劉建蘭

摘 要：現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，使得工業(yè)污水對環(huán)境的影響問題日益突出，為此，本文開發(fā)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的污水實時采樣系統(tǒng)。該系統(tǒng)由控制模塊、溫度檢測、步進(jìn)電機(jī)控制、分瓶器、蠕動泵、存儲器、GPRS DTU、儲樣瓶、進(jìn)水管等部分組成。本系統(tǒng)可通過控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行污水采樣并存儲到不同的存儲缸內(nèi)，也可以通過設(shè)置時間間隔實現(xiàn)時間和比例采樣等多種方式進(jìn)行采樣。具有遠(yuǎn)程控制通訊、采樣模式多樣化、樣品恒溫保存、斷電保護(hù)、管路自動清洗、廢液回流等功能，也便于企業(yè)投入生產(chǎn)和推廣。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；步進(jìn)電機(jī)；數(shù)據(jù)存儲；污水采樣

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2014）08-0034-02

0 引 言

我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)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(yuǎn)超過環(huán)境容量；環(huán)境質(zhì)量令人擔(dān)憂；環(huán)境污染事故進(jìn)入高發(fā)期。環(huán)境保護(hù)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(gòu)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(hù)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(dá)到地表水水質(zhì)預(yù)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(shù)的污水實時采樣系統(tǒng)是當(dāng)今環(huán)保監(jiān)測監(jiān)控的有效工具。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本系統(tǒng)主要由控制模塊、溫度檢測、步進(jìn)電機(jī)控制、分瓶器、蠕動泵、存儲器、儲樣瓶、進(jìn)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(jìn)電機(jī)進(jìn)行污水的采樣存儲在不同的存儲缸內(nèi)，并記錄下采樣時間。該系統(tǒng)也可以通過設(shè)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(yuǎn)程控制的通訊、采樣模式多樣化、樣品恒溫保存、斷電保護(hù)、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(jié)構(gòu)圖。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)主要由控制模塊、溫度檢測、步進(jìn)電機(jī)控制、分瓶器、蠕動泵、存儲器、GPRS DTU、儲樣瓶、進(jìn)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(guān)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(shè)計

提升泵的作用是當(dāng)污水離采樣器較遠(yuǎn)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(yīng)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(shè)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(shè)計中采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，控制電路如圖4所示。通過測量步進(jìn)電機(jī)每100步對應(yīng)的采樣量，然后推算出實際需采樣的量對應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)步數(shù)。達(dá)到精確控制采樣量的要求。

分瓶器的作用是將污水的進(jìn)水軟管口移到對應(yīng)的瓶口處，便于將污水采樣到對應(yīng)瓶中，本子系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)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(shè)計

采樣高精度時鐘電路SD2068，用來保存數(shù)據(jù)的時間和進(jìn)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(shè)計

本系統(tǒng)采用鐵電存儲器MB85RC256實時保存設(shè)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)I2C接口與單片機(jī)連接。數(shù)據(jù)存儲電路如圖6所示。

2.5 串口通訊模塊設(shè)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(shè)計

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

4 結(jié) 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(shù)指標(biāo)都符合設(shè)計要求，現(xiàn)該科研項目的硬件和軟件已設(shè)計完成，各項指標(biāo)的調(diào)試也已結(jié)束。在企業(yè)已經(jīng)投入生產(chǎn)和推廣，并申請了專利。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]劉強(qiáng)，崔莉，陳海明. 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J]. 計算機(jī)科學(xué)，2010，37（6）： 1-4.

[2]王永虹，徐煒，郝立平. STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理與實踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[3]劉天成.基于FM1702SL的USB接口的RFID讀卡器的設(shè)計[J]. 赤峰學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，25（6）：37-38.

[4]陳衛(wèi)兵，束慧.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的排污自動控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].南通職業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，26（1）：72-74.

[5]王琴，沈志鴻，蔣濤.污染源總量控制實施[J].能源環(huán)境保護(hù)，2013，27（2）：61-64.

