通過布設(shè)在水源地具有定位功能的無線傳感器節(jié)點(diǎn)，能夠偵測到飲用水源的污染情況，從而提高管理效率、保障供水安全，解決飲用水及養(yǎng)殖業(yè)水質(zhì)在線監(jiān)測和管理問題。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作過程

本系統(tǒng)的組成圖如圖1所示。系統(tǒng)在水源地布置多個水上節(jié)點(diǎn)（水質(zhì)參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)程視頻采集節(jié)點(diǎn)、水質(zhì)參數(shù)調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)、ZigBee+GPRS無線網(wǎng)關(guān)），然后通過水質(zhì)參數(shù)采集節(jié)點(diǎn)實(shí)時采集PH值、水溫、水位、溶氧量等水質(zhì)參數(shù)，并通過ZigBee Endpoint上傳給無線網(wǎng)關(guān)的ZigBee Coordinator，再由后者經(jīng)串口送入GPRS傳送到服務(wù)器；同時通過IP Camera（網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)）采集水面視頻信息，由3G方式送入（移動）服務(wù)器。運(yùn)行于服務(wù)器上的信息管理系統(tǒng)將對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析，并根據(jù)飲用水用水管理要求實(shí)時預(yù)警、告警，自動下發(fā)控制指令到GPRS無線網(wǎng)關(guān)，然后由ZigBee網(wǎng)絡(luò)下發(fā)指令到水質(zhì)參數(shù)調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)，啟動增氧機(jī)或PH值調(diào)節(jié)設(shè)備、水泵等，實(shí)時調(diào)節(jié)用水參數(shù)。管理人員則可通過PC、平板電腦或PDA等方式獲取實(shí)時水質(zhì)數(shù)據(jù)，并對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的組成

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 水質(zhì)傳感器選型

以養(yǎng)殖用水為例，一般需要對水環(huán)境中的PH值、濁度、水位、溶氧量、溫度等五項(xiàng)基本參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測[1]。本系統(tǒng)選用北京聯(lián)創(chuàng)與中國農(nóng)大開發(fā)的、具有測溫和溫度補(bǔ)償功能的PH10、TS10、WL10、DO10四類智能傳感器來對水的PH值、濁度、水位、溶氧量、溫度等五項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。四類傳感器均可通過RS485總線接收來自外部MCU的控制指令，然后返回測量原始值、溫度值、工程值等三個參數(shù)，因而可以大大簡化感知層的設(shè)計(jì)工作。

2.2 CC2530節(jié)點(diǎn)的接口電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的ZigBee節(jié)點(diǎn)選用成都感智信息技術(shù)有限公司的CC2530節(jié)點(diǎn)，該類節(jié)點(diǎn)帶有CC2591增益放大模塊，最遠(yuǎn)通訊距離可達(dá)1 km。由于CC2530不支持RS485通訊，因而需要設(shè)計(jì)RS485轉(zhuǎn)3.3 V TTL電路，圖2所示就是CC2530無線節(jié)點(diǎn)與RS485傳感器的接口電路[2]。其中，5.0 V直流電壓主要為傳感器供電，3.3 V直流電壓為CC2530節(jié)點(diǎn)供電。通訊接口轉(zhuǎn)換芯片選擇MAXIM公司的MAX13487，光耦T1、T2用于CC2530與RS485總線的隔離，R8、R9用于采樣電源電壓以便服務(wù)器端能實(shí)時判斷節(jié)點(diǎn)的供電情況，R5、R6、R7、C5、C6、D1、D2、D3、L1、L2等為RS485總線匹配電路。

2.3 增氧機(jī)控制電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中的增氧機(jī)控制電路如圖3所示，CC2530節(jié)點(diǎn)通過P0.1控制光耦T1，并驅(qū)動Q1控制繼電器J1，從而控制增氧機(jī)電源的通斷，達(dá)到啟動/停止增氧機(jī)的目的。

圖3 增氧機(jī)控制電路

另外，還需要設(shè)計(jì)系統(tǒng)傳輸層無線網(wǎng)關(guān)，一般的傳輸層無線網(wǎng)關(guān)應(yīng)當(dāng)內(nèi)置有CC2530通信模塊、S3C2440控制器、MG323 GPRS通信模塊，并設(shè)計(jì)有存儲、電源管理，以及以太網(wǎng)接口[3]。

