虚拟仪器技术化工企业排放废水质量在线监测系统软件设计(附件)
本文主要介绍了无线传感器节点和GPRS无线传输数据的实现，基于虚拟仪器技术化工企业废水质量的检测，传感器节点采用温度传感器、PH传感器、溶解氧传感器和浊度传感器，通过GPRS模块向云端发送测量到的废水中的温度、PH、溶解氧、浊度等参数，上位机LabVIEW则调取云端数据进行处理并采取相应的控制，从而达到远程实时监测和控制的功能。本设计主要应用于企业废水质量参数监测，对监测的数据进行相应处理并建立温度、浊度、溶解氧、PH的数据库信息。同时设定温度、浊度、溶解氧、PH的参数阈值，当采集到的参数超过所设定的阈值范围时，上位机监测界面就会及时报警提醒相关工作人员。该系统传感器节点可以进行拓展，上位机用户可以随时对系统软件进行修改以满足新的需求，更新速度快、开发和维护费用低,具备极高的社会效益和经济效益，有非常高的推广实用价值。关键词：实时监测,传感器节点,GPRS, LabVIEW, 上位机 目 录
1、绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2本课题的主要工作及要求 1
2 总体方案设计 2
2．1 检测原理 2
2．2 系统网络结构图 2
2．3 无线传感器网络节点 2
2．4 采集模块 3
2.4.1 温度传感器 3
2.4.2浊度传感器 4
2.4.3 PH传感器 4
2.4.4溶解氧传感器 5
2.5 Arduino开发板 5
2.6无线传输模块 7
3.系统的软件设计 8
3.1总体流程图 8
3.2节点软件设计 9
3.2.1总体设计流程 9
3.2.2数字信号软件设计 10
3.2.3模拟信号软件设计 13
3.2.4节点程序 13
3.3网络云平台 19
3.4 上位机软件设计 21
3.4.1上位机流程图 22
3.4.2上位机主界面 23
3.4.3上位机监测界面 24
3.4.4历史数据的查询 26
3.4.5 数据输出 27
4、传
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3.2.3模拟信号软件设计 13
3.2.4节点程序 13
3.3网络云平台 19
3.4 上位机软件设计 21
3.4.1上位机流程图 22
3.4.2上位机主界面 23
3.4.3上位机监测界面 24
3.4.4历史数据的查询 26
3.4.5 数据输出 27
4、传感器参数 28
4.1温度传感器标定 28
4.2溶解氧传感器标定 29
4.3 PH传感器标定 30
4.4浊度传感器标定 30
5、软件调试 31
结 论 35
致 谢 36
参 考 文 献 37
1、绪论
目前，环境问题是影响世界各国可持续发展的一个重要因素，水环境的污染日益严重，不仅严重影响人们的健康，还加速了水资源的短缺。众所周知，中国的水资源非常的缺乏，是世界13个缺水国家之一。
生命最初诞生于水中。水是生命的物质基础。水不仅是维持生命所不可缺少的，也是我们在生活中所不可或缺的物质。但是，随着人类经济活动加剧，工业生产，化工企业的发展，社会经济的繁荣，在消耗了大量能源的同时，将大量的工业废水和城市生活污水不经处理排入水中，水污染日益严重。水污染对水体周围的环境和各种微生物等都存在非常大的危害。久而久之，也会威胁到人类的安全与健康。所以，我们必须要重视水环境污染。
1.1课题研究的背景及意义
传统的环境水质监测工作主要都是以人工现场采样、实验室仪器分析为主。虽然在实验室中分析手段完备，但实验室监测存在不能及时反映污染变化状况、采样误差大、监测频次低、监测数据分散等缺陷，难以满足人们有效的进行水环境管理的需求。而实现了废水质量的在线监测，只需经过几分钟的数据采集，水源地的水质信息就可发送到环境分析中心的服务器中。只要观察到有某种污染物的浓度发生了异常的变化，环境监管部门就可以立刻采取相应的措施，取样具体分析，可快速而准确地获得水质监测数据
1.2本课题的主要工作及要求
本课题是以云服务为平台，利用GPRS技术、虚拟机技术，设计一种集监测、显示与报警为一体的远程实时监测系统。其主要内容有以下几个方面。
（1）深入化工企业对工业废水进行研究，了解工业废水主要的污染成分，选择各类合适传感器类型；
