段曉平

(韶關(guān)光柵測(cè)量控制技術(shù)研究所，廣東韶關(guān)512026)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的高速發(fā)展，對(duì)環(huán)保監(jiān)測(cè)的水平也提出更多、更高的要求。要求環(huán)保部門提供降雨量、溫度、濕度、雨水酸堿度、降雨電導(dǎo)率等準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的參數(shù)。為各級(jí)政府提供決策依據(jù)，為生產(chǎn)企業(yè)、社會(huì)團(tuán)體提供產(chǎn)業(yè)投資依據(jù)，滿足環(huán)境治理、減災(zāi)、救災(zāi)的需求。

本系統(tǒng)采用自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，對(duì)雨量及雨水參數(shù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)采集、自動(dòng)檢測(cè)，提高了環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的智能化水平，滿足新時(shí)期環(huán)境監(jiān)控的需求。

1 系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，由降雨降塵檢測(cè)儀、無線通訊模塊、上位機(jī)組成，在廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)的支持下，用UART、ZigBee、Wi-Fi等有線、無線接入技術(shù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)地區(qū)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息聯(lián)網(wǎng)，環(huán)保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、自動(dòng)存儲(chǔ)，并及時(shí)上傳位于環(huán)保站的中心數(shù)據(jù)機(jī)(環(huán)保信息中心)。環(huán)保站也可以通過信息中心實(shí)時(shí)的了解各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)環(huán)保監(jiān)測(cè)作業(yè)情況。

1.2 降雨降塵檢測(cè)儀

主要由雨水傳感器、溫濕度傳感器，防塵蓋驅(qū)動(dòng)單元、接雨器驅(qū)動(dòng)單元、電導(dǎo)率儀、pH儀、傳感電極清洗單元、壓力式雨量計(jì)、采樣樣品保存子系統(tǒng)和中央處理器組成，如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖

主要功能是:降雨感知，防塵蓋打開、閉合(由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng))，環(huán)境溫度、濕度測(cè)量。降雨時(shí)，進(jìn)行雨水樣品的收集，并進(jìn)行低溫保存，以防樣品變質(zhì)，電導(dǎo)率儀、pH儀的傳感電極的定時(shí)清洗，雨水樣品電導(dǎo)率、酸堿度的測(cè)量，降雨量測(cè)量。

系統(tǒng)具有完備的人機(jī)界面，以便能夠方便地進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)預(yù)置、傳感器標(biāo)定等，還有故障自檢、手動(dòng)操作等的功能。軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，包括監(jiān)控程序模塊和多個(gè)功能模塊。

自動(dòng)標(biāo)定模塊:采用兩點(diǎn)標(biāo)定法。以pH值檢測(cè)為例，用兩種標(biāo)準(zhǔn)液體進(jìn)行配套標(biāo)定。

采樣模塊:每200 ms采樣一次，對(duì)被采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波，在內(nèi)存中，采樣環(huán)形隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行滑動(dòng)平均濾波，如何調(diào)用相應(yīng)環(huán)保參數(shù)值的計(jì)算模塊，在時(shí)鐘模塊的控制下，定時(shí)存儲(chǔ)采樣參數(shù)數(shù)據(jù)。

圖2 降雨降塵監(jiān)測(cè)儀

參數(shù)顯示模塊:有三種參數(shù)顯示方式，實(shí)時(shí)顯示、定時(shí)顯示、超限顯示。實(shí)時(shí)顯示是在時(shí)鐘模塊控制下，不間斷的在LCD液晶顯示器上顯示日期、時(shí)間PH值、電導(dǎo)率值等。刷新頻率通常為1 s，并可以采用聲光方式進(jìn)行超限報(bào)警。定時(shí)顯示是在時(shí)鐘模塊控制下，定期在LCD液晶顯示器上顯示降雨次數(shù)、降雨量、降雨開始時(shí)間、降雨結(jié)束時(shí)間等參數(shù)。定時(shí)時(shí)間為1 h，通常顯示當(dāng)天參數(shù)值。