水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)范文第2篇

【關(guān)鍵詞】 飲用水水源地自動監(jiān)測在線監(jiān)測監(jiān)測項(xiàng)目

飲用水是人類生存的基本需求,飲用水安全問題直接影響到廣大人民群眾的身體健康。保障飲用水安全是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、提高人口素質(zhì)、穩(wěn)定社會秩序的基本條件,是全面建設(shè)小康社會的具體行動,是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展、構(gòu)建和諧社會的基礎(chǔ)。岳城水庫位于河北省磁縣與河南省安陽縣交界的漳河干流出山口處,距河北省邯鄲市區(qū)55公里,距河南省安陽市區(qū)25公里,下游距京廣鐵路橋15公里。岳城水庫水質(zhì)為國家地表水二類,是邯鄲、安陽兩市重要的城市生活飲用水源地,被邯鄲市列為一級水功能保護(hù)區(qū)。近年來,岳城水庫在水資源優(yōu)化配置方面發(fā)揮了顯著的功能。先后實(shí)施了“引岳濟(jì)淀”、“引岳濟(jì)衡(衡水湖)”、向漳河下游及天津南大港濕地輸水、向邯鄲生態(tài)水網(wǎng)輸水等,為國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和人民生活水平的提高做出了巨大的貢獻(xiàn)。

1 水質(zhì)監(jiān)測參數(shù)及監(jiān)測儀器

水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)由采樣系統(tǒng)、儲水單元、清洗系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊等部分組成。水樣由采樣泵抽出,水樣直接進(jìn)入儲水單元,由輸送泵將水通過地板下的管道輸送到儀器后面的第二道過濾裝置(過濾蕊,即綜合分析儀)里。按不同儀器的要求,進(jìn)入不同的過濾蕊里(每個儀器后都有一個過濾蕊),這樣通過過濾蕊符合儀器所用水樣要求的水,經(jīng)軟管進(jìn)入儀器,對五參數(shù)(濁度、溶解氧、pH值、電導(dǎo)率、溫度)、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、銅、鉛、鋅、鎘、汞、六價鉻、砷、揮發(fā)酚、苯胺17項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。重金屬項(xiàng)目(銅、鉛、鋅、鎘、汞、六價鉻、砷)這7臺儀器在測量前先通過自身的蠕動泵將純凈水吸入反應(yīng)室、測量室及各個管路進(jìn)行清洗,以免造成數(shù)值不準(zhǔn),清洗后再將水樣吸入反應(yīng)室進(jìn)行反應(yīng),所用測量方法同實(shí)驗(yàn)室。反應(yīng)后,一導(dǎo)管將反應(yīng)液吸入測量室,儀器自動推導(dǎo)出結(jié)果(全部工作過程大約需45-90min左右),反應(yīng)結(jié)束后廢液自動通過專用流路流出并排出監(jiān)測室,最后再次吸入純凈水對儀器進(jìn)行清洗,等待下一次測量過程。揮發(fā)酚項(xiàng)目采用比利時進(jìn)口設(shè)備,簡化水中揮發(fā)酚測定樣品的處理過程,減少毒性大的有機(jī)溶劑與操作者接觸利用酚類物質(zhì)在酸性水溶液中溶解度很小的性質(zhì),通過調(diào)節(jié)水溶液的pH值,采用光程長30mm比色皿,用4-AAP直接分光光度法測定。其測定水中揮發(fā)酚的準(zhǔn)確度、回收率符合生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范的要求,與國標(biāo)法檢測結(jié)果相比對,相差無顯著性。4-氨基安替比林直接分光光度法測定水中揮發(fā)酚,檢出限完全滿足生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求,而且操作簡便快速,適用于日常檢測工作的需要。

2 數(shù)據(jù)傳輸與報警

整個采集程序主要通過自報方式完成數(shù)據(jù)的收集,由于線路及其它一些不可預(yù)測的原因,可能造成數(shù)據(jù)發(fā)送的不完整,這時就需要通過數(shù)據(jù)采集功能,完成對數(shù)據(jù)的收集。數(shù)據(jù)采集功能包括實(shí)時和歷史采集等采集方式。

為保證岳城水庫飲用水源地水質(zhì)安全,水質(zhì)測定設(shè)置為每2小時抽水測量分析一次。所有數(shù)據(jù)每30min通過GPS上傳到工控機(jī)的數(shù)據(jù)平臺中,實(shí)時顯示在顯示器上,并自動保存在文件夾中,便于隨時查看。數(shù)據(jù)平臺設(shè)置短信超標(biāo)報警系統(tǒng),一旦水站中任何數(shù)據(jù)超出預(yù)設(shè)數(shù)值,平臺就會自動向負(fù)責(zé)人發(fā)送短信,以便第一時間制定應(yīng)急方案。

3 水質(zhì)自動監(jiān)測站設(shè)備的維護(hù)

