基于虛擬儀器的污水水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)

摘要：為了監(jiān)測生產(chǎn)和生活中的污水排放情況，通過對虛擬儀器的介紹，應用LaLbVIEW軟件穩(wěn)定快速地對污水的流量、液位、溫度、pH、BOD、COD、TOC、TOD、氨氮和總磷等各個參數(shù)進行基于無線網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)采集，然后在數(shù)據(jù)中心進行實時顯示和綜合分析，為污水水質(zhì)的在線監(jiān)測提供了一整套完整可靠的系統(tǒng)。經(jīng)測試，系統(tǒng)運轉(zhuǎn)良好，達到了預期效果。
關鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；污水水質(zhì)；在線監(jiān)測

水是人類生產(chǎn)生活中不可缺少的物質(zhì)資料，是寶貴的自然資源。在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)中扮演著重要角色。隨著人類社會的發(fā)展，對水資源的過度開采和使用，水污染問題越來越嚴重，已經(jīng)引起了各國的注意。為了掌握水體資源的變化程度，各國加強了對污水排放的處理和更加高標準的污水管理。隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，使得工業(yè)污染日益增加，水環(huán)境污染問題變得日益嚴重。近年來，我國水環(huán)境質(zhì)量雖有所改善，但環(huán)境污染仍處于相當高的水平。隨著水環(huán)境污染的加劇，對水環(huán)境質(zhì)量及變化趨勢進行大量實時、準確地監(jiān)測是當前水處理工作面臨的難題和新的挑戰(zhàn)。
由于較高要求的污水排放標準，就需要對污水水質(zhì)進行實時的精密監(jiān)測。以前靠人工的方法來監(jiān)測，這種方式需要的人力資源很大，并且監(jiān)測時間長，誤差大，由于不同技術員監(jiān)測數(shù)據(jù)，主觀因素比較強，穩(wěn)定性差，可靠性低，已遠遠不能滿足人們的要求。本文利用虛擬儀器技術設計了一個新型的污水在線實時監(jiān)測系統(tǒng)，可以通過無線技術把遠處的傳感器數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心，然后再進行綜合分析，得出科學、實時的水質(zhì)信息，為污水治理、環(huán)境監(jiān)測起到了極大的推動作用。

1 虛擬儀器簡介
虛擬儀器充分利用計算機快速運算、方便存儲、形象顯示及靈活多樣的特點，把計算機作為儀器的基本硬件平臺，把傳統(tǒng)儀器的專用功能和硬件功能軟件化，使傳感器與計算機結合起來，形成新型儀器。這兩者融為一體，構成了一臺儀器，功能與傳統(tǒng)硬件儀器相近，甚至更加強大，性能更加穩(wěn)定。
虛擬儀器由美國國家儀器公司提出，經(jīng)過多少年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)相當成熟。它除了能完成傳統(tǒng)儀器的所有功能外，還能完成更加強大的功能擴展。把以前由廠家決定的儀器功能轉(zhuǎn)變?yōu)樽層脩糇约哼x擇和決定儀器功能。同時儀器使用的范圍和使用更加靈活，可以同時按用戶要求和使用環(huán)境修改。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)
污水的在線監(jiān)測項目主要包括流量、液位、溫度、pH、BOD5、COD、TOC、TOD、氨氮和總磷等。對于這些量的監(jiān)測，環(huán)境比較復雜，不可能在靠近中控室附近．所以本文中應用了無線數(shù)據(jù)傳輸技術，把傳感器測量到的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡傳輸，送到數(shù)據(jù)中心進行集中處理，方便了數(shù)據(jù)綜合分析，可以靈活的安裝傳感器，不再受位置影響。
這里應用的無線網(wǎng)絡模塊是X124L01，此無線網(wǎng)絡模塊可以支持2 M的數(shù)據(jù)量，能夠很好的解決大數(shù)據(jù)量的問題。通過無線網(wǎng)絡獲取數(shù)據(jù)后，在調(diào)理板進行數(shù)據(jù)的調(diào)理及轉(zhuǎn)換。然后通過USB數(shù)據(jù)采集卡送到計算機，如圖1所示。

3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)
3．1 軟件系統(tǒng)結構
系統(tǒng)主要具有以下6個功能：
1)基本信息管理功能管理用戶的權限內(nèi)容，以及用戶自身的個人信息，如密碼和中文名的修改，同時可以管理個人的收藏夾，對于重要的數(shù)據(jù)報表能夠生成一份自己的存檔。
2)遠程監(jiān)測功能 遠程傳輸現(xiàn)場的實時場景，監(jiān)測現(xiàn)場儀器的運行狀態(tài)，并且保存運行狀態(tài)記錄。
3)數(shù)據(jù)存儲、查詢、發(fā)布和統(tǒng)計功能采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理后存儲到本地數(shù)據(jù)庫，可以實現(xiàn)全部數(shù)據(jù)查詢、按時間查詢以及按數(shù)字量查詢的查詢功能，并對數(shù)據(jù)記錄進行添加、修改和刪除，還可生成報表。
4)超限報警功能通過設置各參數(shù)儀表量程和超標界限能夠提供多樣化、靈活的報警功能，當檢測到參數(shù)值超限時報警燈點亮，可以保障現(xiàn)場設備安全穩(wěn)定的運行。
5)小波濾波功能可以消除在數(shù)據(jù)采集過程中真實信號受到干擾噪聲的影響，保證數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度。
6)智能決策功能能夠通過對輸入的大量數(shù)據(jù)進行邏輯分析，并且與經(jīng)驗知識庫中的數(shù)據(jù)進行匹配，利用當前的數(shù)據(jù)對未來的發(fā)展趨勢做預測，這種預測是建立在對數(shù)據(jù)的綜合分析以及大量實際經(jīng)驗的基礎上，具備一定的準確度，能夠為最終決策提供意義重大的指導作用。