智能家居水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

【摘 要】居民飲用水環(huán)境一直以來(lái)作為重要研究課題，通過(guò)對(duì)水質(zhì)的監(jiān)測(cè)可為居民提供健康保障。文章對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行概述，介紹系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)智能家居水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成進(jìn)行分析，并做出相應(yīng)的設(shè)計(jì)，完善智能家居水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】智能家居;水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng);設(shè)計(jì)研究

【中圖分類號(hào)】TP273.5 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）07-0060-02

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)已逐步引進(jìn)智能家居系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)居民用水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用傳感器和電子元件對(duì)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)水質(zhì)中的pH濃度、氨氮含量和溶氧量進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集。通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部元件對(duì)采集數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸，在設(shè)備終端進(jìn)行顯示，使用戶對(duì)水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部的自檢系統(tǒng)可對(duì)水質(zhì)進(jìn)行智能化監(jiān)測(cè)，為用戶提供正確的監(jiān)管途徑。

1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國(guó)家有關(guān)部門(mén)開(kāi)始對(duì)用水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，使居民可使用健康水源，通過(guò)技術(shù)人員對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不斷優(yōu)化，可使其對(duì)水質(zhì)進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)[1]。當(dāng)前，水質(zhì)監(jiān)測(cè)一般由水質(zhì)測(cè)量設(shè)備、通信式網(wǎng)絡(luò)工程、前端口監(jiān)測(cè)設(shè)備和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心等組成，通過(guò)其系統(tǒng)的運(yùn)行可對(duì)整體用水環(huán)境實(shí)施監(jiān)測(cè)。水質(zhì)測(cè)量設(shè)備以傳感器為主，對(duì)水質(zhì)的內(nèi)置結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和檢測(cè)，包括溶解氧測(cè)量傳感器、pH值測(cè)量傳感器、氨氮測(cè)量傳感器、渾濁度測(cè)量傳感器和可溶性鹽濃度（EC）測(cè)量傳感器等[2]。通信式網(wǎng)絡(luò)工程對(duì)信息進(jìn)行傳輸和備份，工作人員可對(duì)水質(zhì)的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，其傳遞信息的方式以GPRS、4G、3G等較為常見(jiàn)。前端口檢測(cè)設(shè)備是指整體水質(zhì)的終端監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將水質(zhì)測(cè)量設(shè)備的數(shù)據(jù)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞，并進(jìn)行在線分析，可對(duì)錯(cuò)誤信息進(jìn)行處理并進(jìn)行預(yù)警，方便工作人員制定相應(yīng)的措施。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心為技術(shù)人員提供數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示，并可對(duì)信息進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)控，包括服務(wù)器、水質(zhì)資源系統(tǒng)和屏幕顯示器等。

2 智能家居水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

2.1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備系統(tǒng)

當(dāng)前對(duì)家居用水進(jìn)行監(jiān)測(cè)過(guò)程中，由于其整體用水環(huán)境的水源凈化方式，只需對(duì)水質(zhì)氨氮含量、pH濃度和溶氧量進(jìn)行分析，對(duì)水質(zhì)采取同水源多途徑的處理方式，對(duì)水質(zhì)形成全面監(jiān)測(cè)[3]。智能化的不斷應(yīng)用，使部分操作進(jìn)入全自動(dòng)處理模式，使其對(duì)水質(zhì)可以進(jìn)行完整的監(jiān)測(cè)。通過(guò)氨氮測(cè)量傳感器可對(duì)居民用水中的氨氮量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，水中氨氮元素可在特定條件下轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，當(dāng)居民長(zhǎng)時(shí)間引用此種水質(zhì)時(shí)，將導(dǎo)致亞硝酸鹽和身體內(nèi)部的蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成致癌物質(zhì)亞硝胺，影響居民的健康。通過(guò)pH值測(cè)量傳感器可對(duì)水質(zhì)進(jìn)行pH數(shù)據(jù)采集，通過(guò)對(duì)水中酸堿性含量的測(cè)定，確定水質(zhì)的當(dāng)前質(zhì)量，通常情況下水是中性物質(zhì)，其pH值一般為7.0，可由pH的具體檢測(cè)值來(lái)確定水質(zhì)是否受到污染等。通過(guò)溶解氧測(cè)量傳感器可對(duì)水中的溶氧量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，水質(zhì)的自凈化能力取決于水中溶氧量的大小，并可提升居民的免疫力等，同時(shí)可抑制水中的細(xì)菌滋生等情況。

2.2 水質(zhì)終端控制系統(tǒng)

