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。當前，水污染變得越來越嚴重，與水污染相關(guān)的疾病不斷頻發(fā)，但是，目前水質(zhì)檢測主要依賴于實驗室的設(shè)備分析，這些設(shè)備檢測所需時間長，且分析檢測中需要消耗大量昂貴的化學(xué)試劑，因此，不能滿足水質(zhì)檢測廣泛應(yīng)用的迫切需求，也不能實時反饋數(shù)據(jù)給用戶。本文主要研究利用簡單的電子設(shè)備、化學(xué)試劑、相關(guān)單片機電子技術(shù)及數(shù)據(jù)庫分析技術(shù)，較低成本地檢測水質(zhì)情況，并把檢測數(shù)據(jù)通過短信等智能方式反饋給每一個用戶，保證數(shù)據(jù)的及時公開，使人們及時有效地了解水質(zhì)狀況。

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

1 系統(tǒng)功能

設(shè)計具有分析作用的智能水質(zhì)檢測系統(tǒng)，其目的在于將水質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)及時公開化，便于用戶更好地了解水質(zhì)檢測結(jié)果。系統(tǒng)的實施對象是小區(qū)用戶，系統(tǒng)采用體積小巧、功能強大、價格便宜的單片微型計算器作為客戶家庭的水質(zhì)數(shù)據(jù)采集端，與單片機連接到相應(yīng)的水質(zhì)傳感器作為信號收集端并發(fā)送給單片機作初步處理，同時單片機與計算機保持實時通信。隨后，計算機將結(jié)果通過GSM（Global System for Mobile Communication）主機模塊從而獲取整個小區(qū)的水質(zhì)檢測結(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)檢測與分析系統(tǒng)通過專用水質(zhì)檢測傳感器收集信號、計算機采集實時數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)采集終端從而實現(xiàn)小區(qū)水質(zhì)檢測智能化；數(shù)據(jù)采集終端通過CAN總線方式接入計算機數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，對采集數(shù)據(jù)進行分析、存儲、圖形顯示等功能。

整個系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)與框架如下圖所示：

3 系統(tǒng)實現(xiàn)方法

3.1 系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計

設(shè)計水樣采集裝置，利用現(xiàn)有水質(zhì)檢測傳感器檢測小區(qū)水源技術(shù)指標，如微生物、pH值、濁度等并由單片機采集裝置實時傳送至數(shù)據(jù)管理服務(wù)器；運用面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)分析、存儲、并繪制各技術(shù)指標歷史曲線并將實驗數(shù)據(jù)和普查中所得參考數(shù)據(jù)進行對比，分析相對誤差從而得出檢測結(jié)論，并及時向小區(qū)用戶公開。

具體設(shè)計步驟如下：

3.1.1水樣采集

設(shè)計水樣采集裝置，同時建立數(shù)據(jù)庫，并存入市場調(diào)查數(shù)據(jù)。利用專門的水質(zhì)傳感器采集相應(yīng)檢測指標：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；

3.1.3數(shù)據(jù)處理

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

3.1.4數(shù)據(jù)反饋

上位機將分析完的數(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)留過電話號碼的用戶。

3.2 單片機數(shù)據(jù)處理技術(shù)

本系統(tǒng)對于單片機的數(shù)據(jù)處理技術(shù)的采用是一大亮點。在對水質(zhì)進行簡單檢驗和處理的過程中，系統(tǒng)采用專門的水質(zhì)傳感器，用于采集相應(yīng)水質(zhì)的具體檢測指標，為節(jié)約系統(tǒng)設(shè)計的成本考慮，我們用信號發(fā)生器來代替，以保證檢測水質(zhì)的可靠性和可實施性。

系統(tǒng)利用賦予單片機具體任務(wù)并完成，即單片機執(zhí)行指令，采用8051式通用型單片機對數(shù)據(jù)進行收集和儲存。在這過程中，我們首先了解單片機的組成，由微處理器（運算器、控制器）、存儲器、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)于計算機常用二進制碼，例如BCD，ASCII等。對主芯片各個引腳功能的認識，哪個是用于輸入和輸出，哪個是用于儲存，具體儲存到哪里，以及哪個引腳是高低電平等。以及輸出數(shù)據(jù)是需要如何進行查找，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)鍵點便是編寫相應(yīng)地程序指令，讓單片機實現(xiàn)這一系列的功能。

單片機具有微型處理和成本低的優(yōu)勢，目前占據(jù)市場的主導(dǎo)地位。在單片機對采集數(shù)據(jù)進行分類處理的過程中，我們會對芯片技術(shù)、芯片程序的具體化、實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、利用高低電壓電路對鍵盤進行控制等也有更進一步的認識。

3.3 系統(tǒng)創(chuàng)新之處

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

上位機將之前分析完的數(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)果以對應(yīng)短信的方式及時反饋給目標用戶。如此則保證了數(shù)據(jù)的公開性，便于用戶更及時地了解小區(qū)水質(zhì)的真實狀況。

參考文獻：

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

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

[3] 費學(xué)寧.現(xiàn)代水質(zhì)監(jiān)測分析技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[4] 趙爽.水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2015.