黃海霞+黃秋秋

【摘 要】城市排水管道污染是現(xiàn)代化城市建設(shè)急需解決的問(wèn)題，也是城市水污染防治和城市排澇、防洪的骨干工程。本系統(tǒng)的主要任務(wù)是及時(shí)采集城市排水管道所排放的生活污水、工業(yè)廢水的PH值，如發(fā)現(xiàn)城市排水管道水質(zhì)PH值不在合格范圍，便及時(shí)通知排水管道管理人員及時(shí)維護(hù)處理。本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)利用現(xiàn)代先進(jìn)的WIFI技術(shù)傳送水質(zhì)的PH值參數(shù)，最終結(jié)果傳送到PC機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。城市排水管道的污染數(shù)據(jù)的采集主要是城市地下排水管道水質(zhì)的PH值作為采集標(biāo)本。預(yù)期達(dá)到能在PC機(jī)上監(jiān)控城市排水管道的水質(zhì)PH值。

【關(guān)鍵詞】管道污染；PH值；PC機(jī)；WIFI技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)： TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2017）23-0120-002

【Abstract】Urban drainage pipeline pollution is an urgent problem that needs to be solved in modern urban construction，andsolution to this problem is also the backbone proj-ect in prevention and control of urban water pollution，drainage and flood.The main task of the system is to timely collection of the PH value of the domestic sewage and industrial wastewater from urban sewage pipes.If it finds the PH value is not within the qualified range，it will promptly notify the drainage pipe management in a timely manner to maintain treatment.The system mainly uses the modern advanced WIFI technology to transmit the PH value parameter to the mobile phone or the PC for the real-time monitoring.The collection of pollution data of urban drainage pipeline is mainly the pH value of urban underground drainage pipe water.It is expected to be able to monitor the PH value of the water from urban drainage pipe by the APP on the mobile phone or PC.

【Key words】Pipeline pollution；PH value；PC；WIFIT echnology

0 引言

近些年來(lái)，我國(guó)水資源嚴(yán)重不足，除了天然原因之外，再一個(gè)原因就是人為地破壞環(huán)境造成污染所致。對(duì)城市管道排水的管理是我國(guó)城市進(jìn)行現(xiàn)代化建設(shè)非常重要的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出基于WIFI監(jiān)測(cè)城市排水管道水質(zhì)PH值的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案對(duì)我國(guó)城市居民的生活產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。因?yàn)镻H值指示著污水的酸堿程度，其范圍為0～14。天然水的pH值一般在6.5至8.5之間。酸性水pH>8，堿性水pH<6，中性水pH為7。飲用水合適的pH范圍是7～8.5，極限范圍為6.5～9.2。污水中PH值大小對(duì)城市排水管道、水泵、閘閥和城市地面鐵蓋有一定的腐蝕作用[1]。太高或者太低的PH值，均可表明有工業(yè)廢水的進(jìn)入。例如污水中的硫化物會(huì)在酸性條件下，生成H2S氣體。高濃度時(shí)使操作工人頭痛、流涕、窒息甚至死亡。為此，發(fā)現(xiàn)PH降低必須加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，尋找污染源，采取對(duì)策[2、3、4]。

因此實(shí)時(shí)監(jiān)控城市管道排水質(zhì)PH值不僅能夠有效避免在城市當(dāng)中發(fā)生水災(zāi)，還能夠檢測(cè)城市水資源污染程度，及時(shí)對(duì)各種情況作出有效的處理措施，實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)使用，提高了水資源利用率。本系統(tǒng)就采集城市排水管道水質(zhì)作為標(biāo)本，用PH傳感器采集水質(zhì)中PH值數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

我國(guó)污水的排放，只要有居民生活污水、工業(yè)污水。居民生活污水的排放自從1999年后占主要地位，之后十幾來(lái)，居民污水在我國(guó)城市污水排放量中一直占據(jù)首要地位，并且逐年加重[1、2]。環(huán)境保護(hù)已經(jīng)慢慢得到國(guó)家的重視，目前我國(guó)已將環(huán)保作為國(guó)策來(lái)抓。我國(guó)水質(zhì)監(jiān)測(cè)行業(yè)起步較晚，在進(jìn)入21世紀(jì)之前，我國(guó)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器基本從國(guó)外進(jìn)口，隨著我國(guó)傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)研究出具有國(guó)際先進(jìn)水平的檢測(cè)水質(zhì)PH值的化學(xué)傳感器。水質(zhì)監(jiān)測(cè)是是預(yù)防和治理水體污染的基礎(chǔ)工作，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境和保障人民飲水安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。預(yù)計(jì)到2020年，隨著人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展，地球上的污水量將逐步增加。全球的生態(tài)學(xué)家，呼吁全世界聯(lián)合保護(hù)環(huán)境，保護(hù)人類(lèi)共同的家園。近年來(lái)，各國(guó)對(duì)河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作越來(lái)越重視。其中日本、蘇聯(lián)、美國(guó)在環(huán)境保護(hù)方面做得比較出色。日本與美國(guó)在實(shí)時(shí)監(jiān)控水污染方面做的比較完善。