岳城水庫水質(zhì)自動監(jiān)測站采用國產(chǎn)設(shè)備與進(jìn)口設(shè)備相結(jié)合的方式,需要維護(hù)人員定期對系統(tǒng)和儀器進(jìn)行維護(hù),需分每日、周、月和季度檢查維護(hù)。每日系統(tǒng)維護(hù)內(nèi)容為檢查管路是否滴漏,取水是否正常,各個泵體是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常,處理板上的反吹空氣壓力、進(jìn)樣壓力、進(jìn)樣流量、運(yùn)行記錄是否正常,有無報警記錄;每周對空壓機(jī)進(jìn)行排水;每月拆洗預(yù)處理板上的過濾蕊,各電器部件溫度及工作性能。儀器維護(hù)為每日檢查儀表讀數(shù)是否異常,儀表進(jìn)樣是否正常,試劑引管是否在位;每周檢查蠕動泵是否泄露,試劑引管是否短缺;每月清潔儀表,檢查儀表內(nèi)電磁閥工作性能,檢查蠕動泵運(yùn)行性能;每季更換蠕動泵管,清洗測量池,標(biāo)定儀表;所有項(xiàng)目均需填寫水質(zhì)自動站運(yùn)行維護(hù)表,此表不定期進(jìn)行檢查,每年進(jìn)行檔案封存。

4 水質(zhì)自動監(jiān)測站的優(yōu)點(diǎn)及存在問題

岳城水庫水質(zhì)自動監(jiān)測站是邯鄲市首個在飲用水源地上建設(shè)的水質(zhì)自動監(jiān)測站,與常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測相比,增加了重金屬項(xiàng)目和有機(jī)項(xiàng)目,避免了因取樣、運(yùn)輸、放置時間較長而造成水樣發(fā)生物理化學(xué)變化,減少了相關(guān)分析的工作量。它的建成在提高站點(diǎn)水質(zhì)信息采集的時效性,及時發(fā)現(xiàn)監(jiān)測河段水污染事故等方面發(fā)揮作用,實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程智能化控制,自動站工作狀態(tài)實(shí)時顯示的功能,為水環(huán)境管理、水資源利用等提供了決策依據(jù)。水質(zhì)自動監(jiān)測站也存在一些問題,與常規(guī)實(shí)驗(yàn)室相比監(jiān)測參數(shù)較少,目前只有17項(xiàng),有機(jī)物和其它鹽類離子等沒有監(jiān)測技術(shù);由于路途遙遠(yuǎn),來回需要半天時間,不能及時對設(shè)備進(jìn)行及時維護(hù),只能采用定時維護(hù)。

5 結(jié)語

岳城水庫飲用水源地水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的建成運(yùn)行彌補(bǔ)了邯鄲市水質(zhì)在線監(jiān)測工作監(jiān)測項(xiàng)目單一的缺陷,此水站系統(tǒng)技術(shù)設(shè)備先進(jìn),數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確、方便、可靠,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)監(jiān)測遠(yuǎn)程監(jiān)控和超標(biāo)預(yù)警,可對水質(zhì)進(jìn)行全天候監(jiān)測,能及時掌握水質(zhì)變化情況,從而為各級政府和相關(guān)職能部門有效預(yù)防和控制突發(fā)性水污染事件提供及時準(zhǔn)確的決策依據(jù)。

參考文獻(xiàn):

[1]劉曉茹,周懷東,李貴寶.水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)[J].中國水利,2004,(09):49-50.

水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)范文第3篇

關(guān)鍵詞：水質(zhì)監(jiān)測；在線監(jiān)測儀表；背景值；警告線

水質(zhì)在線監(jiān)測中當(dāng)在線儀表發(fā)生報警的時候，往往管網(wǎng)水質(zhì)已經(jīng)出現(xiàn)問題，這樣即便相關(guān)應(yīng)急人員及時做出處理，也顯得相對滯后。文章通過計(jì)算背景值來設(shè)定警告線，使水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)具有預(yù)警功能，提前預(yù)警水質(zhì)事件的發(fā)生。

1 異常值的剔除

在管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)對管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測過程中，由于水質(zhì)事件、儀表故障或監(jiān)測系統(tǒng)傳輸中斷原因?qū)е卤O(jiān)測數(shù)據(jù)異常，這些非正常情況下的監(jiān)測數(shù)據(jù)不能作為背景值的計(jì)算依據(jù)，應(yīng)首先剔除。

由表1可以清楚的看到，經(jīng)過三次篩選后，濁度和余氯標(biāo)準(zhǔn)偏差沒有太大變化，異常值已經(jīng)基本剔除。當(dāng)樣品容量n

2 背景值的計(jì)算和警告線的設(shè)定

2.1 數(shù)據(jù)呈正態(tài)分布

（1）計(jì)算出篩選后濁度和總氯值的算術(shù)平均值n和標(biāo)準(zhǔn)偏差Sn，計(jì)算變異系數(shù)。（見表2）計(jì)算背景值范圍的計(jì)算

根據(jù)表2，一倍和二倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算的背景值區(qū)間太小，而四倍、五倍和六倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算的背景值區(qū)間則太大，只有三倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算背景值區(qū)間最為合適。所以背景值的范圍為。

（2）警告線上下線設(shè)定

根據(jù)背景值范圍，以平均值加減3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差n±3Sn分別作為警告線上下線。結(jié)果如下（見表3）。

