基于WIFI監(jiān)測水質(zhì)PH值系統(tǒng)

黃海霞+黃秋秋

【摘 要】城市排水管道污染是現(xiàn)代化城市建設(shè)急需解決的問題，也是城市水污染防治和城市排澇、防洪的骨干工程。本系統(tǒng)的主要任務(wù)是及時采集城市排水管道所排放的生活污水、工業(yè)廢水的PH值，如發(fā)現(xiàn)城市排水管道水質(zhì)PH值不在合格范圍，便及時通知排水管道管理人員及時維護(hù)處理。本系統(tǒng)主要實現(xiàn)利用現(xiàn)代先進(jìn)的WIFI技術(shù)傳送水質(zhì)的PH值參數(shù)，最終結(jié)果傳送到PC機(jī)進(jìn)行實時監(jiān)控。城市排水管道的污染數(shù)據(jù)的采集主要是城市地下排水管道水質(zhì)的PH值作為采集標(biāo)本。預(yù)期達(dá)到能在PC機(jī)上監(jiān)控城市排水管道的水質(zhì)PH值。

【關(guān)鍵詞】管道污染；PH值；PC機(jī)；WIFI技術(shù)

中圖分類號： TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）23-0120-002

【Abstract】Urban drainage pipeline pollution is an urgent problem that needs to be solved in modern urban construction，andsolution to this problem is also the backbone proj-ect in prevention and control of urban water pollution，drainage and flood.The main task of the system is to timely collection of the PH value of the domestic sewage and industrial wastewater from urban sewage pipes.If it finds the PH value is not within the qualified range，it will promptly notify the drainage pipe management in a timely manner to maintain treatment.The system mainly uses the modern advanced WIFI technology to transmit the PH value parameter to the mobile phone or the PC for the real-time monitoring.The collection of pollution data of urban drainage pipeline is mainly the pH value of urban underground drainage pipe water.It is expected to be able to monitor the PH value of the water from urban drainage pipe by the APP on the mobile phone or PC.

【Key words】Pipeline pollution；PH value；PC；WIFIT echnology

0 引言

近些年來，我國水資源嚴(yán)重不足，除了天然原因之外，再一個原因就是人為地破壞環(huán)境造成污染所致。對城市管道排水的管理是我國城市進(jìn)行現(xiàn)代化建設(shè)非常重要的基礎(chǔ)，設(shè)計出基于WIFI監(jiān)測城市排水管道水質(zhì)PH值的系統(tǒng)設(shè)計方案對我國城市居民的生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。因為PH值指示著污水的酸堿程度，其范圍為0～14。天然水的pH值一般在6.5至8.5之間。酸性水pH>8，堿性水pH<6，中性水pH為7。飲用水合適的pH范圍是7～8.5，極限范圍為6.5～9.2。污水中PH值大小對城市排水管道、水泵、閘閥和城市地面鐵蓋有一定的腐蝕作用[1]。太高或者太低的PH值，均可表明有工業(yè)廢水的進(jìn)入。例如污水中的硫化物會在酸性條件下，生成H2S氣體。高濃度時使操作工人頭痛、流涕、窒息甚至死亡。為此，發(fā)現(xiàn)PH降低必須加強(qiáng)監(jiān)測，尋找污染源，采取對策[2、3、4]。

因此實時監(jiān)控城市管道排水質(zhì)PH值不僅能夠有效避免在城市當(dāng)中發(fā)生水災(zāi)，還能夠檢測城市水資源污染程度，及時對各種情況作出有效的處理措施，實現(xiàn)水資源的循環(huán)使用，提高了水資源利用率。本系統(tǒng)就采集城市排水管道水質(zhì)作為標(biāo)本，用PH傳感器采集水質(zhì)中PH值數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

我國污水的排放，只要有居民生活污水、工業(yè)污水。居民生活污水的排放自從1999年后占主要地位，之后十幾來，居民污水在我國城市污水排放量中一直占據(jù)首要地位，并且逐年加重[1、2]。環(huán)境保護(hù)已經(jīng)慢慢得到國家的重視，目前我國已將環(huán)保作為國策來抓。我國水質(zhì)監(jiān)測行業(yè)起步較晚，在進(jìn)入21世紀(jì)之前，我國的水質(zhì)監(jiān)測傳感器基本從國外進(jìn)口，隨著我國傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，我國已經(jīng)研究出具有國際先進(jìn)水平的檢測水質(zhì)PH值的化學(xué)傳感器。水質(zhì)監(jiān)測是是預(yù)防和治理水體污染的基礎(chǔ)工作，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境和保障人民飲水安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。預(yù)計到2020年，隨著人口增長和經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展，地球上的污水量將逐步增加。全球的生態(tài)學(xué)家，呼吁全世界聯(lián)合保護(hù)環(huán)境，保護(hù)人類共同的家園。近年來，各國對河流水質(zhì)監(jiān)測工作越來越重視。其中日本、蘇聯(lián)、美國在環(huán)境保護(hù)方面做得比較出色。日本與美國在實時監(jiān)控水污染方面做的比較完善。

