基于Android平臺的工業(yè)污水參數(shù)在線測量裝置設(shè)計

胡海博,朱永璇,佟威正,李月恒

（北方工業(yè)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院，北京,100144）

基于Android平臺的工業(yè)污水參數(shù)在線測量裝置設(shè)計

胡海博,朱永璇,佟威正,李月恒

（北方工業(yè)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院，北京,100144）

本文設(shè)計一種多水質(zhì)參數(shù)實時在線測量裝置對水環(huán)境中的常規(guī)五項及COD參數(shù)進(jìn)行實時在線測量。本文設(shè)計了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量算法，設(shè)計了硬件電路，Android環(huán)境的移植，軟件編程并制作樣機(jī)。通過該儀器能夠檢測水環(huán)境中的PH、溶氧、溫度、電導(dǎo)率、濁度參數(shù)，并且可以根據(jù)所測參數(shù)軟測量出COD參數(shù)，同時也可以對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。通過對樣本水質(zhì)以及樣本數(shù)據(jù)的測試驗證，該裝置具有靈敏度好、效率高、信息存儲量大，友好的人機(jī)界面等特點，具有良好的水質(zhì)檢測功能。

水質(zhì)常規(guī)五項 ；COD檢測 ；樣機(jī)測試

0 引言

隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，伴隨著的是水污染問題越來越嚴(yán)重，已經(jīng)成為人類生存的主要障礙。因此水污染的防治已成為全世界關(guān)注的焦點問題。借鑒于國外水資源污染監(jiān)測的經(jīng)驗，我國在水污染的監(jiān)測方面也取得了很快的發(fā)展，但是由于技術(shù)手段的落后性，水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)一直沒有廣泛應(yīng)用。本課題所研究的基于嵌入式安卓與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)對比于原始的人工監(jiān)測手段或低處理能力的監(jiān)測系統(tǒng)來說取得了很大的進(jìn)步，對正確評價污水的實時狀況，研究污染物的類型、節(jié)約成本、污染程度方面具有重要的意義。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)主要由核心控制板、功能底板電路、安卓系統(tǒng)三部分組成。其中核心控制板作為整個裝置的處理及控制部分，功能底板電路完成數(shù)據(jù)的采集，系統(tǒng)供電等工作，安卓系統(tǒng)是整個控制軟件的運行環(huán)境。圖1為系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖。由圖1可知，系統(tǒng)在工作過程中，首先通過掛載在底板上的常規(guī)五項水質(zhì)傳感器數(shù)據(jù)對水質(zhì)中的常規(guī)五項參數(shù)進(jìn)行實時在線測量，然后根據(jù)測量獲得的五項參數(shù)數(shù)據(jù)軟測量出COD參數(shù)，最后對數(shù)據(jù)進(jìn)行通過存儲。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

2 硬件設(shè)計

系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要是以負(fù)載核心版高效運行為目的，外圍加載電源模塊、LCD顯示屏模塊、USB-OTG程序下載口、USBHOST接口、UART232 Debug串口、UART485傳感器數(shù)據(jù)傳輸通信接口、SDCARD存儲器接口以及RJ-45網(wǎng)絡(luò)等。圖2為系統(tǒng)硬件整體結(jié)構(gòu)框圖。由圖可以該裝置通過485通信口實時采集水質(zhì)傳感器數(shù)據(jù)，而后通過應(yīng)用層的數(shù)據(jù)分析與處理得到需要的參數(shù)。

圖2 系統(tǒng)硬件整體結(jié)構(gòu)框圖

3 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計以安卓下的應(yīng)用開發(fā)為主，內(nèi)嵌訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，對傳感器數(shù)據(jù)的采集通過安卓下的485驅(qū)動集成來完成，采用NDK的開發(fā)方式。圖3為軟件的整體架構(gòu)圖。由圖中可以看出進(jìn)入應(yīng)用后主UI線程負(fù)責(zé)實施刷新在線測量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理線程專門負(fù)責(zé)傳感器數(shù)據(jù)的采集與處理工作，數(shù)據(jù)處理線程則負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行在線存儲。傳感器數(shù)據(jù)通信協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)ModBus/RTU通信格式，數(shù)據(jù)處理線程程序通過對串口發(fā)送過來的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行校驗確認(rèn)無誤之后，然后在進(jìn)行數(shù)據(jù)的提取與解析工作，依次讀取各個傳感器數(shù)據(jù)，采用輪詢查閱的方式讀取。

例如PH數(shù)據(jù)處理程序如圖4所示：其中Zzz()為延時函數(shù)，上位機(jī)發(fā)送讀取數(shù)據(jù)指令后傳感器回復(fù)數(shù)據(jù)有一定的延時時間，然后對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)組保存，判斷數(shù)據(jù)長度以及CRC校驗，最后從固定的數(shù)據(jù)為中提取數(shù)據(jù)，并發(fā)送給主線程。

4 效果測試

結(jié)合樣本水質(zhì)以及樣本數(shù)據(jù)，本裝置的測量結(jié)果滿足精度要求，而且其軟測量出的COD參數(shù)同樣和樣本水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)COD參數(shù)比較后所得誤差也在可接收的范圍內(nèi)。實驗的最終效果圖如圖4所示。所以整體上來說該裝置從功能上來說滿足技術(shù)要求，從應(yīng)用上來說該裝置具有硬件成本低、性能好等優(yōu)點。

5 結(jié)論

本文基于嵌入式安卓以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法為基礎(chǔ)設(shè)計出了一套多水質(zhì)實時在線測量裝置，本裝置的測量結(jié)果滿足精度要求，各項測量結(jié)果都滿足各自的誤差。其實現(xiàn)的多水質(zhì)測量裝置的基本功能而且具有成本低廉、性能良好的特點，可應(yīng)用于各中水質(zhì)在線監(jiān)測領(lǐng)域。

[1] 侯德剛.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的生化處理水質(zhì)預(yù)測[J].現(xiàn)代化工, 2009, 29(12): 66-70.

[2] 管秋,王萬良.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的污水處理指標(biāo)軟測量研究[J].環(huán)境污染與防治.2006, 28(2): 156-158

[3] 張米娜,韓紅桂,喬俊飛.前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)動態(tài)增長-修剪方法[J].智能系統(tǒng)學(xué)報. 2011, 6(2): 101-106

Design of online measuring equipment for Industrial sewage based on Android platform

Hu Haibo,Zhu Yongxuan,Tong Weizheng,Li Yueheng
(College of Electrical and Control Engineering,North China University of Technology,Beijing,100144)

This paper designs a real-time online measuring device for conventional five and COD parameters in water environment.In this paper,we have designed neural network soft measurement algorithm,the hardware circuit,the transplantation of the Android environment,software programming and production prototype. With the instrument you can detect the water environment of PH,dissolved oxygen,temperature,conductivity, turbidity parameters, and can measure the COD parameter according to the measured parameters,and also can be stored for measurement data.By verifying the sample water quality and the sample data,this device has good sensitivity, high efficiency,information storage capacity big,friendly human-machine interface etc., with good water quality detection.

water quality of conventional five;COD detection; prototype testing

圖4 PH數(shù)據(jù)處理程序

圖3 軟件整體架構(gòu)

圖4 Android平臺運行效果