基于GPRS技術化工企業(yè)排放廢水質量在線監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計【獨家畢業(yè)課程設計含任務書+開題報告+外文翻譯】,基于,gprs,技術,化工企業(yè),排放,廢水,質量,在線,監(jiān)測,系統(tǒng),硬件,設計,獨家,畢業(yè),課程設計,任務書,開題,報告,講演,呈文,外文,翻譯 中文摘要 本文主要介紹了無線傳感器節(jié)點和 線傳輸數據的實現(xiàn)，基于虛擬儀器技術化工企業(yè)廢水質量的檢測，傳感器節(jié)點采用溫度傳 感器、 解氧傳感器和濁度傳感器，通過 塊向云端發(fā)送測量到的廢水中的溫度、 解氧、濁度等參數 ，上位機 調取云端數據進行處理并采取相應的控制 ，從而達到遠程實時監(jiān)測和控制的功能 。本設計 主要應用于企業(yè)廢水質量參數監(jiān)測，對監(jiān)測的數據進行相應處理并建立溫度、濁度、溶解氧、 數據庫信息。同時設定溫度、濁度、溶解氧、 采集到的參數超過所設定的閾值范圍時，上位機監(jiān)測界面就會及時報警提醒相關工作人員。 該 系統(tǒng)傳感器節(jié)點可以進行拓展，上位機 用戶可以隨時對系統(tǒng)軟件進行修改以滿足新的需求，更新速度快、開發(fā)和維護費用低 ,具備極高的社會效益和經濟效益，有非常高的推廣實用價值。 關鍵詞： 實時監(jiān)測 ,傳感器節(jié)點 ,上位機 外文摘要 of a PH on of to a to to C is so as to is in of to a of At PH C to be C at to I 頁共 I 頁 目 錄 1、緒論 ............................................................. 1 ......................................... 1 ....................................... 1 2 總體方案設計 ..................................................... 2 2． 1 檢測原理 .................................................. 2 2． 2 系統(tǒng)網絡結構圖 ............................................ 2 2． 3 無線傳感器網絡節(jié)點 ........................................ 2 2． 4 采集模塊 .................................................. 3 度傳感器 ............................................. 3 ............................................. 4 .............................................. 4 ........................................... 5 ............................................... 5 ................................................. 7 .................................................... 8 ................................................... 8 ................................................. 9 ........................................... 9 ...................................... 10 ...................................... 13 .............................................. 13 .................................................. 19 位機軟件設計 ............................................. 21 .......................................... 22 .......................................... 23 ........................................ 24 ........................................ 26 據輸出 .............................................. 27 4、傳感器參數 ...................................................... 28 .............................................. 