圖3 模塊結(jié)構(gòu)框圖

1.2.1軟件程序的實(shí)現(xiàn)

軟件編制實(shí)現(xiàn)如下主要功能:降雨感知，防塵蓋打開、閉合(由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng))，環(huán)境溫度、濕度測(cè)量。降雨時(shí)，進(jìn)行雨水樣品的收集，并進(jìn)行低溫保存，以防樣品變質(zhì)，電導(dǎo)率儀、pH儀的傳感電極的定時(shí)清洗，雨水樣品電導(dǎo)率、酸堿度的測(cè)量，降雨量測(cè)量。

圖4 軟件程序圖

1.2.2數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)

布置多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的在線式降雨降塵監(jiān)測(cè)儀采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并與前置計(jì)算機(jī)與在線式降雨降塵監(jiān)測(cè)儀實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊接口，用SQL Server數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，在廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)的支持下，用UART、ZigBee、Wi-Fi等有線、無線接入技術(shù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)地區(qū)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息聯(lián)網(wǎng)，環(huán)保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、自動(dòng)存儲(chǔ)，并及時(shí)通過互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過網(wǎng)關(guān)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)與中心監(jiān)控站進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。保證數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)或定時(shí)地通過環(huán)保中心監(jiān)測(cè)站網(wǎng)關(guān)服務(wù)器傳輸?shù)江h(huán)保中心監(jiān)測(cè)站降雨降塵管理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)環(huán)保信息管理的自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。實(shí)時(shí)收集所采集的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行必要的分析、統(tǒng)計(jì)處理，采用對(duì)比、分析的手段，及時(shí)了解環(huán)境變化的趨勢(shì)，比如降雨酸堿度的變化趨勢(shì)，及時(shí)上報(bào)。為地方政府的發(fā)展決策和環(huán)境治理、節(jié)能減排提供可靠的決策依據(jù)。

1.2.3高精度壓力式雨量計(jì)

本系統(tǒng)采用高精度壓力式雨量計(jì)，為提高壓力的測(cè)量精度系統(tǒng)采用隔離型絕壓傳感器:采用特殊的非線性、溫度的補(bǔ)償及校正措施確保其精度，使測(cè)量精度優(yōu)于0.1%。采樣的精度、線形度、誤差穩(wěn)定性均超過傳統(tǒng)虹吸式或翻斗式雨量參數(shù)采集方式，且具有很好的工作穩(wěn)定性，不受惡劣天氣、惡劣氣候環(huán)境的影響，這是自動(dòng)環(huán)保參數(shù)測(cè)量?jī)x設(shè)計(jì)的一個(gè)基本保障。

2 結(jié)論

本項(xiàng)目開發(fā)的檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)與通訊功能強(qiáng)，系統(tǒng)按照新的國(guó)家環(huán)保監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行多參數(shù)監(jiān)測(cè)，多點(diǎn)覆蓋、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠更好地反映環(huán)境的整體情況。在線式降雨降塵系統(tǒng)是一個(gè)集現(xiàn)代高新技術(shù)為一體的控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它涵蓋了嵌入式技術(shù)、微電子技術(shù)、數(shù)字信息處理技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、等當(dāng)代應(yīng)用開發(fā)技術(shù)，是對(duì)環(huán)保部門改變其環(huán)境監(jiān)控方式，提高工作效率和節(jié)省環(huán)保監(jiān)測(cè)的人力、物力資源具有深遠(yuǎn)影響的一項(xiàng)技術(shù)。系統(tǒng)的應(yīng)用具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略意義，未來將會(huì)產(chǎn)生重大的社會(huì)影響。

［1］唐慧強(qiáng)，元保軍.基于ZigBee技術(shù)的交通氣象站中雨量測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，2010(4):87－89.