摘 要：現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，使得工業(yè)污水對環(huán)境的影響問題日益突出，為此，本文開發(fā)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的污水實時采樣系統(tǒng)。該系統(tǒng)由控制模塊、溫度檢測、步進(jìn)電機(jī)控制、分瓶器、蠕動泵、存儲器、GPRS DTU、儲樣瓶、進(jìn)水管等部分組成。本系統(tǒng)可通過控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行污水采樣并存儲到不同的存儲缸內(nèi)，也可以通過設(shè)置時間間隔實現(xiàn)時間和比例采樣等多種方式進(jìn)行采樣。具有遠(yuǎn)程控制通訊、采樣模式多樣化、樣品恒溫保存、斷電保護(hù)、管路自動清洗、廢液回流等功能，也便于企業(yè)投入生產(chǎn)和推廣。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；步進(jìn)電機(jī)；數(shù)據(jù)存儲；污水采樣

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2014）08-0034-02

0 引 言

我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)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(yuǎn)超過環(huán)境容量；環(huán)境質(zhì)量令人擔(dān)憂；環(huán)境污染事故進(jìn)入高發(fā)期。環(huán)境保護(hù)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(gòu)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(hù)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(dá)到地表水水質(zhì)預(yù)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(shù)的污水實時采樣系統(tǒng)是當(dāng)今環(huán)保監(jiān)測監(jiān)控的有效工具。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本系統(tǒng)主要由控制模塊、溫度檢測、步進(jìn)電機(jī)控制、分瓶器、蠕動泵、存儲器、儲樣瓶、進(jìn)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(jìn)電機(jī)進(jìn)行污水的采樣存儲在不同的存儲缸內(nèi)，并記錄下采樣時間。該系統(tǒng)也可以通過設(shè)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(yuǎn)程控制的通訊、采樣模式多樣化、樣品恒溫保存、斷電保護(hù)、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(jié)構(gòu)圖。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)主要由控制模塊、溫度檢測、步進(jìn)電機(jī)控制、分瓶器、蠕動泵、存儲器、GPRS DTU、儲樣瓶、進(jìn)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(guān)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(shè)計

提升泵的作用是當(dāng)污水離采樣器較遠(yuǎn)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(yīng)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(shè)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(shè)計中采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，控制電路如圖4所示。通過測量步進(jìn)電機(jī)每100步對應(yīng)的采樣量，然后推算出實際需采樣的量對應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)步數(shù)。達(dá)到精確控制采樣量的要求。

分瓶器的作用是將污水的進(jìn)水軟管口移到對應(yīng)的瓶口處，便于將污水采樣到對應(yīng)瓶中，本子系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)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(shè)計

采樣高精度時鐘電路SD2068，用來保存數(shù)據(jù)的時間和進(jìn)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(shè)計

本系統(tǒng)采用鐵電存儲器MB85RC256實時保存設(shè)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)I2C接口與單片機(jī)連接。數(shù)據(jù)存儲電路如圖6所示。

2.5 串口通訊模塊設(shè)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(shè)計

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

4 結(jié) 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(shù)指標(biāo)都符合設(shè)計要求，現(xiàn)該科研項目的硬件和軟件已設(shè)計完成，各項指標(biāo)的調(diào)試也已結(jié)束。在企業(yè)已經(jīng)投入生產(chǎn)和推廣，并申請了專利。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]劉強(qiáng)，崔莉，陳海明. 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J]. 計算機(jī)科學(xué)，2010，37（6）： 1-4.

[2]王永虹，徐煒，郝立平. STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理與實踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[3]劉天成.基于FM1702SL的USB接口的RFID讀卡器的設(shè)計[J]. 赤峰學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，25（6）：37-38.

[4]陳衛(wèi)兵，束慧.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的排污自動控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].南通職業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，26（1）：72-74.

[5]王琴，沈志鴻，蔣濤.污染源總量控制實施[J].能源環(huán)境保護(hù)，2013，27（2）：61-64.

