河南科技大学 河南洛阳 471003
摘要：随着现在社会的快速发展，污染越来越严重，尤其是我国水质情况令人堪忧，针对这种现状，本设计采用了基于LABVIEW技术对水质情况进行监测，并结合无线传输ZIGBEE技术、神经网络技术以完成数据的接受、存储和查询等功能。经过实验表明：该系统稳定可靠，各功能模块工作正常，实现了理想的功能。
关键词：水质监测; LABVIEW监视；单片机；ZIGBEE无线模块
1 前言
水质是人们在生产生活中一个重要的物理量。一直以来，我国的水环境监测工作主要是用人工来采集数据、分析数据和手工汇总等手段，这样采集水质信息的时间间隔过长，水质信息处理慢，带来很大问题，并且不能及时的传递水质信息，因此很难对当地的水环境现状作出全面、准确和快速地判断。传统的水质监测系统上位机软件大都采用VC++、VB、JAVA等编写，这类文本编程语言通常较为繁琐，在语言程序设计中，通常只通过文本语言编写程序，受程序行顺序编写的约束，程序的执行也只能通过顺序来执行，因此程序开发周期长，维护费用大。
本文设计了一种基于LABVIEW的水质监测系统，实现水质数据的接收、保存、查询、对超标数据的报警以及水质的预测等功能。LABVIEW作为虚拟仪器开发平台中的一种，是图形化的编程语言，它使用图标替换文本行编辑代码，可用于快速地实现灵活的、可升级的测试、测量和控制应用程序。其丰富的函数功能、数值分析能力和信号处理能力，使其在汽车、工业、航天、航空、学校、军工等方面有重要的应用。
2 总体方案
为了实现该系统所述的功能，该系统从功能上来说可以将本系统分为两个子系统：一是下位机水质数据采集子系统，二是上位机LABVIEW远程监控子系统。
水质数据采集系统主要包括水浊度传感器模块，无线模块ZIGBEE，单片机最小系统。远程监控系统包括ZIGBEE模块，虚拟仪器LABVIEW。无线模块ZIGBEE终端将单片机采集到的水质浊度信息发送到上位机中心节点ZIGBEE，在通过串口RS232把信息传送到LABVIEW的前面板上，上位机LABVIEW还具有保存历史信息，超值报警，数据预测等功能。
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图1 整体框图
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图2 系统软件框图
3 硬件设计
硬件设计时应充分考虑整个系统在工作可靠的前提下提高测量精度和响应速度等指标。为了提高硬件设计的通用性和降低开发风险，采用模块化设计思想。根据以上考虑，基于LABVIEW的水质监测系统硬件构成如图1所示。硬件系统的设计包括主控芯片的设计、浊度传感器模块设计、无线通信模块设计、复位模块设计、上位机模块设计等等。其中主控芯片选用STC89C52单片机，浊度传感器采用DFRobot公司的，该传感器利用光学原理，通过液体溶液中的透光率和散射率来综合判断浊度情况。传感器内部是一个红外线对管，当光线穿过一定量的水时，光线的透过量取决于该水的污浊程度，水越污浊，透过的光就越少。光接收端把透过的光强度转换为对应的电流大小，透过的光多，电流大，反之透过的光少，电流小，再通过电阻将流过的电流转换为电压信号。采用C语言编程，无线模块ZIGBEE选用上海顺舟科技公司的SZO5系列模块。
4 软件设计
该系统下位机设置完毕后，剩下主要任务就是上位机LABVIEW的设计，该虚拟仪器主要通过RS232串口采集中心节点ZIGBEE接受到的水质监测信息，并对采集到的信息进行显示、保存，还具有查询历史数据，超标数据报警，数据预测等功能。根据以上设计需求，可将软件分为5个模块：系统概况、配置面板、工作面板、记录查询、预测面板，其中最主要的为工作面板、记录查询及预测面板3个模块，软件整体设计内容如图2所示。
5 总结
本文介绍了基于LabVIEW的水质监测系统的整体设计方案及操作细节，该系统包括上下位机两个部分，下位机主要是监测水质情况并上传数据，上位机则负责将采集的信息汇总并在前面板显示出来。最终实现了系统的软件平台设计，完成了对水质信息的接收、存储、查看和预测，并对软件各个功能进行了测试，对数据预测进行了误差分析。测试结果表明，系统操作简单，稳定可靠，能够有效地完成水质信息的接收、存储、查看及预测功能，实现了设计预期目的，具有一定的应用价值。
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论文作者:郭儒雅,杜壮壮,胡广,林垚森,石志国
论文发表刊物:《基层建设》2016年12期
论文发表时间:2016/10/28
标签：水质论文; 模块论文; 上位论文; 系统论文; 数据论文; 浊度论文; 信息论文; 《基层建设》2016年12期论文;