基于組態(tài)王的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

王方杰

摘要： 為實現(xiàn)水質(zhì)的實時監(jiān)測，提出了一種基于組態(tài)王的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由傳感器節(jié)點、網(wǎng)絡(luò) I/O 模塊、無線路由節(jié)點、上位機(jī)監(jiān)控中心組成。傳感器采集數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò) I/O 聯(lián)網(wǎng)模塊將數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)監(jiān)控中心，由組態(tài)王完成對數(shù)據(jù)的處理，能夠?qū)崿F(xiàn)水質(zhì)的實時監(jiān)控，完成對電導(dǎo)率、PH 值、濁度、氧化還原等信號的采集與處理。實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)查詢、報表制作、報警等功能。對各種水質(zhì)監(jiān)測應(yīng)用具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)監(jiān)測；組態(tài)王；多參數(shù)

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）18-0250-02

水環(huán)境的保護(hù)和預(yù)防是促進(jìn)社會發(fā)展和關(guān)乎人們生活健康的重要舉措。水資源保護(hù)中如何高效實時的獲取水環(huán)境信息，及時有效對信息進(jìn)行采集處理，預(yù)警等關(guān)鍵技術(shù)成為水質(zhì)監(jiān)測與治理中的重要環(huán)節(jié)。

本文將組態(tài)王與傳感器技術(shù)應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測中，設(shè)計出基于組態(tài)王的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，通過將傳感器放入待測水域中采集數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò) I/O 聯(lián)網(wǎng)模塊和無線 ap傳輸?shù)?PC 機(jī)，由組態(tài)王進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將結(jié)果顯示在終端上，實現(xiàn)水質(zhì)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測與報警，提高水質(zhì)監(jiān)測的智能化與水污染治理的有效性。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)利用組態(tài)王軟件，網(wǎng)絡(luò) I/O 模塊，無線 AP 以及各種傳感器。

基于組態(tài)王的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計可分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。硬件設(shè)計包括：網(wǎng)絡(luò)I/O聯(lián)網(wǎng)模塊、電源模塊、無線模塊、傳感器。軟件設(shè)計包括：定義外部設(shè)備和變量、創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫、界面設(shè)計、功能設(shè)計。

主要實現(xiàn)功能：

（1）多參數(shù)水質(zhì)數(shù)據(jù)采集；

（2）水質(zhì)實時監(jiān)測；

（3）水質(zhì)污染實時報警；

（4）數(shù)據(jù)信息無線傳輸。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

硬件設(shè)計包括：網(wǎng)絡(luò)I/O 聯(lián)網(wǎng)模塊、電源模塊、無線模塊、傳感器設(shè)計與選型。

2.1 網(wǎng)絡(luò) I/O 聯(lián)網(wǎng)模塊

網(wǎng)絡(luò) I/O 聯(lián)網(wǎng)模塊是系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸過程中重要的組件，是數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵摹鞲衅髋c此模塊直接相連，模塊通過無線模塊與組態(tài)王通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

2.2電源模塊

電源模塊主要實現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò) I/O 聯(lián)網(wǎng)模塊供電，根據(jù)網(wǎng)絡(luò) I/O 聯(lián)網(wǎng)模塊的輸入電壓和輸入電流范圍選擇合適的電源，不能超過模塊的參數(shù)范圍，否則會造成數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹袛嗷蛘呤悄K的損壞。

2.3 無線ap模塊

無線模塊是系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸過程的另外一個組件，此模塊與網(wǎng)絡(luò) I/O 聯(lián)網(wǎng)模塊用 RJ452 線相連，實現(xiàn)PC機(jī)與網(wǎng)絡(luò)I/O 聯(lián)網(wǎng)模塊進(jìn)行通信。

2.4 傳感器

傳感器的主要工作是數(shù)據(jù)采集，根據(jù)傳感器的各項參數(shù)對系統(tǒng)其他部分進(jìn)行設(shè)計，保證傳感器輸入電壓的穩(wěn)定，以提高傳感器采集數(shù)據(jù)的精確性。