當(dāng)在線儀表檢測值超過警告線時，首先應(yīng)排除儀表原因（即氣泡或儀表故障等原因）引起檢測值異常，應(yīng)盡快采取措施，保證儀表測量值準(zhǔn)確。如儀表測量值準(zhǔn)確，則說明管網(wǎng)或出廠水出現(xiàn)異常，在水質(zhì)指標(biāo)還未超過《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB5749-2006的標(biāo)準(zhǔn)限值之前，就應(yīng)引起注意，找出引起異常原因，則可以提前采取預(yù)防措施，避免水質(zhì)進(jìn)一步惡化導(dǎo)致水質(zhì)超標(biāo)，真正發(fā)揮在線儀表的預(yù)警作用。

2.2數(shù)據(jù)呈對數(shù)正態(tài)分布

（1）組分含量呈對數(shù)正態(tài)分布時，平均值為幾何平均值，

標(biāo)準(zhǔn)差為幾何標(biāo)準(zhǔn)差，首先計(jì)算lnXn的標(biāo)準(zhǔn)差，即 ，

然后取其反對數(shù)得到標(biāo)準(zhǔn)偏差Sn。變異系數(shù)為 。

（2）背景值的計(jì)算。背景值取值范圍為 。

（3）警告線的設(shè)定。根據(jù)背景值設(shè)定警告線，所以警告線上線應(yīng)設(shè)定為XnS2n，警告線下線應(yīng)該設(shè)定Xn/S2n。

2.3 數(shù)據(jù)呈偏態(tài)分布

數(shù)據(jù)呈偏態(tài)分布平均值為中位數(shù)Md，標(biāo)準(zhǔn)偏差為Sn，變異系數(shù)為CV=Sn/Md。背景值取值范圍為一定樣本概率下的百分位數(shù)區(qū)間。

2.4 數(shù)據(jù)低于檢測限值

數(shù)據(jù)低于檢測限值時，當(dāng)檢出率E？叟80%時，取檢測下限的0.7倍參加背景值統(tǒng)計(jì)計(jì)算；當(dāng)50%？燮E？燮80%時，取中位數(shù)表示平均值，當(dāng)E？燮50%時，取檢測下限表示平均值[1]。

參考文獻(xiàn)

水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)范文第4篇

關(guān)鍵詞：水質(zhì)自動監(jiān)測； 水資源保護(hù)； 水環(huán)境

中圖分類號：X83 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

1 水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展概述

水質(zhì)在線自動監(jiān)測系統(tǒng)是一套以在線自動分析儀器為核心，運(yùn)用現(xiàn)代傳感技術(shù)、自動測量技術(shù)、自動控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及相關(guān)的專業(yè)分析軟件和通信網(wǎng)絡(luò)所組成的一個綜合性的在線自動監(jiān)測體系。

國內(nèi)水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)起步較晚。20世紀(jì)90年代末，水利、環(huán)保部門相繼在部分重要水系建立了水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)。主要監(jiān)測項(xiàng)目為常規(guī)五參數(shù)、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總有機(jī)碳等，在飲用水源地水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)增加了總磷、總氮、葉綠素、生物毒性等項(xiàng)目。近年來，水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)在許多國家地表水監(jiān)測中得到了廣泛的應(yīng)用，我國的水質(zhì)自動監(jiān)測站（以下簡稱水站）的建設(shè)也取得了較大的進(jìn)展，環(huán)境保護(hù)部已在我國重要河流的干支流、重要支流匯入口及河流入?？凇⒅匾旌w及環(huán)湖河流、國界河流及出入境河流、重大水利工程項(xiàng)目等斷面上建設(shè)了100個水質(zhì)自動監(jiān)測站，監(jiān)控包括七大水系在內(nèi)的63條河流，13座湖庫的水質(zhì)狀況。

2自動監(jiān)測系統(tǒng)的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的手工監(jiān)測相比：

（1）水質(zhì)自動監(jiān)測儀具有最佳現(xiàn)場使用效果，可以對水質(zhì)進(jìn)行自動、連續(xù)監(jiān)測，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程自動傳輸，隨時可以查詢到所設(shè)站點(diǎn)的水質(zhì)數(shù)據(jù)。這對于解決現(xiàn)行的水質(zhì)監(jiān)測周期長，勞動強(qiáng)度大，數(shù)據(jù)采集、傳輸速度慢等問題，具有深遠(yuǎn)的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

（2）水質(zhì)自動監(jiān)測工作的開展，一改過去總在事后才能向有關(guān)部門提供水質(zhì)信息的被動局面，實(shí)現(xiàn)了在水質(zhì)發(fā)生惡化時，儀器自動報警或響應(yīng)，對流域下游發(fā)出水質(zhì)污染的預(yù)警預(yù)報，防患于未然，充分體現(xiàn)了水利部門水量水質(zhì)綜合管理的優(yōu)越性。

