城镇饮用水源安全监测水质参数检测系统软件设计
随着我国城镇一体化进程的加快，城镇人口的剧增以及城镇工业化进程的加快，污染控制工程的滞后，全国各地的饮用水源也受到了不同程度的污染，水体的污染状况已成为人们的焦点。本设计主要研究一款便携式、低成本、多参数的水质分析系统。整个系统主要包括下位机和上位机监控软件设计。下位机主要对水体的温度、浊度、电导率、PH进行测量，利用微处理器与多参数测量电路连接，采用不同的方式实现信号的采集与处理。PC机采用RS232通信实现对数据的实时监控，通过可视化界面显示出来，并按时存储且可以随时查询。关键词 污染、温度、PH、浊度、电导率、监控、存储、查询
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外水质检测现状 1
1.3 研究目标及内容 2
2 系统总体设计 2
2.1 测量原理 2
2.2 系统方案设计 6
2.3 系统工作流程 9
3 下位机软件设计 9
3.1 Keil5 MDKARM 集成开发环境 10
3.2 系统准备工作 11
3.3 人机交互软件设计 11
3.4 传感器软件设计 14
3.5 系统通信软件设计 17
4 上位机软件设计 19
4.1 QT Creator集成开发环境 19
4.2 上位机可视化界面设计 20
4.3 数据库的设计与应用 23
5 系统调试 24
5.1 数据采样调试 25
5.2 串口通信调试 25
5.3 数据库调试 26
5.4 EXCEL表格导出调试 27
5.5 系统联调 28
结 论 29
致 谢 30
参 考 文 献 31
附录A 水质检测系统硬件电路 32
附录B 下位机部分代码 38
附录C 上位机部分代码 39
1 引言
1.1 研究背景
城镇饮用水源对居民的身体健康有着至关 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
重要的作用，一旦水质参数超过国家安全标准，就会对人体健康产生直接的危害。如果水中的PH(酸碱度)超标，会影响到人体的酸碱平衡，长期的饮用PH值超标的水更会造成人体免疫力下降，诱发多种免疫类疾病；而饮用水的浊度不达标，说明水中的固体悬浮颗粒物较多，细菌就不容易被水质净化器杀死，如果颗粒物含有大量的重金属，那么可能会引起慢性或者急性中毒；饮用水源的电导率越高说明水里含有的可溶性导电杂质越多。所以水质超标极有可能导致城镇居民的大面积疾病爆发。
随着全国各地的生活质量的提升，人们对饮用水的安全也愈发重视，所以地方性水质检测的标准也在不断地提升，水质的高标准、严要求对我国水质检测的能力和技术水平提出了更大的挑战。水质监测系统大多由很多大型仪器设备组成，而且价格也相当之高。一旦出现问题，往往需要浪费大量的时间和金钱。可能一线城市的水质监测中心还可以应对设备昂贵而导致经费紧张的问题，但是大多数二三线城市往往因为经费问题而难以购买先进的水质分析设备。如果没有先进的仪器设备，就无法做到高精度，高效率的测量，水质测量参数就不能作为水质监测的标准，水质是否符合国家标准就难以掌控。因此国家需要加大财政投入，不断加大仪器设备的更新换代的脚步，尽可能地降低仪器的生产费用，有效调整仪器设备的价格[2]。
1.2 国内外水质检测现状
作为城镇居民饮用的自来水，一直存在水体污染和管网污染等难以解决的问题，如果需要饮用上安全卫生的水，则必须对水质检测现状进行详细的分析。目前我国城镇水质检测主要存在的问题有：
水质监测地点分布不均
政府部门监管方面投入不足
水质监测技术研究比较晚
水质参数分析十分单一
测量的数据无法长期保存
而国外与国内恰恰相反，以欧美为例，水质监测系统地点分布几乎已经遍布全国，水质监测技术研究也相对较早，所以设备也相比国内较先进。
1.3 研究目标及内容
本课题的研究目标是设计一款便携式多参数水质监测系统。它可以测量水的温度、PH、浊度、电导率等参数，可以满足人们日常生活中对水质检测的需求，并可以有选择性的通过上位机实时监控水质参数数据、存储数据、查询数据。本设计在参考现有的单参数水质检测系统的基础上，改善了单参数测量的缺陷，大幅度降低了系统设计的成本。
本课题实现的系统主要功能如下：
下位机温度、PH、电导率、浊度模块软件设计
下位机人机交互软件设计
下位机滤波器软件设计
上位机监控软件设计
进行综合调试，实现预期功能
2 系统总体设计
本章主要介绍系统的测量原理、实施方案及工作流程。根据本课题研究的目标和内容，确定系统的实施方案。本系统下位机使用多个传感器，实现了预期多参数测量方案，并用上位机系统对测量的参数进行实时监控，通过可视化界面显示出来。
2.1 测量原理
2.1.1 水温测量原理
电阻式温度传感器是一种物质材料做成的电阻，它的温度值与电阻值呈线性关系，如果温度发生变化，那么它的电阻也会发生变化。如果电阻随着温度的上升而增大那么这个传感器就是正电阻系数，如果电阻随着温度的上升而减小那就称为负电阻系数。电阻式温度传感器的外壳大部分都是用金属制成的，所以一般不会受到外界环境的影响(腐蚀，挤压变形，破裂)。
PT100是正电阻系数温度传感器的一种，它采用基准铂电阻温度计作为标准器，其电阻和温度之间的关系如下：
(2.1)