水質(zhì)終端控制系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行采集，通過(guò)單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行指令信號(hào)的傳輸，在對(duì)其電源進(jìn)行控制時(shí)，一般以其安裝環(huán)境為基準(zhǔn)，通過(guò)單片機(jī)所能承載的最大電壓進(jìn)行適應(yīng)性供電。當(dāng)前智能家居中，一般民用電壓為220 V，在對(duì)其進(jìn)行電源配置時(shí)，需通過(guò)降壓轉(zhuǎn)化器對(duì)其進(jìn)行供電，在家居使用過(guò)程中，由于家居電器較多，易受到電磁影響，應(yīng)在裝置附近安裝防輻射設(shè)備，使其可進(jìn)行正常操作。水質(zhì)終端控制的串口式通信模塊，將程序與設(shè)備相連接，為其提供信息傳輸，在對(duì)其進(jìn)行設(shè)置時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)型號(hào)的設(shè)備，并在接口處設(shè)置多引腳，以滿足對(duì)信息的多途徑傳輸，通過(guò)實(shí)體式接線傳輸，可提升數(shù)據(jù)信息的穩(wěn)定性，減少電磁信號(hào)的干擾，達(dá)到對(duì)水質(zhì)的正確選擇。其接口應(yīng)處于多兼容模式，在對(duì)其進(jìn)行更換選擇時(shí)，型號(hào)選擇范圍較廣。網(wǎng)絡(luò)接口作為信息傳輸?shù)膶?shí)體化作用，將數(shù)據(jù)信息與串口式通信模塊進(jìn)行連接，其設(shè)備在進(jìn)行選擇過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)信息傳輸能力的檢測(cè)，網(wǎng)絡(luò)接口在整個(gè)系統(tǒng)中占據(jù)重要位置，數(shù)據(jù)信息傳輸速度大小取決于網(wǎng)絡(luò)接口的性能。傳感器采集模塊主要是對(duì)信息進(jìn)行采集，由于傳感器內(nèi)電子元器件較為精密，應(yīng)對(duì)其電流和電壓進(jìn)行嚴(yán)格控制，防止因電流或電壓過(guò)大使傳感器內(nèi)電子元器件損毀，導(dǎo)致傳感器無(wú)法使用。傳感器在進(jìn)行電壓信號(hào)傳輸時(shí)，直接將信號(hào)傳遞到單片機(jī)內(nèi)部，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)壓設(shè)定，當(dāng)傳輸?shù)碾妷盒盘?hào)大于單片機(jī)信號(hào)時(shí)，應(yīng)在整體電路中設(shè)置相應(yīng)的阻抗元件。

2.3 網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)系統(tǒng)

在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，需對(duì)數(shù)據(jù)傳輸信息進(jìn)行嚴(yán)格控制，將采集到的數(shù)據(jù)信息由傳輸模塊進(jìn)行終端系統(tǒng)展示，在對(duì)信息進(jìn)行讀取時(shí)，應(yīng)選取正確型號(hào)的端口連接器，使其對(duì)設(shè)備進(jìn)行精準(zhǔn)傳輸，對(duì)其進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)依據(jù)實(shí)際使用環(huán)境進(jìn)行型號(hào)上的選擇。在選用過(guò)程中，應(yīng)以其體積和性能為第一方向，其體積小在安裝過(guò)程中可節(jié)省相應(yīng)的空間，其性能穩(wěn)定可增加其傳輸數(shù)據(jù)的合理性，并可適用于多環(huán)境工作。網(wǎng)路信息模塊應(yīng)提供相應(yīng)的反饋服務(wù)，將數(shù)據(jù)信息中心進(jìn)行決策性處理，并將數(shù)據(jù)信息以網(wǎng)絡(luò)信息的途徑反饋到用戶手中，方便用戶對(duì)其進(jìn)行了解。其信息在傳輸過(guò)程中，以多信道的傳輸方式將信息進(jìn)行終端傳輸，其數(shù)據(jù)信息經(jīng)過(guò)系統(tǒng)處理進(jìn)行相應(yīng)備份，為用戶及技術(shù)人員提供信息查詢系統(tǒng)。