（3）水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)促進(jìn)水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，改革環(huán)境質(zhì)量和污染源報告的編報，加速全國水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)向統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)信息的在線查詢、分析、計(jì)算、圖表顯示、打印等，隨時實(shí)現(xiàn)各單位之間水質(zhì)信息的互訪共享，實(shí)現(xiàn)全流域水環(huán)境綜合評價，可迅速為領(lǐng)導(dǎo)決策提供科學(xué)依據(jù)。

3水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

3.1水功能區(qū)污染物總量監(jiān)控

計(jì)算污染物總量需要大量水質(zhì)、水量數(shù)據(jù)。水質(zhì)自動監(jiān)測頻次高，產(chǎn)生的信息量大，在重要的控制斷面實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的自動監(jiān)測，有利于實(shí)施水功能區(qū)管理、污染物排放總量控制，促進(jìn)水資源管理工作的現(xiàn)代化。

3.2供水水源地水質(zhì)監(jiān)測

在水源地建設(shè)自動監(jiān)測站，可對水源地的水質(zhì)進(jìn)行24小時不間斷監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對自動監(jiān)測站的遠(yuǎn)程監(jiān)控，一點(diǎn)發(fā)生異常，及時預(yù)警，為保障水源地供水安全提供有效的技術(shù)監(jiān)督手段。

3.3預(yù)警預(yù)報重大水質(zhì)污染事故

自動監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時連續(xù)監(jiān)測對突發(fā)水污染事故預(yù)防和應(yīng)急監(jiān)測具有明顯的優(yōu)勢。通過自動監(jiān)測系統(tǒng)的預(yù)警功能，可及時發(fā)現(xiàn)污染事故，分析自動監(jiān)測數(shù)值變化趨勢，可判斷污染程度，對下游水質(zhì)污染做出預(yù)警預(yù)報，防止污染事件的進(jìn)一步擴(kuò)大，減輕其危害有著重要意義。

3.4跨界河流的水質(zhì)監(jiān)測

在跨界河流敏感點(diǎn)建設(shè)自動監(jiān)測站，實(shí)時監(jiān)控水質(zhì)變化狀況，與實(shí)驗(yàn)室人工監(jiān)測相結(jié)合提供客觀、準(zhǔn)確、中立的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

4水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)存在的問題與技術(shù)應(yīng)用成果

4.1存在的問題

4.1.1投資規(guī)模較大，運(yùn)行費(fèi)用較高；監(jiān)測儀器以進(jìn)口為主，價格昂貴。運(yùn)行維護(hù)成本高，儀器配件耗品價格昂貴。

4.1.2對操作、運(yùn)行、維護(hù)人員的技術(shù)水平要求較高；

4.1.3系統(tǒng)本身運(yùn)行不穩(wěn)定；儀器的基線漂移、試劑的變化、供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性等多種因素，都會影響到水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4.1.4系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室人工使用標(biāo)準(zhǔn)分析方法監(jiān)測的成果有一定的差別。由于水質(zhì)自動監(jiān)測儀器設(shè)備受現(xiàn)場環(huán)境條件和自動化控制要求的影響，其監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性不如實(shí)驗(yàn)室經(jīng)典化學(xué)分析方法，因此在使用之前，必須通過國家校準(zhǔn)檢測方法的比對使用，驗(yàn)證自動監(jiān)測的準(zhǔn)確性及可比性。

4.2建議

為了是水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)能準(zhǔn)確及時的監(jiān)測數(shù)據(jù)，應(yīng)做好以下幾個方面：

（1）專業(yè)技術(shù)人員的保證

要有能隨時解決發(fā)現(xiàn)的問題的專業(yè)技術(shù)人員，能保證自動監(jiān)測系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（2）質(zhì)量保證與質(zhì)量控制：日常采取的質(zhì)量控制措施包括定期校準(zhǔn)、質(zhì)控樣檢查、比對實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、試劑有效性檢查及數(shù)據(jù)審核等方法，應(yīng)嚴(yán)格按照《水質(zhì)自動分析儀技術(shù)要求》（HJ/T96-104-2003）進(jìn)行校準(zhǔn)，保證數(shù)據(jù)的有效性。

4.3技術(shù)應(yīng)用成果

隨著國家水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行，充分發(fā)揮了實(shí)時監(jiān)視和預(yù)警功能。在跨界污染糾紛、污染事故預(yù)警、重點(diǎn)工程項(xiàng)目環(huán)境影響評估及保障公眾用水安全方面已經(jīng)發(fā)揮了重要作用。

（1）2002年在浙江-江蘇的跨省污染糾紛處理過程中，自動站的連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)在監(jiān)督企業(yè)污染治理和防止超標(biāo)排放方面發(fā)揮了重要作用。

長江干流重慶朱沱和宜昌南津關(guān)水質(zhì)自動監(jiān)測站在2003年5～6月三峽庫區(qū)蓄水期間，共取得庫區(qū)上下游2520個水質(zhì)實(shí)時數(shù)據(jù)，為管理部門的決策提供了有力的依據(jù)。

