張健偉 郭健 郭佳君

摘 要：隨著生活水平的提高，人們更加渴望健康的生活方式，也越來越關(guān)注與我們的生活息息相關(guān)的水質(zhì)問題。當(dāng)前，水污染變得越來越嚴(yán)重，與水污染相關(guān)的疾病不斷頻發(fā)，但是，目前水質(zhì)檢測(cè)主要依賴于實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備分析，這些設(shè)備檢測(cè)所需時(shí)間長，且分析檢測(cè)中需要消耗大量昂貴的化學(xué)試劑，因此，不能滿足水質(zhì)檢測(cè)廣泛應(yīng)用的迫切需求，也不能實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)給用戶。本文主要研究利用簡(jiǎn)單的電子設(shè)備、化學(xué)試劑、相關(guān)單片機(jī)電子技術(shù)及數(shù)據(jù)庫分析技術(shù)，較低成本地檢測(cè)水質(zhì)情況，并把檢測(cè)數(shù)據(jù)通過短信等智能方式反饋給每一個(gè)用戶，保證數(shù)據(jù)的及時(shí)公開，使人們及時(shí)有效地了解水質(zhì)狀況。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)檢測(cè)；傳感器技術(shù)；單片機(jī)；數(shù)據(jù)庫分析；智能化；短信反饋

1 系統(tǒng)功能

設(shè)計(jì)具有分析作用的智能水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)，其目的在于將水質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)及時(shí)公開化，便于用戶更好地了解水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果。系統(tǒng)的實(shí)施對(duì)象是小區(qū)用戶，系統(tǒng)采用體積小巧、功能強(qiáng)大、價(jià)格便宜的單片微型計(jì)算器作為客戶家庭的水質(zhì)數(shù)據(jù)采集端，與單片機(jī)連接到相應(yīng)的水質(zhì)傳感器作為信號(hào)收集端并發(fā)送給單片機(jī)作初步處理，同時(shí)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)保持實(shí)時(shí)通信。隨后，計(jì)算機(jī)將結(jié)果通過GSM（Global System for Mobile Communication）主機(jī)模塊從而獲取整個(gè)小區(qū)的水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果。最后，系統(tǒng)通過CAN（Controller Area Network）總線傳輸信息，可靠方便，且保證了用戶及時(shí)了解水質(zhì)狀況。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與框架

小區(qū)智能水質(zhì)檢測(cè)與分析系統(tǒng)通過專用水質(zhì)檢測(cè)傳感器收集信號(hào)、計(jì)算機(jī)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)采集終端從而實(shí)現(xiàn)小區(qū)水質(zhì)檢測(cè)智能化；數(shù)據(jù)采集終端通過CAN總線方式接入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、圖形顯示等功能。

整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與框架如下圖所示：

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法

3.1 系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)水樣采集裝置，利用現(xiàn)有水質(zhì)檢測(cè)傳感器檢測(cè)小區(qū)水源技術(shù)指標(biāo)，如微生物、pH值、濁度等并由單片機(jī)采集裝置實(shí)時(shí)傳送至數(shù)據(jù)管理服務(wù)器；運(yùn)用面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)分析、存儲(chǔ)、并繪制各技術(shù)指標(biāo)歷史曲線并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和普查中所得參考數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，分析相對(duì)誤差從而得出檢測(cè)結(jié)論，并及時(shí)向小區(qū)用戶公開。

具體設(shè)計(jì)步驟如下：

3.1.1水樣采集

設(shè)計(jì)水樣采集裝置，同時(shí)建立數(shù)據(jù)庫，并存入市場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)。利用專門的水質(zhì)傳感器采集相應(yīng)檢測(cè)指標(biāo)：TDS（Total dissolved solids，溶解性總固體）、濁度、余氯、pH值；

3.1.2數(shù)據(jù)傳輸

單片機(jī)根據(jù)編寫的程序指令將初始數(shù)據(jù)分為4路，隨后通過總線傳輸給上位機(jī)；

3.1.3數(shù)據(jù)處理

上位機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)庫具備數(shù)據(jù)的增刪查功能，上位機(jī)根據(jù)傳輸過來的數(shù)據(jù)對(duì)比之前存入的市場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析并繪制比例圖，之后在查閱界面上將其進(jìn)行直觀分析，從而得出水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果；

3.1.4數(shù)據(jù)反饋

上位機(jī)將分析完的數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)送到GSM模塊，GSM模塊再以短信的方式發(fā)送給之前預(yù)留過電話號(hào)碼的用戶。

3.2 單片機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)

本系統(tǒng)對(duì)于單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)的采用是一大亮點(diǎn)。在對(duì)水質(zhì)進(jìn)行簡(jiǎn)單檢驗(yàn)和處理的過程中，系統(tǒng)采用專門的水質(zhì)傳感器，用于采集相應(yīng)水質(zhì)的具體檢測(cè)指標(biāo)，為節(jié)約系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成本考慮，我們用信號(hào)發(fā)生器來代替，以保證檢測(cè)水質(zhì)的可靠性和可實(shí)施性。

系統(tǒng)利用賦予單片機(jī)具體任務(wù)并完成，即單片機(jī)執(zhí)行指令，采用8051式通用型單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和儲(chǔ)存。在這過程中，我們首先了解單片機(jī)的組成，由微處理器（運(yùn)算器、控制器）、存儲(chǔ)器、接口適配器，輸入輸出I/O設(shè)備組成。

除此之外，我們要了解關(guān)于計(jì)算機(jī)常用二進(jìn)制碼，例如BCD，ASCII等。對(duì)主芯片各個(gè)引腳功能的認(rèn)識(shí)，哪個(gè)是用于輸入和輸出，哪個(gè)是用于儲(chǔ)存，具體儲(chǔ)存到哪里，以及哪個(gè)引腳是高低電平等。以及輸出數(shù)據(jù)是需要如何進(jìn)行查找，采用間接尋址還是直接尋址，以及傳輸形式為并行通信還是串行通信，并且采用A/D轉(zhuǎn)換電路。最后的關(guān)鍵點(diǎn)便是編寫相應(yīng)地程序指令，讓單片機(jī)實(shí)現(xiàn)這一系列的功能。

單片機(jī)具有微型處理和成本低的優(yōu)勢(shì)，目前占據(jù)市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。在單片機(jī)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理的過程中，我們會(huì)對(duì)芯片技術(shù)、芯片程序的具體化、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、利用高低電壓電路對(duì)鍵盤進(jìn)行控制等也有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

3.3 系統(tǒng)創(chuàng)新之處

該系統(tǒng)創(chuàng)新之處在于水質(zhì)檢測(cè)信息智能公開化。上位機(jī)通過AT指令控制GSM模塊，并且GSM模塊里已經(jīng)預(yù)留了目標(biāo)用戶的電話號(hào)碼以及編輯好的短信模板。

上位機(jī)將之前分析完的數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)送給GSM模塊，GSM模塊再根據(jù)相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)果以對(duì)應(yīng)短信的方式及時(shí)反饋給目標(biāo)用戶。如此則保證了數(shù)據(jù)的公開性，便于用戶更及時(shí)地了解小區(qū)水質(zhì)的真實(shí)狀況。

參考文獻(xiàn)：

[1] 國家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法（第四版），2002.

[2] 謝煒平.水質(zhì)檢驗(yàn)技術(shù)（第二版）.中國建筑工業(yè)出版社，2015.

[3] 費(fèi)學(xué)寧.現(xiàn)代水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[4] 趙爽.水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2015.