3 智能家居水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模塊

3.1 傳感器模塊

在對(duì)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，一般由傳感器對(duì)水質(zhì)進(jìn)行采集，通過(guò)溶解氧測(cè)量傳感器、pH值測(cè)量傳感器、氨氮測(cè)量傳感器等進(jìn)行信息采集，在實(shí)際操作時(shí)，應(yīng)依據(jù)傳感器的特性進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。其中，溶解氧測(cè)量傳感器在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，由于其測(cè)量敏感性較大，將導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生相應(yīng)的偏差，不利于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)性分析，應(yīng)定期對(duì)長(zhǎng)時(shí)間工作的傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，并將其內(nèi)置氧離子測(cè)試液進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，提升其采集精準(zhǔn)度。pH值測(cè)量傳感器和氨氮測(cè)量傳感器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用后，應(yīng)對(duì)傳感器進(jìn)行定期校準(zhǔn)調(diào)節(jié)。在對(duì)氨氮測(cè)量傳感器進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，應(yīng)注意傳感器的工作狀態(tài)。由于氨氮監(jiān)測(cè)精度較高，應(yīng)對(duì)其檢測(cè)液進(jìn)行二次調(diào)節(jié)，防止其極小誤差范圍造成對(duì)氨氮含量的監(jiān)測(cè)不均，進(jìn)而使水中產(chǎn)生低濃度亞硝酸鹽。其傳感器在使用過(guò)程中，一般應(yīng)按照具體說(shuō)明進(jìn)行使用，其校準(zhǔn)系統(tǒng)由傳感器廠家提供。

3.2 水質(zhì)采集終端模塊

在對(duì)水質(zhì)采集終端模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)時(shí)，通過(guò)主程序控制機(jī)構(gòu)完成對(duì)整體模塊的操作，使模塊通過(guò)順序性控制達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的操控，使模塊之間協(xié)同合作，并增強(qiáng)其整體邏輯性。通過(guò)AD采樣機(jī)構(gòu)可對(duì)模塊進(jìn)行相應(yīng)的初始化，當(dāng)信息完成當(dāng)前傳輸狀態(tài)時(shí)，可對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行初始化，開(kāi)始對(duì)水樣進(jìn)行下一周期的采集。通過(guò)AD采樣機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)對(duì)水樣的采集，傳輸數(shù)據(jù)，并完成相應(yīng)的指令動(dòng)作。串口機(jī)構(gòu)作為模塊內(nèi)部的通信程序，可對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)體傳輸，通過(guò)多引腳模式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的穩(wěn)定傳輸，其內(nèi)部應(yīng)設(shè)有初始化程序，可防止在對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，集成系統(tǒng)的反應(yīng)速度與當(dāng)前傳輸速度不一致，造成數(shù)據(jù)的二次傳輸?shù)?，造成結(jié)果數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等嚴(yán)重影響。

3.3 數(shù)據(jù)信息單元傳輸模塊

在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，數(shù)據(jù)信息單元傳輸模塊通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將水質(zhì)采集終端控制與網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)終端構(gòu)架信息信道傳輸路徑[4]。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，為保證數(shù)據(jù)信息的完整，應(yīng)對(duì)硬件接口進(jìn)行加固式連接，防止引腳不良導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息傳輸丟失，同時(shí)應(yīng)做好相應(yīng)的電磁防護(hù)措施，防止系統(tǒng)內(nèi)部精密元器件由于電磁影響導(dǎo)致無(wú)法正常傳輸數(shù)據(jù)。在進(jìn)行相應(yīng)的配置時(shí)，應(yīng)對(duì)單片機(jī)在串口通信的速率進(jìn)行嚴(yán)格審核并規(guī)定相應(yīng)的配置，將外網(wǎng)地址和數(shù)據(jù)端口進(jìn)行正確配置，使系統(tǒng)正常運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)終端作為整體數(shù)據(jù)的外顯示設(shè)備，可將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)展示，此外顯示設(shè)備作為智能家居中用戶唯一接觸的硬件設(shè)備，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化，使其滿足用戶的體驗(yàn)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成部分進(jìn)行了分析，通過(guò)對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備系統(tǒng)、水質(zhì)終端控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)系統(tǒng)的詳細(xì)介紹，明確其工作原理與具體作用。在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意內(nèi)部電子元器件的穩(wěn)定性，保證數(shù)據(jù)信息的正確傳輸，在對(duì)其內(nèi)部模塊進(jìn)行技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)，應(yīng)保證模塊內(nèi)部的協(xié)作性，提升數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)木珳?zhǔn)度，保證智能化家居水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可持續(xù)運(yùn)行。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]陳爽，劉威，紀(jì)立威.遠(yuǎn)程可控船載水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息技術(shù)，2018（9）：33-37.

[2]吳迪，楊昊.在線式多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].中國(guó)計(jì)量大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，29（3）：259-264，275.

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[4]王方杰.基于組態(tài)王的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2018（18）：250-251.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]