（2）淮河干流淮南、蚌埠及盱眙站成功地全程監(jiān)視了2001～2006年淮河干流大型污染團(tuán)的遷移過程，為沿淮自來水廠及時調(diào)整處理工藝，保證飲水安全提供了依據(jù)，為環(huán)境管理及時提供了技術(shù)支持。

漢江武漢宗關(guān)自動監(jiān)測站自建立以來，每年對漢江水華的預(yù)警監(jiān)測都發(fā)揮了重要作用，及時通知武漢市主要飲用水處理廠提前做好處理，保障水廠出水達(dá)標(biāo)。

（3）2007、2008、2009年太湖藍(lán)藻預(yù)警監(jiān)測期間，太湖沙渚、西山和蘭山嘴水質(zhì)自動監(jiān)測站開展了加密監(jiān)測，通過水質(zhì)pH、溶解氧等藻類生長的水質(zhì)特異性指標(biāo)預(yù)測判斷水體的藻類生長狀況，為飲用水水質(zhì)預(yù)警提供了大量實(shí)時數(shù)據(jù)，發(fā)揮了重要作用。

（4）2008年四川汶川特大地震發(fā)生后，中國環(huán)境監(jiān)測總站立即通過水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)遠(yuǎn)程查看災(zāi)區(qū)水質(zhì)狀況，將災(zāi)區(qū)7個水質(zhì)自動監(jiān)測站的監(jiān)測頻次由原來的4小時一次調(diào)整為2小時一次，在第一時間分析了地震災(zāi)區(qū)地震前后水質(zhì)狀況，并將災(zāi)區(qū)水質(zhì)無明顯變化的情況及時向國務(wù)院抗震救災(zāi)總指揮部上報，并編制《汶川大地震后相關(guān)國家水質(zhì)自動監(jiān)測站水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果》，每天在互聯(lián)網(wǎng)上自動監(jiān)測結(jié)果，為保障災(zāi)區(qū)飲用水安全，穩(wěn)定災(zāi)區(qū)群眾發(fā)揮了重要作用。

（5）2008年北京奧運(yùn)會期間，利用北京密云古北口自動站（密云水庫入口）、門頭溝沿河城自動站（官廳水庫出口）、天津果河橋自動站（于橋水庫入口）、沈陽大伙房水庫及上海青浦急水港自動站等國家水質(zhì)自動監(jiān)測站對城市的飲用水源實(shí)施嚴(yán)密監(jiān)控，每日以《奧運(yùn)城市地表水自動監(jiān)測專報》形式上報環(huán)境保護(hù)部，為奧運(yùn)期間飲水安全提供了技術(shù)保障。

結(jié)語

實(shí)施水質(zhì)的自動監(jiān)測，可以實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的實(shí)時連續(xù)監(jiān)測和遠(yuǎn)程監(jiān)控，及時掌握主要流域重點(diǎn)斷面水體的水質(zhì)狀況，預(yù)警預(yù)報重大或流域性水質(zhì)污染事故，解決跨行政區(qū)域的水污染事故糾紛，監(jiān)督總量控制制度落實(shí)情況，保障飲用水源地的取水安全，為水資源保護(hù)監(jiān)督管理和決策提供了有力的支持手段。

參考文獻(xiàn)

[1]趙寶吉.我國水質(zhì)自動監(jiān)測的發(fā)展與應(yīng)用[J].黑龍江環(huán)境通報.2000.（3）

水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)范文第5篇

【關(guān)鍵詞】：水質(zhì)；自動監(jiān)測；設(shè)計(jì)

中圖分類號：TU991.21文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：

引言

水污染在我國已經(jīng)成為嚴(yán)重的環(huán)境問題，而現(xiàn)存的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)大多采用手工操作的方法，一個斷面每季度監(jiān)測1次，每年4次，監(jiān)測數(shù)據(jù)代表性差，無法真實(shí)反映水污染的變化情況，滿足不了環(huán)境管理的要求。能夠?qū)ΡO(jiān)測斷面自動采樣、自動分析、全天24小時連續(xù)工作的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的研制顯得尤為迫切。

 一、水質(zhì)監(jiān)測分析方法

選擇合適的水質(zhì)監(jiān)測分析方法，是獲得準(zhǔn)確結(jié)果的關(guān)鍵因素之一。選擇分析方法應(yīng)遵循的原則是：靈敏度能滿足定量要求；方法成熟、準(zhǔn)確；操作簡便，易于普及；抗干擾能力好。我國對各類水體中不同污染物質(zhì)的分析方法主要有以下三個層次，它們相互補(bǔ)充，構(gòu)成完整的監(jiān)測分析方法體系：國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法、統(tǒng)一分析方法、等效方法。