2 檢測(cè)原理與方法

本課題研究的是用PH傳感器采集城市排水管道水質(zhì)的PH值，然后將采集到的信號(hào)傳輸給51單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再由單片機(jī)將數(shù)據(jù)傳送給WIFI模塊，最后通過(guò)WIFI信號(hào)將城市管道水質(zhì)的PH值參數(shù)傳送給PC機(jī)顯示PH值數(shù)據(jù)，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控水質(zhì)PH值的目的。一旦發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異常狀態(tài)便可以在PC機(jī)上顯示。系統(tǒng)工作原理圖如圖1所示。

近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展促使水質(zhì)污染物電子監(jiān)測(cè)技術(shù)的快速增長(zhǎng)。WIFI監(jiān)測(cè)水質(zhì)PH值系統(tǒng)包括PH傳感器采樣系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、信號(hào)控制處理系統(tǒng)、WiFi傳輸數(shù)據(jù)系統(tǒng)，這些分系統(tǒng)既各成體系，又相互協(xié)作，以完成整個(gè)WIFI監(jiān)控水質(zhì)PH值系統(tǒng)的連續(xù)可靠地運(yùn)行。endprint

為了有效實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)污染物，監(jiān)測(cè)水質(zhì)PH值參數(shù)狀態(tài)，進(jìn)一步提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)效率，有效推動(dòng)我國(guó)環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，本課題研究的是一個(gè)以WIFI傳輸數(shù)據(jù)到PC機(jī)，在PC機(jī)數(shù)據(jù)處理中心分析數(shù)據(jù)，判斷水質(zhì)PH值是否在正常的范圍。運(yùn)用系統(tǒng)自動(dòng)判斷、計(jì)算機(jī)在線顯示數(shù)據(jù)，組成一個(gè)從取樣、信息處理、數(shù)據(jù)處理到數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)和顯示的完整系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)PH值的在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

系統(tǒng)判斷的依據(jù)是清潔天然水的PH值為6.5～8.5，PH=7表示水是中性，酸性水pH>8，堿性水pH<6。PH值異常，表示水體受到污染。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用以下技術(shù)方案：

3.1 對(duì)水質(zhì)PH值的檢測(cè)采用PH值采集傳感器模塊（帶溫度補(bǔ)償）采集城市排水管道的生活或者工業(yè)排放污水。測(cè)量pH值常用的和準(zhǔn)確的方法是電極放于從城市管道采集的污水。測(cè)定時(shí)須用有準(zhǔn)確pH值的標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液作為對(duì)照，溫度對(duì)于pH值有一定的影響，因此本傳感器采集模塊具有溫度補(bǔ)償功能可以調(diào)整采集的水質(zhì)PH值參數(shù)。

3.2 微處理模塊是用AT89S51單片機(jī)作為控制系統(tǒng)。AT89S51單片機(jī)是AT公司生產(chǎn)，采用40腳封裝形式，低功耗，高性能8位單片機(jī)[6、9]。

3.3 WIFI模塊采用的是ESP8266 WIFI模塊。ESP8266通過(guò)uart傳到Host。ESP8266只負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)傳到目標(biāo)地址，不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[7、8]。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 PC機(jī)顯示PH值數(shù)據(jù)部分軟件利用JAVA語(yǔ)言編寫(xiě)的顯示界面。

4.2 微處理器端程序采用Keil uVision3作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，主要采用C語(yǔ)言編程完成編程工作有：信號(hào)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、信號(hào)處理及傳輸WIFI信號(hào)。

4.3 ESP8266 WIFI模塊需要在PC機(jī)安裝TCP調(diào)試工具，設(shè)置TCP參數(shù)。設(shè)置的TCP參數(shù)必須要與單片機(jī)代碼里的IP地址，端口號(hào)一致。當(dāng)TCP工具顯示連接WIFI信號(hào)成功后，PC機(jī)方可連接上WIFI模板的WIFI信號(hào)。

5 結(jié)論

水污染監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)參數(shù)通常有水溫、流速、流量、pH值、電導(dǎo)率、溶解氧、銨離子、氰離子、硝酸根、COD、TOC等。傳感器隨測(cè)試的參數(shù)不同而不同。傳感器部分主要完成數(shù)據(jù)采集、微處理模塊主要完成記錄、貯存等功能，WIFI模塊主要完成傳輸功能，PC機(jī)主要完成顯示功能。水污染監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)PH值。它一般安裝在人群生產(chǎn)、生活有重要影響的城市排水管道中，其運(yùn)轉(zhuǎn)和維護(hù)費(fèi)用亦較高。初期研究主要到城市各個(gè)生活小區(qū)，工業(yè)區(qū)地下排水出口處采集水質(zhì)標(biāo)本作為研究對(duì)象。通過(guò)本項(xiàng)目，學(xué)習(xí)了關(guān)于水質(zhì)污染物溶解于水中呈現(xiàn)的PH值信息，WIFI信號(hào)的傳輸，PC機(jī)端顯示界面的研發(fā)。

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