主要包括：

（1）電導(dǎo)率傳感器

技術(shù)指標(biāo)：

工作電壓：5V

測量范圍：1ms/cm—20ms/cm

適用溫度：5-40℃

（2）PH傳感器

技術(shù)指標(biāo)：

加熱電壓：5V

工作電流：5-10mA

檢查范圍：0-14

穩(wěn)定時間：≤60S

工作溫度：-10-50℃

響應(yīng)時間：≤5S

（3）濁度傳感器

技術(shù)指標(biāo)：

工作電壓：5V

工作電流：30mA（MAX）

響應(yīng)時間：<500ms

輸出方式一：模擬輸出0-4.5V

輸出方式二：高/低電平

（4）氧化還原傳感器

技術(shù)指標(biāo)：

工作電壓：+5.00V

測量范圍：-2000mV-2000mV

適應(yīng)溫度：5-70℃

精度：±10mV（25℃）

響應(yīng)時間：<20S

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

（1）用戶和對象管理模塊：在系統(tǒng)的設(shè)計當(dāng)中可以分為兩個部分闡述此模，一個是開發(fā)系統(tǒng)管理，另一個是運行系統(tǒng)管理。同時還為設(shè)置登錄密碼和其他用戶，不同的用戶擁有不同的權(quán)限，防止無關(guān)人員對本系統(tǒng)的篡改和破壞。

（2）實時顯示模塊：主要從兩部分介紹此部分：文本形式顯示 PH、電導(dǎo)率、濁度、ORP 參數(shù)值，曲線趨勢圖顯示環(huán)境參數(shù)變化趨勢。

（3）數(shù)據(jù)庫管理模塊：組態(tài)王內(nèi)部自帶歷史數(shù)據(jù)庫，傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇M態(tài)王中，組態(tài)王將各項參數(shù)記錄到數(shù)據(jù)庫中，可以對控件進(jìn)行相應(yīng)的編碼實現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)查詢，也可以通過控件將歷史數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)以曲線圖的形式顯示出來。實時數(shù)據(jù)庫通過 Access 數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)，通過 PC 機(jī)設(shè)置 ODBC 數(shù)據(jù)源實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫與組態(tài)王之間的相互訪問，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的查詢和記錄。在本系統(tǒng)中，所有對實時數(shù)據(jù)庫中操作管理都是通過 SQL 命令語言來實現(xiàn)的。

（4）數(shù)據(jù)分析模塊：傳感器采集到的各項數(shù)據(jù)可以以歷史曲線圖和實時曲線圖的形式顯示出來，也可以以報表的形式顯示出來，根據(jù)需要可以進(jìn)行打印操作。

（5）報警：組態(tài)王中在數(shù)據(jù)詞典創(chuàng)建變量時同時需要對數(shù)據(jù)變量設(shè)置報警上限，以此對系統(tǒng)中的各項參數(shù)進(jìn)行報警檢測。當(dāng)系統(tǒng)中的某項參數(shù)超過此參數(shù)設(shè)置的報警上限時，報警模塊就會顯示報警信息。

4 運行與調(diào)試

以小型水域為例，模擬水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)的運行，如圖 4 所示。

5 結(jié)語

基于組態(tài)王的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，是新興科技下的產(chǎn)物。系統(tǒng)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用組態(tài)王、網(wǎng)絡(luò) I/O 聯(lián)網(wǎng)模塊、PC 機(jī)以及傳感器來實現(xiàn)多種傳感器采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)無線傳輸，組態(tài)王進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與顯示，從而對水質(zhì)變化情況進(jìn)行實時監(jiān)測，為水污染治理提供了技術(shù)支持。基于組態(tài)王的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)易于擴(kuò)展、使用方便，其應(yīng)用會越來越廣泛。

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