二、水質(zhì)監(jiān)測方案的制定

水質(zhì)監(jiān)測方案的確定步驟：進(jìn)行采樣前的調(diào)查研究，明確監(jiān)測目的，收集資料；確定監(jiān)測項(xiàng)目；設(shè)定監(jiān)測網(wǎng)點(diǎn)（設(shè)置監(jiān)測斷面和采樣點(diǎn)）；確定采樣時間和頻率；選擇采樣及監(jiān)測的技術(shù)；數(shù)據(jù)處理；提出監(jiān)測報告要求；制訂質(zhì)量保證程序、措施及方案實(shí)施計(jì)劃。

 三、水質(zhì)在線監(jiān)測技術(shù)

水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，又稱為水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)或水質(zhì)實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，是指將集多項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的自動分析儀器和傳感器組合起來配以先進(jìn)的控制芯片、網(wǎng)絡(luò)通信和軟件技術(shù)，把從采樣、分析到記錄、傳輸、處理數(shù)據(jù)的整個過程組合成高度自動化的流程，從而實(shí)現(xiàn)在線多參數(shù)實(shí)時、快速、自動監(jiān)測的技術(shù)。水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)是環(huán)境監(jiān)測原理、現(xiàn)代傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信、軟件工程、大型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和環(huán)境評價管理交叉發(fā)展的產(chǎn)物。

 1、傳感器技術(shù)

（1）化學(xué)傳感器，化學(xué)傳感器是利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電信號或其他信息（如光效應(yīng)、熱效應(yīng)、場效應(yīng)及質(zhì)量變化等）來進(jìn)行測定的。被分析物透過選擇性薄膜后發(fā)生特定化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的信息被相應(yīng)的化學(xué)或物理換能器轉(zhuǎn)變成可定量或可處理的電信號，經(jīng)過二次放大后的到顯示。這類傳感器是在水質(zhì)自動監(jiān)測中應(yīng)用最廣的傳感器。

（2）光導(dǎo)纖維傳感器。

（3）生物傳感器，是指用固化生物催化劑等識別元件與化學(xué)物質(zhì)之間產(chǎn)生的生物化學(xué)反應(yīng)來測定。依靠電化學(xué)器件有選擇地測定所產(chǎn)生的或被消耗的化學(xué)物質(zhì)，并將測定結(jié)果交換為電信號。

2、水質(zhì)自動分析儀器的發(fā)展

水質(zhì)自動分析儀器表現(xiàn)了分析儀器的智能化方向發(fā)展。發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在：基于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了分析儀器的自動化；通過計(jì)算機(jī)控制器和數(shù)字模型進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、統(tǒng)計(jì)、分析、處理，提高了分析儀器數(shù)據(jù)處理能力；數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了分析儀器數(shù)字圖像處理功能的發(fā)展；分析儀器的聯(lián)用技術(shù)向測試速度超高速化、分析試樣超微量化、分析儀器超小型化的方向發(fā)展。

四、 通信傳輸及接口技術(shù)

水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)主要涉及三個層次的通信傳輸技術(shù)，即各水質(zhì)分析儀與現(xiàn)場控制系統(tǒng)主控芯片(或現(xiàn)場PC)的數(shù)據(jù)和指令傳輸；現(xiàn)場與監(jiān)控中心之間數(shù)據(jù)與指令的雙向傳輸；監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫與用戶的網(wǎng)絡(luò)的連接，第一、二個層次最為重要。水質(zhì)分析儀與現(xiàn)場控制系統(tǒng)主控芯片（或現(xiàn)場PC）目前主要依賴RS―485異步通信接口和模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)場控制系統(tǒng)與監(jiān)控中心之間的通信有GSM無線通信、MODEM電話撥號連接、有線網(wǎng)絡(luò)連接和衛(wèi)星通信等多種方式，前兩種已有較為成熟的技術(shù)實(shí)例且成本較低。后端數(shù)據(jù)處理軟件技術(shù)后端數(shù)據(jù)處理在整個水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)中發(fā)揮著“信息中心”的作用，是整個系統(tǒng)的信息出口，主要發(fā)揮數(shù)據(jù)記錄、表達(dá)和存儲的功能。一般這類軟件都是基于WINDOWS平臺開發(fā)，采用模塊化設(shè)計(jì)思想，具有較好的模塊性、可移植性和可維護(hù)性。

五、基于單片機(jī)的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

 設(shè)計(jì)思路：以單片機(jī)為主要控制器件設(shè)計(jì)一種水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，主要包括硬件電路的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)。硬件電路主要包括傳感器的選取，單片機(jī)的選取與應(yīng)用，A/D轉(zhuǎn)換的選用，電源設(shè)計(jì)，顯示部分設(shè)計(jì)等；軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序設(shè)計(jì)和子程序設(shè)計(jì)，監(jiān)測結(jié)果通過顯示模塊顯示。