式中R为实际电阻值，为0℃标准电阻值，α为正电阻系数，T为绝对温度。
2.1.2 PH测量原理
水的PH值取决于水中的氢离子浓度，氢离子浓度越大，PH越小，浓度越小，PH越大，应用PH复合电极中的玻璃电极和待测水体组成原电池输出电动势，得到被测水体的氢离子活度。
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外水质检测现状 1
1.3 研究目标及内容 2
2 系统总体设计 2
2.1 测量原理 2
2.2 系统方案设计 6
2.3 系统工作流程 9
3 下位机软件设计 9
3.1 Keil5 MDKARM 集成开发环境 10
3.2 系统准备工作 11
3.3 人机交互软件设计 11
3.4 传感器软件设计 14
3.5 系统通信软件设计 17
4 上位机软件设计 19
4.1 QT Creator集成开发环境 19
4.2 上位机可视化界面设计 20
4.3 数据库的设计与应用 23
5 系统调试 24
5.1 数据采样调试 25
5.2 串口通信调试 25
5.3 数据库调试 26
5.4 EXCEL表格导出调试 27
5.5 系统联调 28
结 论 29
致 谢 30
参 考 文 献 31
附录A 水质检测系统硬件电路 32
附录B 下位机部分代码 38
附录C 上位机部分代码 39
1 引言
1.1 研究背景
城镇饮用水源对居民的身体健康有着至关 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
重要的作用，一旦水质参数超过国家安全标准，就会对人体健康产生直接的危害。如果水中的PH(酸碱度)超标，会影响到人体的酸碱平衡，长期的饮用PH值超标的水更会造成人体免疫力下降，诱发多种免疫类疾病；而饮用水的浊度不达标，说明水中的固体悬浮颗粒物较多，细菌就不容易被水质净化器杀死，如果颗粒物含有大量的重金属，那么可能会引起慢性或者急性中毒；饮用水源的电导率越高说明水里含有的可溶性导电杂质越多。所以水质超标极有可能导致城镇居民的大面积疾病爆发。
随着全国各地的生活质量的提升，人们对饮用水的安全也愈发重视，所以地方性水质检测的标准也在不断地提升，水质的高标准、严要求对我国水质检测的能力和技术水平提出了更大的挑战。水质监测系统大多由很多大型仪器设备组成，而且价格也相当之高。一旦出现问题，往往需要浪费大量的时间和金钱。可能一线城市的水质监测中心还可以应对设备昂贵而导致经费紧张的问题，但是大多数二三线城市往往因为经费问题而难以购买先进的水质分析设备。如果没有先进的仪器设备，就无法做到高精度，高效率的测量，水质测量参数就不能作为水质监测的标准，水质是否符合国家标准就难以掌控。因此国家需要加大财政投入，不断加大仪器设备的更新换代的脚步，尽可能地降低仪器的生产费用，有效调整仪器设备的价格[2]。
1.2 国内外水质检测现状
作为城镇居民饮用的自来水，一直存在水体污染和管网污染等难以解决的问题，如果需要饮用上安全卫生的水，则必须对水质检测现状进行详细的分析。目前我国城镇水质检测主要存在的问题有：
水质监测地点分布不均
政府部门监管方面投入不足
水质监测技术研究比较晚
水质参数分析十分单一
测量的数据无法长期保存
而国外与国内恰恰相反，以欧美为例，水质监测系统地点分布几乎已经遍布全国，水质监测技术研究也相对较早，所以设备也相比国内较先进。
1.3 研究目标及内容
本课题的研究目标是设计一款便携式多参数水质监测系统。它可以测量水的温度、PH、浊度、电导率等参数，可以满足人们日常生活中对水质检测的需求，并可以有选择性的通过上位机实时监控水质参数数据、存储数据、查询数据。本设计在参考现有的单参数水质检测系统的基础上，改善了单参数测量的缺陷，大幅度降低了系统设计的成本。
本课题实现的系统主要功能如下：
下位机温度、PH、电导率、浊度模块软件设计
下位机人机交互软件设计
下位机滤波器软件设计
上位机监控软件设计
进行综合调试，实现预期功能
2 系统总体设计
本章主要介绍系统的测量原理、实施方案及工作流程。根据本课题研究的目标和内容，确定系统的实施方案。本系统下位机使用多个传感器，实现了预期多参数测量方案，并用上位机系统对测量的参数进行实时监控，通过可视化界面显示出来。
2.1 测量原理
2.1.1 水温测量原理
电阻式温度传感器是一种物质材料做成的电阻，它的温度值与电阻值呈线性关系，如果温度发生变化，那么它的电阻也会发生变化。如果电阻随着温度的上升而增大那么这个传感器就是正电阻系数，如果电阻随着温度的上升而减小那就称为负电阻系数。电阻式温度传感器的外壳大部分都是用金属制成的，所以一般不会受到外界环境的影响(腐蚀，挤压变形，破裂)。
PT100是正电阻系数温度传感器的一种，它采用基准铂电阻温度计作为标准器，其电阻和温度之间的关系如下：
(2.1)
式中R为实际电阻值，为0℃标准电阻值，α为正电阻系数，T为绝对温度。
2.1.2 PH测量原理
水的PH值取决于水中的氢离子浓度，氢离子浓度越大，PH越小，浓度越小，PH越大，应用PH复合电极中的玻璃电极和待测水体组成原电池输出电动势，得到被测水体的氢离子活度。
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