28 ............................................ 29 ............................................... 30 .............................................. 30 5、軟件調試 ........................................................ 31 結 論 .............................................................. 35 致 謝 ............................................................. 36 參 考 文 獻 ........................................................ 37 第 1 頁 共 35 頁 1、緒論 目前，環(huán)境問題是影響世界各國可持續(xù)發(fā)展的一個重要因素，水環(huán)境的污染日益嚴重，不僅嚴重影響人們的健康，還加速了水資源的短缺。眾所周知，中國的水資源非常的缺乏，是世界 13個缺水國家之一。 生命最初誕生于水中。水是生命的物質基礎。水不僅是維持生命所不可缺少的，也是我們在生活中所不可或缺的物質。但是，隨著人類經濟活動加劇，工業(yè)生產，化工企業(yè)的發(fā)展，社會經濟的繁榮，在消耗了大量能源的同時，將大量的工業(yè)廢水和城市生活污水不經處理排入水中，水污染日益嚴重。水污染對水體周圍的環(huán)境和各種微生物等都存在非常大的危害。久而久之，也會威脅到人類的安全與健康。所以，我們必須要重視水環(huán)境污染。 題研究的背景及意義 傳統(tǒng)的環(huán)境水質監(jiān)測工作主要都是以人工現(xiàn)場采樣、實驗室儀器分析為主。雖然在實驗室中分析手段完備， 但實驗室監(jiān)測存在不能及時反映污染變化狀況、采樣誤差大、監(jiān)測頻次低、監(jiān)測數據分散等缺陷，難以滿足人們有效的進行水環(huán)境管理的需求。而實現(xiàn)了廢水質量的在線監(jiān)測，只需經過幾分鐘的數據采集，水源地的水質信息就可發(fā)送到環(huán)境分析中心的服務器中。只要觀察到有某種污染物的濃度發(fā)生了異常的變化，環(huán)境監(jiān)管部門就可以立刻采取相應的措施，取樣具體分析，可快速而準確地獲得水質監(jiān)測數據 課題的主要工作及要求 本課題是以云服務為平臺，利用 擬機技術，設計一種集監(jiān)測、顯示與報警為一體的遠程實時監(jiān)測系統(tǒng)。其主要內容有以下幾個方面。 （ 1）深入化工企業(yè)對工業(yè)廢水進行研究，了解工業(yè)廢水主要的污染成分，選擇各類合適傳感器類型； （ 2）構建無線傳感器網絡。在化工企業(yè)廢水排放口以及相關區(qū)域布置無線傳感器節(jié)點，節(jié)點監(jiān)測數據通過設置在監(jiān)測區(qū)域內的 塊，將監(jiān)測數據定時傳至云服務平臺，最后在上位機中實時顯示與監(jiān)測，并將數據存入到數據庫； （ 3）如果監(jiān)測節(jié)點上傳的數據超過規(guī)定的標準值時，上位機會發(fā)出報警并顯示廢水具 體的排放情況。云服務器也會觸發(fā)報警機制，進行簡單的報警，提醒第 2 頁 共 35 頁 管理人員及時查找和分析原因，從而采取相應控制措施。 2 總體方案設計 2． 1 檢測原理 本課題采用了單片機技術、無線網絡傳輸技術、傳感器技術和集成技術，對水環(huán)境進行實時監(jiān)測溫度、氧含量和 參數變化等信息，通過傳感器感測信號，通過數據打包發(fā)送到上位機，并在上位機監(jiān)測界面上顯示實時數據。 2． 2 系統(tǒng)網絡結構圖 本系統(tǒng)主要由無線傳感器網絡節(jié)點（負責采集節(jié)點周圍水域溫度、溶解氧濃度、 度等數據）、網絡云平臺和上位機監(jiān)測中心（對上傳的數據進 行數據融合并直觀顯示數據）等幾部分組成。無線傳感器節(jié)點安裝在企業(yè)廢水排放池，對池中的廢水實現(xiàn) 度、濁度、溶解氧進行檢測，將得到的參數經無線傳感網絡傳輸到網絡云平臺，然后上位機調用網路云平臺數據，對數據進行分析、處理、超限報警和控制，因此系統(tǒng)的設計較為簡單明了，化工企業(yè)廢水質量遠程監(jiān)測網絡結構如圖 1所示。 圖 1 化工企業(yè)廢水質量遠程監(jiān)測網絡結構 無線傳感器網絡節(jié)點 無線傳感器網絡節(jié)點需要完成信息采集和數據傳遞的功能，節(jié)點在結構上可分為五個模塊：電源模塊、控制報警模塊、數據采集模塊（傳感器數據采集）、云服務平 臺 .. 無線傳感節(jié)點 1 無線傳感節(jié)點 2 無線傳感節(jié)點 N 位機監(jiān)測中心 第 3 頁 共 35 頁 數據處理模塊（單片機處理系統(tǒng)）和無線傳輸模塊（ 本設計采用 片機 發(fā)板作為微處理器，傳感器分別采用 度傳感器、濁度傳感器、 感器、溶解氧傳感器檢測溫度、濁度 線傳輸模塊采用 線傳感器節(jié)點如圖 2所示。 