 1、 監(jiān)測項(xiàng)目

水質(zhì)主要監(jiān)測項(xiàng)目可分為兩大類：一類是反映水質(zhì)狀況的綜合指標(biāo)，如溫度、pH值、電導(dǎo)率、溶解氧等；另一類是毒物質(zhì)的監(jiān)測，如鉛、汞和有機(jī)農(nóng)藥等。這次設(shè)計(jì)選擇的監(jiān)測項(xiàng)目為反映水質(zhì)狀況的綜合性指標(biāo)水質(zhì)pH值。水中的PH值主要是由水中的氫離子數(shù)量的多寡決定。pH值反映了溶液中各溶解性化合物達(dá)到的酸堿平衡狀態(tài)，主要是碳酸氫鹽、碳酸鹽、二氧化碳的平衡。氫離子濃度指數(shù)一般在0～14之間。水中的PH值可以體現(xiàn)出水中的酸堿度，湖水中水的PH值從一定的程度上反映了水質(zhì)的好壞。所以，水中的PH對于生活在水中的動植物有著重要的影響。人體健康與PH間的直接關(guān)系不明顯，一般pH值在6.5～9.5范圍內(nèi)時不太影響健康。生活飲用水pH值的國家標(biāo)準(zhǔn)是6.5～8.5之間。

2、硬件設(shè)計(jì)與選擇

(1)單片機(jī)的選擇

單片機(jī)也稱為微控制器或嵌入式微控制器。內(nèi)部結(jié)構(gòu)由中央處理器（CPU）、存儲器和輸入/輸出（I/O）3大基本部分構(gòu)成。單片機(jī)內(nèi)有兩個存儲器，是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器(也稱寄存器)。在寄存器中有一部分寄存器具有特殊功能，稱為特殊功能寄存器(如P0端口寄存器)，單片機(jī)的主要功能時通過向特殊功能寄存器寫入0或1二進(jìn)制數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。本次設(shè)計(jì)即是選用AT89C51單片機(jī)。單片機(jī)振蕩電路石英晶體振蕩器頻率選12MHz，則振蕩周期= 1/（12MHz）,機(jī)械周期=12×振蕩周期=1μs。

(2)傳感器的選用

傳感器是直接進(jìn)行測量的環(huán)節(jié)。本次選用的傳感器是化學(xué)傳感器，化學(xué)傳感器是指利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電信號或其他信息（如光效應(yīng)、熱效應(yīng)、場效應(yīng)及質(zhì)量變化等）來進(jìn)行測定的傳感器。本文選用的是玻璃電極，其測量的線性范圍是1~9.5pH。

（3）模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的選用

信號輸入端可以是轉(zhuǎn)換器或傳感器的輸出。轉(zhuǎn)換器的輸出信號可提供給微處理器。本次設(shè)計(jì)選用的是使用較廣泛的8位連續(xù)漸進(jìn)式模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC0804。將單片機(jī)與ADC0804連接時，因單片機(jī)需要對ADC0804作溝通，所以需要單片機(jī)的兩個Port，一個口作數(shù)據(jù)總線，另一個口作為控制端口用。如下頁圖9中所示，端口0與ADC連接作數(shù)據(jù)總線；P2.0接至ADC的/RD、/WR引腳，方便控制；P2.1接至/INTR引腳，以判斷是否轉(zhuǎn)換完成。本次設(shè)計(jì)采用的是非中斷方式。

(4)顯示模塊設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的顯示部分采用兩個數(shù)碼管的共陽極連接，采用動態(tài)顯示驅(qū)動。R是限流電阻。如下圖9中所示，端口1連接數(shù)碼管，以顯示輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換后的數(shù)字值。Q1和Q2是兩只共陽極數(shù)碼顯示管的控制三極管，三極管的基極分別接在單片機(jī)P2端口的P2.6和P2.7引腳上。也就是，P.6輸出為0時三極管Q1導(dǎo)通，與其相連的共陽極數(shù)碼管顯示器開始工作；P2.6輸出為1時三級管Q1截止，與其相連的數(shù)碼管顯示器停止工作。三極管Q2的工作與Q1三級管相同。

結(jié)束語

實(shí)施水質(zhì)的自動監(jiān)測，可以實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的實(shí)時連續(xù)監(jiān)測和遠(yuǎn)程監(jiān)控，及時掌握主要流域重點(diǎn)斷面水體的水質(zhì)狀況，預(yù)警預(yù)報重大或流域性水質(zhì)污染事故，解決跨行政區(qū)域的水污染事故糾紛，監(jiān)督總量控制制度落實(shí)情況，保障飲用水源地的取水安全，為水資源保護(hù)監(jiān)督管理和決策提供了有力的支持手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]張聞波、朱星明等，太子河流域水資源實(shí)時監(jiān)控管理系統(tǒng)集成技術(shù)研究，中國水利水電科學(xué)研究院學(xué)報，2005（2）：143-149．