基于物聯(lián)網(wǎng)技術的污水實時采樣系統(tǒng)

引言

我國經(jīng)濟建設取得了巨大的成就，也付出了巨大的環(huán)境 代價，我國的環(huán)境污染形勢可以用三句話概括：污染物排放總 量居高不下，遠超過環(huán)境容量；環(huán)境質(zhì)量令人擔憂；環(huán)境污 染事故進入高發(fā)期。環(huán)境保護已經(jīng)成為我國的一項基本國策, 是實施我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，是構建和諧社 會和資源節(jié)約型社會的一個重要組成部分。

為貫徹執(zhí)行《中華人民共和國環(huán)境保護法》、《中華人民共 和國水污染防治法》，提高我國環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控能力，實現(xiàn)水質(zhì) 監(jiān)測監(jiān)控的自動化和現(xiàn)代化，以期達到地表水水質(zhì)預警監(jiān)測、 污染源總量監(jiān)測與控制的目的，開發(fā)利用基于物聯(lián)網(wǎng)技術的污 水實時采樣系統(tǒng)是當今環(huán)保監(jiān)測監(jiān)控的有效工具。

1系統(tǒng)總體架構

本系統(tǒng)主要由控制模塊、溫度檢測、步進電機控制、分 瓶器、蠕動泵、存儲器、儲樣瓶、進水管等部分組成。具體 功能是在接收到中心平臺采樣的信號之后，控制步進電機進行 污水的采樣存儲在不同的存儲紅內(nèi)，并記錄下采樣時間。該 系統(tǒng)也可以通過設置時間間隔實現(xiàn)時間等比例采樣等多種方 式采樣。具有遠程控制的通訊、采樣模式多樣化、樣品恒溫 保存、斷電保護、管路自動清洗、廢液回流等功能。圖1所示 是其系統(tǒng)的總結構圖。

2系統(tǒng)硬件設計

本系統(tǒng)主要由控制模塊、溫度檢測、步進電機控制、分瓶器、蠕動泵、存儲器、GPRS DTU、儲樣瓶、進水管等部 分組成。CPU采用STC公司生產(chǎn)的STC12LE5A32S2,該 CPU和AT89C52的引腳完全兼容，除了 AT89C52功能外， 關鍵是內(nèi)部還有EEPROM、1 024 B的RAM、看門狗等，用 來保存數(shù)據(jù)和防止程序跑飛，而不需要另外再增加硬件成本。 系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。

2.1提升泵控制電路設計

提升泵的作用是當污水離采樣器較遠時，采樣前將污水 抽到采樣器附近的蓄水池中，便于采樣，在具體應用中采用繼電器直接控制泵的電源即可，提升泵的控制電路如圖 3 所示。

2.2蠕動泵和分瓶器模塊的設計

為了將污水抽入瓶中，采用蠕動泵實現(xiàn)，蠕動泵內(nèi)壓有 軟管，通過蠕動泵不斷對軟管的擠壓，這樣實現(xiàn)污水的采樣。 為了控制蠕動泵采樣污水的量，設計中采用步進電機進行控制, 控制電路如圖4所示。通過測量步進電機每100步對應的采樣 量，然后推算出實際需采樣的量對應的步進電機步數(shù)。達到 精確控制采樣量的要求。

分瓶器的作用是將污水的進水軟管口移到對應的瓶口處，便于將污水采樣到對應瓶中，本子系統(tǒng)采用步進電機驅(qū)動搖臂實現(xiàn)，同樣通過控制其步數(shù)來實現(xiàn)搖臂的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)位置的精確控制。

2.3 時鐘模塊設計

采樣高精度時鐘電路 SD2068，用來保存數(shù)據(jù)的時間和進行時間流量等比例采樣等使用。時鐘電路如圖 5 所示。

2.4 數(shù)據(jù)存儲電路設計

本系統(tǒng)采用鐵電存儲器 MB85RC256 實時保存設置的參數(shù)以及現(xiàn)場采集到的各實時數(shù)據(jù)及采樣記錄。MB85RC256 是采用先進的高可靠性的鐵電材料加工制成的 256 Kb 鐵電非易失性存儲器，能像 RAM 一樣快速讀寫，同時掉電后數(shù)據(jù)可保存 10 年，采用標準 I2C 接口與單片機連接。數(shù)據(jù)存儲電路如圖 6 所示。

2.5 串口通訊模塊設計

串口通訊用于實現(xiàn)與 GPRS、液晶等的通信，以采樣RS232 接口，其電路如圖 7 所示。

3 軟件設計

軟件設計流程主要包括時間溫度顯示、工作模式選擇及相應的控制程序。其軟件設計流程如圖 8 所示。

4 結 語

本科研項目的研究通過模擬試驗和多家用戶的使用，各方面的技術指標都符合設計要求，現(xiàn)該科研項目的硬件和軟件已設計完成，各項指標的調(diào)試也已結束。在企業(yè)已經(jīng)投入生產(chǎn)和推廣，并申請了專利。

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