圖 2 無線傳感器節(jié)點 2． 4 采集模塊 度傳感器 具有抗干擾能力強、體積小、硬件開銷低、精度高、數字信號輸出等特點。 用的是一線通信接口，通信時只要接一條口線就可以通信多個點的能力，不同于之前的分布式傳感器需要多點接口，應用時不需要接外部的元件，可以直接用數據總線供電， 到 ，測量的溫度最低為 最高為 +125 ℃ 。用 行溫度測量之前，必須要先完成 設定，否則記憶功能和控制功能就沒法使用。首先提供以下功能命令：讀 索 過 警檢查。 如果在之前已經使 量到的數據存儲在儲器能完整的確定一線端口的通訊，數據開始用寫寄存器的命令寫進寄存器，接著也可以用讀寄存器的命令來獲取這些數字。當確認以后就可以用復制寄存器的命令來將這些數字轉移到可電擦除 。當修改過寄存器中的數時，這個過程能確保數據的完整性。 高速寄存器 由 8個字節(jié)的存儲器組成。用讀寄存器的命令能讀出第九信模塊 … 數據采集模塊 塊 電源模塊 電路 線 控制模塊 報警模塊 數據處理 模塊 （ 溶解氧傳感器 溫度傳感器 濁度傳感器 傳感器 第 4 頁 共 35 頁 個字節(jié)，這個字節(jié)可以對前面的八個字節(jié)進行校驗。 所示。 圖 3 形結構圖 度傳感器 檢測溶液渾濁度的傳感器如圖 4所示。 圖 4 度傳感器 該濁度傳感器輸出為模擬電壓輸出 0到 5V，工作電壓為 5V，工作電流為 50作時響應時間小于 500傳感器輸出的是模擬信號，所以輸出端連接在 H 傳感器 檢測溶液 圖 5所示。 第 5 頁 共 35 頁 圖 5 該傳感器輸出方式為模擬電壓信號輸出 1695 3832作電流為 50測濃度范圍為 應時間小于 5s，穩(wěn)定時間小于 60s。該傳感器輸出的是模擬信號，所以輸出端連接在 解氧傳感器 檢測溶液溶解氧含量的傳感器，如圖 6 所示 圖 6 羅素 501解氧傳感器 該傳感器輸出的是模擬電壓信號，電極的電位為 24570極的參比電極內阻小于 10 極的穩(wěn)定性為± 84h。該傳感器輸出 的是模擬信號，所以輸出端連接在 發(fā)板 捷靈活的開源電子原型平臺，具有以下特點： 1、含有開放的源代碼，程序開發(fā)可免費下載也可以根據紫的要求自己編寫或修改。 2、內部含有低價格的 3、燒錄方式支持 以把新的 "固件 燒入到 了 后，可以通過串口或者串口轉 5、支持多種互動程序。 32儲器容量， 20小 源電壓最大 32 個 6 頁 共 35 頁 2 23 個輸入 /輸出線數， 8個模數轉換器輸入數， 20度， 32器。 所示。 圖 7 面 1、聲明變量及接口名稱（例如： 3;）。 2、 ：函數在程序開始時使用，可以初始化變量、接口模式、啟用 庫等（例如： ）。 3、 ：在 函數之后，一個循環(huán)函數。 1、 義接口為輸入或輸出型接口，在 函數里使用。 2、 位，把數字端口的值置高或者置低。 3、 出數字接口的值。 4、 一個接口寫入模擬值（ ）。對于 片的 括 ,該函數可以工作于 3,5,6,9,10和 11 號接口。老的 僅支持 9,10和 11號接口。 5、 取 一個模擬值轉換為數字值 6、 :延時函數， 000)為一秒。 7、 特率 )特率）。在同計算機通訊時，要是用相同的波特率才能通訊，在 函數里使用 8、 ：讀取持續(xù)輸入的數據。 第 7 頁 共 35 頁 9、 行口的數據輸出。 據 )默認為十進制等于 據， 10、 行口的數據輸出，在輸出最后跟隨一個回車和一個換行符。這個函數所取得的值與 一樣。 線傳輸模塊 塊是一款高性能工業(yè)級的 發(fā)板）。 塊采用 司的工業(yè)級四頻（全球 通用）塊： 工作頻段四頻為： 用于全球各地區(qū) ,可以低功耗實現(xiàn)語音、短信、彩信、數據和傳真信息的傳輸。同時 具有全球衛(wèi)星定位 能，適用于各類 位導航應用。其性能穩(wěn)定，外觀精巧，性價比高。 用工業(yè)標準接口，內嵌 P 協(xié)議，可以低功耗實現(xiàn)語音、短信（ 數據和傳真信息的傳輸。同時 具有全球衛(wèi)星定位 能，適用于各類 位導航 應用。 所示 ： (1)于設置移動臺類別。 (2)于設置 (3)于設置附著和分離 務。 (4)于設置 接模式。 (5)于設置本地端口號。 (6)于建立 (7)于發(fā)送數據。 (8)于查詢當前 連接狀態(tài)。 (10)于關閉移動場景。 第 8 頁 共 35 頁 圖 8 發(fā)板 體流程圖 第 9 頁 共 35 頁 圖 9 系統(tǒng)總體流程圖 系統(tǒng)總體流程圖如圖 9所示，本設計上位機采用 點不斷地對檢測區(qū)的廢水參數進行采集，數據經過 理，從 云端發(fā)送，上位機設定檢測周期，等待到檢測時間就向云端獲取數據，判斷數據是否超過報警界面，如果超過界限，上位機就會返回報警和控制信號，并且上位機報警燈也會亮，節(jié)點接收到了控制信號就會立即采取控制措施，打開閥門等一系列動作。 點軟件設計 體設計流程 采集到的數據按照特定格式發(fā)送給無線傳輸模塊， 于接收狀態(tài)，等到 據傳到 Y 開始 初始化 數據采集 節(jié)點數據處理 數據無線發(fā)送 上位機數據獲取 是否超過報警界？ 返回控制信號，界面報警 節(jié)點收到控制信號，執(zhí)行控制過程 N 第 10 頁 共 35 頁 向無線云平臺傳輸數據。 0所示。 