（2）构建无线传感器网络。在化工企业废水排放口以及相关区域布置无线传感器节点，节点监测数据通过设置在监测区域内的GPRS模块，将监测数据定时传至云服务平台，最后在上位机中实时显示与监测，并将数据存入到数据库；
（3）如果监测节点上传的数据超过规定的标准值时，上位机会发出报警并显示废水具体的排放情况。云服务器也会触发报警机制，进行简单的报警，提醒管理人员及时查找和分析原因，从而采取相应控制措施。
2 总体方案设计
2．1 检测原理
本课题采用了单片机技术、无线网络传输技术、传感器技术和集成技术，对水环境进行实时监测温度、氧含量和PH值参数变化等信息，通过传感器感测信号，通过数据打包发送到上位机，并在上位机监测界面上显示实时数据。
2．2 系统网络结构图
本系统主要由无线传感器网络节点（负责采集节点周围水域温度、溶解氧浓度、PH、浊度等数据）、网络云平台和上位机监测中心（对上传的数据进行数据融合并直观显示数据）等几部分组成。无线传感器节点安装在企业废水排放池，对池中的废水实现PH、温度、浊度、溶解氧进行检测，将得到的参数经无线传感网络传输到网络云平台，然后上位机调用网路云平台数据，对数据进行分析、处理、超限报警和控制，因此系统的设计较为简单明了，化工企业废水质量远程监测网络结构如图1所示。
图1 化工企业废水质量远程监测网络结构
2.3 无线传感器网络节点
无线传感器网络节点需要完成信息采集和数据传递的功能，节点在结构上可分为五个模块：电源模块、控制报警模块、数据采集模块（传感器数据采集）、数据处理模块（单片机处理系统）和无线传输模块（SIM808无线传输系统）。
本设计采用AVR单片机Atmega328p的Arduino开发板作为微处理器，传感器分别采用DS18B20温度传感器、浊度传感器、PH传感器、溶解氧传感器检测温度、浊度PH和溶解氧，无线传输模块采用SIM808开发板作为与云平台实现数据传输。无线传感器节点如图2所示。
图2 无线传感器节点
2．4 采集模块
2.4.1 温度传感器
DS18B20是最常用的一种温度传感器，它具有抗干扰能力强、体积小、硬件开销低、精度高、数字信号输出等特点。DS18B20采用的是一线通信接口，通信时只要接一条口线就可以通信多个点的能力，不同于之前的分布式传感器需要多点接口，应用时不需要接外部的元件，可以直接用数据总线供电，电压的范围为3.0 V到5.5 V，测量的温度最低为-55 ℃最高为+125 ℃ 。用DS18B20进行温度测量之前，必须要先完成ROM的设定，否则记忆功能和控制功能就没法使用。首先提供以下功能命令：读ROM、ROM匹配、搜
1、绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2本课题的主要工作及要求 1
2 总体方案设计 2
2．1 检测原理 2
2．2 系统网络结构图 2
2．3 无线传感器网络节点 2
2．4 采集模块 3
2.4.1 温度传感器 3
2.4.2浊度传感器 4
2.4.3 PH传感器 4
2.4.4溶解氧传感器 5
2.5 Arduino开发板 5
2.6无线传输模块 7
3.系统的软件设计 8
3.1总体流程图 8
3.2节点软件设计 9
3.2.1总体设计流程 9
3.2.2数字信号软件设计 10
3.2.3模拟信号软件设计 13
3.2.4节点程序 13
3.3网络云平台 19
3.4 上位机软件设计 21
3.4.1上位机流程图 22
3.4.2上位机主界面 23
3.4.3上位机监测界面 24
3.4.4历史数据的查询 26
3.4.5 数据输出 27
4、传
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
3.2.3模拟信号软件设计 13
3.2.4节点程序 13
3.3网络云平台 19
3.4 上位机软件设计 21
3.4.1上位机流程图 22
3.4.2上位机主界面 23
3.4.3上位机监测界面 24
3.4.4历史数据的查询 26
3.4.5 数据输出 27
4、传感器参数 28
4.1温度传感器标定 28
4.2溶解氧传感器标定 29
4.3 PH传感器标定 30
4.4浊度传感器标定 30
5、软件调试 31
结 论 35
致 谢 36
参 考 文 献 37
1、绪论