2 檢測原理與方法

本課題研究的是用PH傳感器采集城市排水管道水質(zhì)的PH值，然后將采集到的信號傳輸給51單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再由單片機(jī)將數(shù)據(jù)傳送給WIFI模塊，最后通過WIFI信號將城市管道水質(zhì)的PH值參數(shù)傳送給PC機(jī)顯示PH值數(shù)據(jù)，達(dá)到實時監(jiān)控水質(zhì)PH值的目的。一旦發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異常狀態(tài)便可以在PC機(jī)上顯示。系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示。

近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展促使水質(zhì)污染物電子監(jiān)測技術(shù)的快速增長。WIFI監(jiān)測水質(zhì)PH值系統(tǒng)包括PH傳感器采樣系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、信號控制處理系統(tǒng)、WiFi傳輸數(shù)據(jù)系統(tǒng)，這些分系統(tǒng)既各成體系，又相互協(xié)作，以完成整個WIFI監(jiān)控水質(zhì)PH值系統(tǒng)的連續(xù)可靠地運行。endprint

為了有效實時監(jiān)測水質(zhì)污染物，監(jiān)測水質(zhì)PH值參數(shù)狀態(tài)，進(jìn)一步提高水質(zhì)監(jiān)測效率，有效推動我國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，本課題研究的是一個以WIFI傳輸數(shù)據(jù)到PC機(jī)，在PC機(jī)數(shù)據(jù)處理中心分析數(shù)據(jù)，判斷水質(zhì)PH值是否在正常的范圍。運用系統(tǒng)自動判斷、計算機(jī)在線顯示數(shù)據(jù)，組成一個從取樣、信息處理、數(shù)據(jù)處理到數(shù)據(jù)分析、存儲和顯示的完整系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對水質(zhì)PH值的在線自動監(jiān)測。

系統(tǒng)判斷的依據(jù)是清潔天然水的PH值為6.5～8.5，PH=7表示水是中性，酸性水pH>8，堿性水pH<6。PH值異常，表示水體受到污染。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)采用以下技術(shù)方案：

3.1 對水質(zhì)PH值的檢測采用PH值采集傳感器模塊（帶溫度補(bǔ)償）采集城市排水管道的生活或者工業(yè)排放污水。測量pH值常用的和準(zhǔn)確的方法是電極放于從城市管道采集的污水。測定時須用有準(zhǔn)確pH值的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液作為對照，溫度對于pH值有一定的影響，因此本傳感器采集模塊具有溫度補(bǔ)償功能可以調(diào)整采集的水質(zhì)PH值參數(shù)。

3.2 微處理模塊是用AT89S51單片機(jī)作為控制系統(tǒng)。AT89S51單片機(jī)是AT公司生產(chǎn)，采用40腳封裝形式，低功耗，高性能8位單片機(jī)[6、9]。

3.3 WIFI模塊采用的是ESP8266 WIFI模塊。ESP8266通過uart傳到Host。ESP8266只負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)傳到目標(biāo)地址，不對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[7、8]。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 PC機(jī)顯示PH值數(shù)據(jù)部分軟件利用JAVA語言編寫的顯示界面。

4.2 微處理器端程序采用Keil uVision3作為開發(fā)平臺，主要采用C語言編程完成編程工作有：信號采集、數(shù)據(jù)存儲、信號處理及傳輸WIFI信號。

4.3 ESP8266 WIFI模塊需要在PC機(jī)安裝TCP調(diào)試工具，設(shè)置TCP參數(shù)。設(shè)置的TCP參數(shù)必須要與單片機(jī)代碼里的IP地址，端口號一致。當(dāng)TCP工具顯示連接WIFI信號成功后，PC機(jī)方可連接上WIFI模板的WIFI信號。

5 結(jié)論

水污染監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)通常有水溫、流速、流量、pH值、電導(dǎo)率、溶解氧、銨離子、氰離子、硝酸根、COD、TOC等。傳感器隨測試的參數(shù)不同而不同。傳感器部分主要完成數(shù)據(jù)采集、微處理模塊主要完成記錄、貯存等功能，WIFI模塊主要完成傳輸功能，PC機(jī)主要完成顯示功能。水污染監(jiān)測系統(tǒng)主要自動實時監(jiān)測水質(zhì)PH值。它一般安裝在人群生產(chǎn)、生活有重要影響的城市排水管道中，其運轉(zhuǎn)和維護(hù)費用亦較高。初期研究主要到城市各個生活小區(qū)，工業(yè)區(qū)地下排水出口處采集水質(zhì)標(biāo)本作為研究對象。通過本項目，學(xué)習(xí)了關(guān)于水質(zhì)污染物溶解于水中呈現(xiàn)的PH值信息，WIFI信號的傳輸，PC機(jī)端顯示界面的研發(fā)。

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