圖 10 首先對 始化， 電即完成初始化，初始化完成后， 后處于等待傳感器數據傳輸的狀態(tài)，直到所有傳感器檢測完成向控制板發(fā)來數據后，收到的數據進行處理標定，然后向 送無線傳輸指令，同時不斷地對 行獲取信號請求，如果檢測到有控制信號，就執(zhí)行控制和報警操作（電磁閥控制和報警燈點亮）。 字信號軟件設計 溫度傳感器輸出為數字信號，信號輸出連接在 初始化： N Y 開始 初始化 向溫度傳感器發(fā)送接收數據請求 等待各傳感器發(fā)送數據 對數據進行數據處理 向 送發(fā)送指令 向 送獲取指令 等待 據返回 是否收到信號？ 報警燈閃，控制閥門燈亮的程度 第 11 頁 共 35 頁 (1) 把數據線拉高置 "1"； (2) 延時幾個 μs； (3) 數據線拉到低電平 "0"； (4) 延時 750μs(延時范圍為 480μs 至 960μs)； (5) 數據線拉高置 "1"； (6) 延時，等待 (如果初始化已經成功，會在 15到 60μ據這個狀態(tài)可以來確定是否初始化成功，但是不能無限的等待，否則程序會進入死循環(huán)，應該要進行超時控制 )。 (7) 若 了數據線上返回的低電平，再做個延時，延時的時間從第五步發(fā)出的高電平算起至少應該要 480μs。 (8) 最后再次將數據線拉高 "1"后結束。 { x=0; ; ); //約 90μs ; 0); //約 800μs ; 7); //約 370μs } 讀操作： (1)將數據線拉高 "1"； (2)延時 2μs； (3)將數據線拉低 "0"； (4)延時 3μs； (5)將數據線拉高 "1"； (6)延時 5μs； 第 12 頁 共 35 頁 (7)讀取數據線上的狀態(tài) ,得到 1個狀態(tài)位，然后進行數據處理； (8)延時 60μs。 個字節(jié)函數 { i=0; 0; i=8;i>0;{ 0; >= 1; 1; Q) = 0 5）； //約 54μs } } 寫操作： (1) 先將數據線置低電平 "0"； (2) 延時時間為 15μs； (3) 按從低到高的順序依次發(fā)送字節(jié) (每次只發(fā)送一個字節(jié) )； (4) 延時時間為 45μs； (5) 將數據線拉到高電平 "1"； (6) 重復以上操作一直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止； (7) 最后將數據線拉高。 { 第 13 頁 共 35 頁 i = 0; i=8;i>0,{ ; DQ= ); //約 54μs ; =1; } } 擬信號軟件設計 濁度傳感器、 感器、溶解氧傳感器輸出信號都為模擬信號， 個模數轉換的 I/集數據時只需要把三種傳感器的數據端接到 子的 口，軟件設計時直接讀取 1、濁度傳感器的數據輸入及處理程序： 2、溶解氧傳感器的數據輸入及處理程序： ; 3、 H = 點程序 #第 14 頁 共 35 頁 #1 //腳配置 #2 //腳配置 #3 //腳配置 #4 //預留 #5 //預留 0); // 連接 腳 /**************** 網絡配置及發(fā)送指令 ******************/ ""B\"\r\n"; ",\",\"\r\n"; "\r\n"; ",\"\r\n"; "",\"2000\"\r\n"; "",\",\"80\"\r\n"; "r\n"; 76354/.1\r\r\r\; "{\":\",\":[{\":"; "{\":\",\":[{\":"; "{\":\",\":[{\":"; "{\":\",\":[{\":"; "]}\r\n"; "\r\n\r\n{\":["; /************** 設置波特率、發(fā)送網絡配置 *************/ { 600); //設置波特率為 9600 00); //發(fā)送 第 15 頁 共 35 頁 00); //發(fā)送 00); //發(fā)送 00); //發(fā)送 00); //發(fā)送 00); } /***************** 主循環(huán)程序 ****************/ { K; i; 0; 2]; ]; //定義溫度值 /********** 向 *************/ ; // //); //寫入數據 000); ; /*********** 依 次讀取溫度傳感器發(fā)來的八位數據 **********/ 第 16 頁 共 35 頁 i = 0; i =10){89;} 88;} 第 17 頁 共 35 頁 * 00); 000); //輸出 K); //輸出溫度值 }]},"); //輸出濁度值 }]},"); //輸出溶解氧值 }]},"); H); //輸出 }]}"); 00); 00); /*********** 向 ***********/ ; 0]; r\n"); 第 18 頁 共 35 頁 00); 013763/.1\r\n"); =\r\n"); r\n"); \r\n"); \r\n"); ); /***********在獲取到的數據中提取控制信號和報警信號 ********/ '{') { ); } i=1; i>0){ ); = ); if('}')if('{')i++; } j= 0;j<;j++){ if(j]=='"'&& j+1]=='i' && j+2]=='d' && j+3]=='"') { j; ; } } 第 19 頁 共 35 頁 b=] /************ 執(zhí)行報警模塊 ************/ if(b=='1') { , //輸出高電平，報警 5， ; //輸出低電平 ,打開電磁閥 b); } , //低電平，不報警 5， ; //高電平，關閉電磁閥 b); } b"); "; ; } 絡云平臺 本設計采用的是中國移動物聯(lián)網開放平臺 —— 為網絡云平臺，接收無線網絡傳送的數據。 