目前，环境问题是影响世界各国可持续发展的一个重要因素，水环境的污染日益严重，不仅严重影响人们的健康，还加速了水资源的短缺。众所周知，中国的水资源非常的缺乏，是世界13个缺水国家之一。
生命最初诞生于水中。水是生命的物质基础。水不仅是维持生命所不可缺少的，也是我们在生活中所不可或缺的物质。但是，随着人类经济活动加剧，工业生产，化工企业的发展，社会经济的繁荣，在消耗了大量能源的同时，将大量的工业废水和城市生活污水不经处理排入水中，水污染日益严重。水污染对水体周围的环境和各种微生物等都存在非常大的危害。久而久之，也会威胁到人类的安全与健康。所以，我们必须要重视水环境污染。
1.1课题研究的背景及意义
传统的环境水质监测工作主要都是以人工现场采样、实验室仪器分析为主。虽然在实验室中分析手段完备，但实验室监测存在不能及时反映污染变化状况、采样误差大、监测频次低、监测数据分散等缺陷，难以满足人们有效的进行水环境管理的需求。而实现了废水质量的在线监测，只需经过几分钟的数据采集，水源地的水质信息就可发送到环境分析中心的服务器中。只要观察到有某种污染物的浓度发生了异常的变化，环境监管部门就可以立刻采取相应的措施，取样具体分析，可快速而准确地获得水质监测数据
1.2本课题的主要工作及要求
本课题是以云服务为平台，利用GPRS技术、虚拟机技术，设计一种集监测、显示与报警为一体的远程实时监测系统。其主要内容有以下几个方面。
（1）深入化工企业对工业废水进行研究，了解工业废水主要的污染成分，选择各类合适传感器类型；
（2）构建无线传感器网络。在化工企业废水排放口以及相关区域布置无线传感器节点，节点监测数据通过设置在监测区域内的GPRS模块，将监测数据定时传至云服务平台，最后在上位机中实时显示与监测，并将数据存入到数据库；
（3）如果监测节点上传的数据超过规定的标准值时，上位机会发出报警并显示废水具体的排放情况。云服务器也会触发报警机制，进行简单的报警，提醒管理人员及时查找和分析原因，从而采取相应控制措施。
2 总体方案设计
2．1 检测原理
本课题采用了单片机技术、无线网络传输技术、传感器技术和集成技术，对水环境进行实时监测温度、氧含量和PH值参数变化等信息，通过传感器感测信号，通过数据打包发送到上位机，并在上位机监测界面上显示实时数据。
2．2 系统网络结构图
本系统主要由无线传感器网络节点（负责采集节点周围水域温度、溶解氧浓度、PH、浊度等数据）、网络云平台和上位机监测中心（对上传的数据进行数据融合并直观显示数据）等几部分组成。无线传感器节点安装在企业废水排放池，对池中的废水实现PH、温度、浊度、溶解氧进行检测，将得到的参数经无线传感网络传输到网络云平台，然后上位机调用网路云平台数据，对数据进行分析、处理、超限报警和控制，因此系统的设计较为简单明了，化工企业废水质量远程监测网络结构如图1所示。
图1 化工企业废水质量远程监测网络结构
2.3 无线传感器网络节点
无线传感器网络节点需要完成信息采集和数据传递的功能，节点在结构上可分为五个模块：电源模块、控制报警模块、数据采集模块（传感器数据采集）、数据处理模块（单片机处理系统）和无线传输模块（SIM808无线传输系统）。
本设计采用AVR单片机Atmega328p的Arduino开发板作为微处理器，传感器分别采用DS18B20温度传感器、浊度传感器、PH传感器、溶解氧传感器检测温度、浊度PH和溶解氧，无线传输模块采用SIM808开发板作为与云平台实现数据传输。无线传感器节点如图2所示。
图2 无线传感器节点
2．4 采集模块
2.4.1 温度传感器
DS18B20是最常用的一种温度传感器，它具有抗干扰能力强、体积小、硬件开销低、精度高、数字信号输出等特点。DS18B20采用的是一线通信接口，通信时只要接一条口线就可以通信多个点的能力，不同于之前的分布式传感器需要多点接口，应用时不需要接外部的元件，可以直接用数据总线供电，电压的范围为3.0 V到5.5 V，测量的温度最低为-55 ℃最高为+125 ℃ 。用DS18B20进行温度测量之前，必须要先完成ROM的设定，否则记忆功能和控制功能就没法使用。首先提供以下功能命令：读ROM、ROM匹配、搜
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