摘 要：現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重，使得工業(yè)污水對環(huán)境的影響問題日益突出，為此，本文開發(fā)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的污水實時采樣系統(tǒng)。該系統(tǒng)由控制模塊、溫度檢測、步進(jìn)電機(jī)控制、分瓶器、蠕動泵、存儲器、GPRS DTU、儲樣瓶、進(jìn)水管等部分組成。本系統(tǒng)可通過控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行污水采樣并存儲到不同的存儲缸內(nèi)，也可以通過設(shè)置時間間隔實現(xiàn)時間和比例采樣等多種方式進(jìn)行采樣。具有遠(yuǎn)程控制通訊、采樣模式多樣化、樣品恒溫保存、斷電保護(hù)、管路自動清洗、廢液回流等功能，也便于企業(yè)投入生產(chǎn)和推廣。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；步進(jìn)電機(jī)；數(shù)據(jù)存儲；污水采樣

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2014）08-0034-02

0 引 言

我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)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(yuǎn)超過環(huán)境容量；環(huán)境質(zhì)量令人擔(dān)憂；環(huán)境污染事故進(jìn)入高發(fā)期。環(huán)境保護(hù)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(gòu)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(hù)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(dá)到地表水水質(zhì)預(yù)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(shù)的污水實時采樣系統(tǒng)是當(dāng)今環(huán)保監(jiān)測監(jiān)控的有效工具。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本系統(tǒng)主要由控制模塊、溫度檢測、步進(jìn)電機(jī)控制、分瓶器、蠕動泵、存儲器、儲樣瓶、進(jìn)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(jìn)電機(jī)進(jìn)行污水的采樣存儲在不同的存儲缸內(nèi)，并記錄下采樣時間。該系統(tǒng)也可以通過設(shè)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(yuǎn)程控制的通訊、采樣模式多樣化、樣品恒溫保存、斷電保護(hù)、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(jié)構(gòu)圖。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)主要由控制模塊、溫度檢測、步進(jìn)電機(jī)控制、分瓶器、蠕動泵、存儲器、GPRS DTU、儲樣瓶、進(jìn)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(guān)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(shè)計

提升泵的作用是當(dāng)污水離采樣器較遠(yuǎn)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(yīng)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(shè)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(shè)計中采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，控制電路如圖4所示。通過測量步進(jìn)電機(jī)每100步對應(yīng)的采樣量，然后推算出實際需采樣的量對應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)步數(shù)。達(dá)到精確控制采樣量的要求。

分瓶器的作用是將污水的進(jìn)水軟管口移到對應(yīng)的瓶口處，便于將污水采樣到對應(yīng)瓶中，本子系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)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(shè)計

采樣高精度時鐘電路SD2068，用來保存數(shù)據(jù)的時間和進(jìn)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(shè)計

本系統(tǒng)采用鐵電存儲器MB85RC256實時保存設(shè)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)I2C接口與單片機(jī)連接。數(shù)據(jù)存儲電路如圖6所示。

2.5 串口通訊模塊設(shè)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(shè)計

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

4 結(jié) 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(shù)指標(biāo)都符合設(shè)計要求，現(xiàn)該科研項目的硬件和軟件已設(shè)計完成，各項指標(biāo)的調(diào)試也已結(jié)束。在企業(yè)已經(jīng)投入生產(chǎn)和推廣，并申請了專利。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]劉強(qiáng)，崔莉，陳海明. 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J]. 計算機(jī)科學(xué)，2010，37（6）： 1-4.

[2]王永虹，徐煒，郝立平. STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理與實踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

[3]劉天成.基于FM1702SL的USB接口的RFID讀卡器的設(shè)計[J]. 赤峰學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，25（6）：37-38.

[4]陳衛(wèi)兵，束慧.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的排污自動控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].南通職業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，26（1）：72-74.

[5]王琴，沈志鴻，蔣濤.污染源總量控制實施[J].能源環(huán)境保護(hù)，2013，27（2）：61-64.