中國移動物聯(lián)網開放平臺 —— 于物聯(lián)網 技術 和產業(yè)特點打造的開放平臺和 生態(tài)環(huán)境 ，能夠有效降低各類物聯(lián)網應用開發(fā) 和部署成本，滿足物聯(lián)網領域設備連接、協(xié)議適配、數據 存儲 、數據安全、大數據分析等平臺級服務需求。 第 20 頁 共 35 頁 圖 11 中國移動互聯(lián)網開發(fā)平臺首頁 圖 12 中國移動互聯(lián)網開放平臺工程界面 要在該平臺上使用，就要接入 先要在 建設備等一系列準備工作，然后要通過網絡和 務器建立 接，最后將數據按照一定的協(xié)議 (比如： 包上傳至 而實現(xiàn)設備終端接入。 注冊好用戶后，需要創(chuàng)建一個項目用來監(jiān)控你所需要上傳到云端的數據，并把它歸類于區(qū)分，在建好項目之后，要依次添加設備、添加 加觸發(fā)器。每個 每個數據流對應單獨的一個采集參數（溫度、解氧和濁度），這 樣一個基本的云平臺才算建立好了。 第 21 頁 共 35 頁 圖 13 云端項目基本信息 圖 14 云平臺數據展示界面 位機軟件設計 上 位 機 調 試 采 用 的 是 司自行研制的一種第 22 頁 共 35 頁 強大的程序開發(fā)環(huán)境，其類似于 言開發(fā)環(huán)境一樣，有著可以完成大多數編程任務的函數庫，各類函數庫有這各種不一樣的功能。但是， 它的計算機語言基本上都是基于文本的語言產生的代碼，而 編寫程序，程序是以框圖的形式產生的，其開發(fā)環(huán)境集成了各種應用所需要的工具，幫助使用者解決問題和不斷創(chuàng)新還能提高生產力。 言程序開發(fā)環(huán)境中 序由前面板和后面板組成，前面板主要有顯示控件，人機用戶操作界面和輸入控件等控件來構成，是 序的交互式輸入和輸出端口，輸入控件是 后面板程序框圖提供數據的輸入裝置，顯示控件則是顯示后面板程序框圖或生成的數據的輸出裝置，后面板便是程序框圖，所有的數據源的處理都在程序框圖中傳送處理分析的，前面板的輸入控件和顯示控件都能在后面板中一個對象端點與之相對應，輸入控件對象的端點便是在 顯示控件對象的端點便是 序框圖中的數據流終點。每個控件端口之間的連線是其數據通道，數據都是單線 流動的，也可以是從單一的數據源端口流向一個或多個接收目的端口，但是注意數據源的數據類型是否與接收端接收的數據類型一樣，不一樣的數據類型不能使數據源數據流動。 位機流程圖 第 23 頁 共 35 頁 圖 15 上位機報警流程圖 位機主界面 圖 16主界面前面板 本 接字符串控件、當前 建路徑N 開始 初始化 窗體事件 接收數據 發(fā)出控制信號 Y 上位機報警 是否超過警戒上下限？ 第 24 頁 共 35 頁 控件、打開 用節(jié)點控件、關閉引用控件等控件組合成的主界面。 圖 17主界面程序框圖 位機監(jiān)測界面 上位機監(jiān)測界面分為自動監(jiān)測界面和手動監(jiān)測界面，采用選項卡方式進行切換。如圖 18所示 圖 18 自動檢測界面 自動 /手動界面切換選項卡和手動 /自動檢測切換的開關采用的是滑動開關控制的條件結構，選項卡及切換開關程序框圖如圖 19所示。 第 25 頁 共 35 頁 圖 19 選項卡及切換開關程序框圖 數據采集采用 模塊程序框圖如圖 20所示，從左到右依次用打開 入 據控件、讀取 閉 配正則表達式控件等控件組合，根據我們云端數據的協(xié)議及地址 圖中與打開 接控件連接的“ 服務云端地址，“ 80”為遠程端口，獲取云端數據點是通過 求在 攜帶參數的形式實現(xiàn)的。 本設計中 求代碼： 76354/.1 中“ 776354”是設備 是設備 余都是固定格式。 “ 2000000 ” 是 讀 取 的 字 節(jié) ， “ 3000 ” 指 的 是 超 時 毫 秒 ，“ \d*\-\d\d\-\d\d\s\d\d\:\d\d\:\d\d” 指的是匹配正則表達式控件的正則表達式，即獲取到的數據中 與時間匹配的字符串。 第 26 頁 共 35 頁 圖 20 云端采集數據程序框圖 史數據的查詢 圖 21 歷史查詢界面 圖 22 歷史查詢程序框圖 此模塊采用了當前 徑控件、創(chuàng)建路徑控件、讀取文本文件控件、關閉文件控件，以及一個 測得的四個參數數據采用比較方式輸出布爾量，若超過設置的閾值則輸出對應參數的報警燈會亮，并且然后采用或門將所有的布爾量進行或運算，然后將布爾量轉換為（ 0,1），從而控制是否響報警聲音。 第 27 頁 共 35 頁 圖 23 報警燈 圖 24 報警程序框圖 圖 25 報警聲音程序框圖 報警聲音用于數據超過設定的閾值報警；報警聲音由 140015001600圖 25所示。 據輸出 第 28 頁 共 35 頁 圖 26 數據輸出 圖 27 數據輸出程序框圖 此模塊采用的控件較多：包括格式化寫入字符串控件、當前路徑控件、創(chuàng)建路徑控件、創(chuàng)建文件控件、設置文件位置控件、寫入文本文件控件以及關閉文件控件等。在當前路徑下，打開一個名為 已有文本文件，如文件不存在則創(chuàng)建一個名為 文本文件，系統(tǒng)獲取監(jiān)測數據，利用格式化寫入字符串控件在 本文件的末尾寫入新的監(jiān)測數據字符串數據，即在保存原有的監(jiān)測數據基礎上，系統(tǒng)自動寫入新的監(jiān)測數據，方便工作人員的查看及以后的查詢或打印。 4、傳感器參數 正常開啟節(jié)點，得到每個傳感器上傳上來的數值，需要 對其進行標定。 度傳感器標定 第 29 頁 共 35 頁 本設計采用的是 測過程中，我們配置了不同溫度的5 杯溶液，分別對應的溫度為 26 度、 32 度、 36 度、 44 度、 56 度的液體，對其分別進行溫度檢測，得到的數據如下。 表 1 溫度數據表 測量數據 414 514 574 705 753 896 實際溫度（℃ ） 26 32 36 44 47 56 圖 28 溫度擬合曲線 根據上述的數據得出，溶解氧傳感器的標定關系為 y= 解氧傳感器標定 本設計采用 501 針型 電極是由指示電極鉑金絲和銀 — 氯化銀參比電極復合而成。我們分別在冷開水、自來水、空氣等不同的水環(huán)境中用溶解氧傳感器進行測量，得到了如下數據。 表 2 溶解氧數據表 不同水環(huán)境 測量數據 參考溶氧量 冷開水 878， 884， 923， 970 水、自來水、礦泉水等 1233,1300,1451,1464,1473,1481,1558 氣中 1747,1749,1792 別取三種水環(huán)境中得到數據的平均值，和參考溶解氧量的中間值作為標定參數，得到的擬合曲線如圖 29。 第 30 頁 共 35 頁 圖 29 溶解氧擬合曲線 根據上述的數據得出，溶解氧傳感器的標定關系為 y= H 傳感器標定 本設計采用的是 3種 到 線性關系。 液用混合磷酸鹽配置， 三種溶液測量中得到如下數據。 表 3 測量數據 30 根據上述測量數據得出， y= 度傳感器標定 本設計采用 濁度傳感器，該傳感器 是利用光學原理，通過液體溶液第 31 頁 共 35 頁 中的透光率和散射率來綜合判斷濁度情況，由于濁度值是漸變量，通常在動態(tài)環(huán)境下檢測，傳感器采集的濁度值，需要外接控制進行 算得到對應環(huán)境下的濁度情況。 配置三種渾濁度不同的溶液，分別對其進行檢測，得到下面數據： 表 4 濁度傳感器數據表 實際數據（ %） 量數據 31 濁度擬定曲線 根據上述的數據得出，濁度傳感器的標定關系為 y = 5、軟件調試 將節(jié)點接上電源， 上 ，正常啟動，搜索網絡，等一切都準備就緒，正常傳輸數據時， 口顯示界面如圖 29 所示，云端顯示數據如圖 30所示，上位機顯示界面如圖 32所示。 第 32 頁 共 35 頁 圖 32 將 入代碼，然后點擊編譯按鍵，如果編譯沒有錯誤就把 擊上傳，等待上傳成功，程序以及成功的燒錄到單片機里。 圖 33 串口數據界面 第 33 頁 共 35 頁 圖 34 云端數據界面 監(jiān)控界面顯示的工業(yè)廢水四中指標：溫度、溶解氧、 濁度，溫度顯示的單位為攝氏度℃，范圍為 15℃ 溶解氧的范圍為 3 到 6， 范圍為 6到 8，濁度的范圍為 0%到 3.中期檢查表 學生姓名 學生班級 指導教師 畢業(yè)設計（論文）題目 ： 基于 件設計 1、 你認為你的設計（論文）選題是否合理，課題難度和工作量是否適中、研究內容是否感興趣，你是否按計劃進度進行工作，能否完成任務書所規(guī)定的各項任務。 答：選題合理，難度與工作量適中，對研究內容感興趣，能夠按進度按時完成任務 。 2、指導老師指導主要形式，指導地點、指導時間（小時 / 周），設計過程中疑問能否得到指導老師及時解答，你對指導老師的指導是否滿意。 答：老師每周都會集體開會討論畢業(yè)設計開展情況，花大量時間當面給我們指導，非常滿意。 3、通過畢業(yè)設計（論文），對你綜合能力培養(yǎng)等方面作用。 答：對我的幫助非常大，鍛煉我們的動手能力與分析問題的能力。 4、在畢業(yè)設計（論文）工作中還存在那些問題及擬采取的措施，對指導老師的指導工作有何建議和期待。 答：老師對我的指導非常耐心，對我畢業(yè)設計的進展非常有幫助，幫助我分析 問題，與我一起思考解決問題的辦法，很滿意。 填表時間： 2016 年 4 月 15 日 任 務 書 1．本畢業(yè)設計（論文）課題應達到的目的： 無線傳輸是數據通信系統(tǒng)中經常采用的一種數據傳輸方式，在某些應用場合，利用無線技術更方便、快捷。 本課題應用單片機技術、無線傳輸技術、傳感器技術，設計一種集 濁度等參數測量為一體的智能無線傳感器，上位機采用虛擬儀器技術設計監(jiān)測和報警界面，通過 工企業(yè)排放廢水質量在線監(jiān)測 ,具有一定的推廣應用價值。 完成系統(tǒng)的硬件設計、制作和系統(tǒng)調試。 完成畢業(yè)設計論文，并通過論文答辯。 2．本畢業(yè)設計（論文）課題任務的內容 和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等）： 1．熟悉傳感云或云平臺物聯(lián)網開發(fā)應用系統(tǒng)； 2．進行信號傳感、信號調理、數據采集、無線數據收發(fā)等硬件設計、選型和 3．進行太陽能電池供電設計； 4．進行硬件調試和系統(tǒng)調試； 5．提供必要的試驗條件、開發(fā)工具和儀器設備。 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 3．對本畢業(yè)設計（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設計論文、圖表、實物樣品等〕： （ 1）畢業(yè)設計論文 1篇； （ 2）硬件電路及產品說明 1套； （ 3）試制樣機 1套。 4．主要參 考文獻： [1] 高峰等 J]010，（ 5） [2] 孫玉文等 J]2011，（ 3） [3] 黃玉立，童玲等 點通信模塊設計 [J]. 011,(1) [4] 王東濤等 J]2010， 38(35) [5] 羅建，程越巍等 J]2009， 32（ 12） [6] 王飛 術的無線溫濕度傳感器網絡設計 [J]2008，（ 2） [7] 韓斌杰 理及其網絡優(yōu)化 =機械工業(yè)出版社 ,2009 [8] （美） 計與應用 [M]械工業(yè)出版社， 2008， 1 [9] 冼土明 . J]011， 12 [10] 饒達琴 合組網技術的遠程監(jiān)控系統(tǒng) [J]2012,12 [11] 蔡利婷 J]2012，5 [12] 陳輝 溫室番茄遠程智能灌溉系統(tǒng)的研究與實現(xiàn) [J]2013,3 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 5．本畢業(yè)設計（論文）課題工作進度計劃： 起 迄 日 期 工 作 內 容 2016年 1月 03日～ 2 月 23日 2月 24日 ～ 3 月 05日 3月 06日 ～ 3 月 30日 4 月 01日 ～ 4 月 20日 4 月 21日 ～ 5 月 26日 5 月 27日 ～ 5 月 30日 5月 31日 ～ 6 月 04日 6 月 05日 ～ 6 月 07日 根據畢業(yè)設計 (論文 )任務書要求 ,查詢相關技術資料，撰寫文獻綜述、準備開題報告 外文資料翻譯，完成開題報告，準備開題答辯 按任務書進行硬件設計與仿真調試 硬件制作與測試 系統(tǒng)調試，準備畢業(yè)設計論文 論文整理、打印、裝訂、交論文，并上傳系統(tǒng) 評閱畢業(yè)設計論文 畢業(yè)答辯 所在專業(yè)審查意見： 同意 負責人： 2016 年 1 月 4 日 系（院）意見： 同意 系（院）領導： 2016 年 1 月 4 日 開 題 報 告 1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000 字左右的文獻綜述 文 獻 綜 述 一、立題依據 中國水資源的分布極其不均勻 ，水土流失礦山污水導致人類周圍的水環(huán)境污染日趨嚴重，嚴重制約了經濟的發(fā)展和危害著人類的健康。嚴峻的水形勢提高了人們對水污染控制的重視，對廢水的處理和檢測成為了維護良好人民生活環(huán)境所必不可少的要求，廢水中是否有對環(huán)境產生重大影響的元素和他們的含量是否在標準以內直接關系到本設計的生存環(huán)境。 水是人類生產和生活中必不可少的資源，可是現(xiàn)在 ，生態(tài)環(huán)境遭到了人類嚴重的破壞，水資源持續(xù)污染，保護水資源和水污染治理成為當代社會最為關注的問題。污染負荷急劇增加，加重了水體的污染，所以水資源也更加短缺了。工業(yè)廢水近年來雖然經過治理有所減少，但城市生活污水有增無減，占水質污染的 55%以上。 水是生命之本，是人類賴以生存必不可少的物質資源之一，水也是為人體獲得各種營養(yǎng)物質的重要途徑之一。隨著科技的發(fā)展，水污染越來越嚴重。 對水資源的保護成為一項重要的工程。水質檢測是對水資源保護的重要指標。水質檢測越來越受到人們的關注。因此本次設計本設計選擇水質檢測系統(tǒng)。其中 飲水安全則是影響人體健康和國計民生的重大問題。飲用水主要考慮對人體健康的影響，其水質標準除有物理指標、化學指標外，還有微生物指標；對工業(yè)用水則考慮是否影響產品質量或易于損害容器及管道。近年來 ,由于國際上一些地區(qū)和國家頻繁發(fā)生惡性事件 ,飲水安全和衛(wèi)生問題引起了全球的關注 ,飲水安全已成為全球性的重大戰(zhàn)略性問題。 所以水資源的保護成了我國重中之重的一個問題，水土流失礦山污水導致人類周圍的水環(huán)境污染日趨嚴重，嚴重制約了經濟的發(fā)展和危害著人類的健康。嚴峻的水形勢提高了人們對水污染控制的重視，對廢水的處理和檢測成為了維 護良好人民生活環(huán)境所必不可少的要求，廢水中是否有對環(huán)境產生重大影響的元素和他們的含量是否在標準以內直接關系到本設計的生存環(huán)境，做好水質監(jiān)測是本設計這次課程設計的目標。 開 題 報 告 二、課題研究的意義 第一，了解污水水質，為污水處理技術方案提供依據。因為描述定義一種污水，主要就是從其常規(guī)水質指標角度來說的，常規(guī)水質指標包含了污水的基本特征和信息。能被選為常規(guī)指標，都有其重要性和意義（或者環(huán)境方面有要求，或者在處理工藝方面很重要，或者國家有相關排放規(guī)定等）。污水的水質特征決定了它適合采用什么處理方 法，常規(guī)指標提供了最基本和重要的依據。 第二，為水處理工藝運行提供參考。以生物法處理廢水為例，各個工藝單元都對進水水質有相關要求，出水水質也要達到設計效果，所以就要在各個工藝節(jié)點對污水水質進行檢測，并以此判斷運行是否正常，如果異常，也可以從水質指標做出預判。總的來說，常規(guī)水質監(jiān)測是用來反映水質基本特征的。為行政的、經濟的、技術的表征污水提供量化指標。 第三，通過對水質監(jiān)測系統(tǒng)的研究，可以對監(jiān)測和測控有一個更深入的了解，尤其是在電子測控方便，應用到電子測試的一些基本知識，配合對單片機的研究，可以對自己 在監(jiān)測和測控方面進行很大的提升，而且在當今時代，監(jiān)測和測控的技術逐漸的儀表化，通過這次的研究可以做出比較精確的儀表。另外，研究如何將傳感器與外圍電路配合，將感應的模擬信號轉變成數字信號也是非常重要的，這樣對傳感器和模數轉換器的應用也會得到認識上的提升，另外就是單片機的學習，尤為的重要，可以豐富自己的設計能力和單片機程序語言的設計能力。 開 題 報 告 三、 水質監(jiān)測的監(jiān)測指標 水質檢測是指對水樣的各項指標進行測試， 可以根據這些指標對水質進行分類，對水體質量進行判斷和綜合評價。 使用電子設備進行水質檢測，主要 是利用各類傳感器，對水中的參數進行檢測。其檢測內容可以為溫度、 含氧量、渾濁度。依據我國地下水水質現(xiàn)狀、人體健康基準值及地下水質量保護目標，并參照了生活飲用水、工業(yè)、農業(yè)用水水質最高要求，將地下水質量劃分為五類： Ⅰ類 主要反映地下水化學組分的天然低背景含量。適用于各種用途。 Ⅱ類 主要反映地下水化學組分的天然背景含量。適用于各種用途。 Ⅲ類 以人體健康基準值為依據。主要適用于集中式生活飲用水水源及工、農業(yè)用水。 Ⅳ類 以農業(yè)和工業(yè)用水要求為依據。除適用于農業(yè)和部分工業(yè)用水外，適當處理后可作生活飲用水 。 Ⅴ類 不宜飲用，其他用水可根據使用目的選用。 表 國水質標準分類表 類別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 氯化物（ ） ≤ 50 ≤ 150 ≤ 250 ≤ 350 ≥ 350 硫酸鹽（ ） ≤ 50 ≤ 150 ≤ 250 ≤ 350 ≥ 350 硝酸鹽（ ） ≤ 20 ≤ 30 ≥ 30 渾濁度（ ） ≤ 10 ≤ 20 ≤ 100 ≥ 100 溶解性總固體（ ） ≤ 300 ≤ 500 ≤ 1000 ≤ 2000 ≥ 2000 開 題 報 告 四、測量參數 I 溫度 溫度是水質最重要的參數之一。溫度對水生生物至關重要，是生活和生產中必須掌握的基本物理量。水質監(jiān)測中第一位工作就是測溫。采用傳感器和一起對水質的溫度進行測量已經有很長的歷史，使用的傳感器也有多種形式，應該說溫度傳感器是水質傳感器中技術最為成熟、故障率最低一一種。 Ⅱ 在給排水工程中要測定 多數水處理體系都要測量 海洋環(huán)境監(jiān)測和水產養(yǎng)殖生產中，水質的 是必須經常測量的項目。水質的 通常為 對 的測量雖然有多種方法，但最常 用的是采用玻璃電極法，這種方法是用一個 璃膜電極，一個參比電極和一個高輸入阻抗的電位差計。當講特殊玻璃薄膜兩側置入 不同的兩種溶液中，玻璃電極薄膜兩面產生與兩側 成正比的電現(xiàn)象，利用這種現(xiàn)象測出 。 Ⅲ 濁度 濁度是用來測量液體中的不溶固體和透明度的。濁度不僅和水體中泥土、粉沙、浮游生物、微生物等懸浮物有關，也和懸浮物質的顆粒種類、粒徑大小、形狀、顏色和可溶性有色化合物有關。它是水體中懸濁物對光線的散射和吸收作用的結果。濁度的測量是由一束射入液體的光線的散射情況來確定的。由于這種 測量對溫度的敏感性，大部分濁度傳感器都有溫度補償或加熱源與恒溫裝置來維持恒溫。常用的測量是比濁計濁度單位（ 用光散射測定濁度的比濁度計運用更為廣泛。完全清潔水為 0水一般都超過 100 解氧（ 溶解氧對于水生物特別是魚類生存十分重要、要保證魚類等的生存、水中溶氧的含量應保持在 4~6mg/l。溶解氧是水質標準的一個重要參數，它的測定是水污染和廢物處理控制應用的一個重要組成部分，在鍋爐、冷卻水及水處理裝置中它是控制腐蝕的一個重要參數。因此，溶解氧的測定對海洋、江河、湖泊等 水質的測定極為重要。 開 題 報 告 五 、主要參考文獻 [1] 高峰等 J]010，（ 5） [2] 孫玉文等 J]2011，（ 3） [3] 黃玉立，童玲等 點通信模塊設計 [J]. 011,(1) [4] 王東濤等 J] 2010， 38(35) [5] 羅建，程越巍等 絡的分布式無線溫濕度測量系統(tǒng) [J]2009， 32（ 12） [6] 王飛 術的無線溫濕度傳感器網絡設計 [J]2008，（ 2） [7] 韓斌杰 理及其網絡優(yōu)化 =機械工業(yè)出版社 ,2009 [8] （美） 計與應用 [M]械工業(yè)出版社， 2008， 1 [9] 冼土明 . 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