水质监测管理系统开发
摘 要 随着环境问题的日益严峻，尤其是与生活息息相关的水质问题，需实时监测水源水质标准，从而及时防治水污染、保护地表水水质、保障人体健康，维护良好的生态系统。本文介绍了基于昆仑通态组态软件系统MCGS，针对多种传感器采集数据、ZigBee接收的硬件部分设计软件开发方案，监控中心的PC机通过RS232接收数据，用MCGS组态软件实现人机交互界面，并进行数据处理。为保证及时获取报警信息，采取GSM通信系统发送报警短信，通过串口写入AT指令与短信猫通信，实现定时短信通知相关人员水质情况，构建了具有实时采集、实时监测、短信报警等功能和易操作、易维护、适用范围广等特点的水质监测管理系统，可在少人或无人值守岗位进行自动化监控，具有很强的实用性。
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第1章 绪论 1
1.1 背景及现状 1
1.2 任务目标 2
1.3 系统构成 2
1.3.1 MCGS组态软件 2
1.3.2 串口通信驱动程序开发 3
1.3.3 短信报警 4
第2章 MCGS组态软件设计 5
2.1 总体设计 5
2.2 构建实时数据库 6
2.3 用户界面设计 7
2.4 运行策略 8
2.5 设备窗口 10
2.6 主控窗口 11
第3章 串口设备驱动开发 13
3.1 接口属性 13
3.2 数据接收部分 14
3.2.1 接收程序总体设计 14
3.2.2 添加设备通道 14
3.2.3 编写接收程序 18
3.3 短信猫部分 20
3.3.1 串口写程序总体设计 21
3.3.2 添加设备通道 22
3.3.3 短信猫编码 23
3.3.4 编写串口写程序 25
第4章 运行和调试 27
4.1 数据接收 27
4.2 发送报警短信 29
第5章 总结和展望 31
5.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
1 总结 31
5.2 前景展望 32
参考文献 33
致 谢 35
附 录 36
外文文献翻译 36
第1章 绪论
1.1 背景及现状
我国是一个水资源分布极不均匀、人均水资源拥有量仅为世界水平的1/4的国家，很多城市缺乏足够的水源供应，出现缺水停水的情况。另外，随着社会经济和城市用水量的持续增长，废水排入河流和污水湖泊的数量也越来越多。增加水的污染，水资源已现状更为严重短缺已严重制约了中国经济的发展。因此，在水资源短缺的情况下，我国必须要建立完整的水质监测系统体系保证水源的水质良好。
当20世纪中叶，欧美一些国家一直在关注水资源的污染，并相继推出了研究。美国环境保护局于1964年开发的信息斯道说服力的是水的第一次大规模的系统（水环境信息管理系统）的国际环境管理，简称WEMIS。在同一时期，英国制定了文件系统的质量（WAPZ），国家水加拿大（NAQUADAT）的数据库，也是水环境管理信息非常成功的系统。到了20世纪70年代末，几乎所有的发达国家提供为完成水资源管理监测系统和水质管理的支持，在研究这一时期水资源管理在中国的信息系统才刚刚开始。近几年来，我国对水资源问题加大了重视程度，2002年4月28日国家环保总局发布《地表水环境质量标准》，明确规定了我国I类、II类、III类、IV类、V类水质标准，同时，在水资源信息管理方面也取得了很多成果，例如我国几大流域部门相继提出并积极落实的“数字黄河”、“数字长江”等项目，是中国水资源现代化建设的重要组成部分。
目前解决水资源问题的方式之一就是建立水质监测管理系统，它是水资源信息工程中不可缺少的一环。由于水源水质变动很快，水质的突变会影响到整个供水系统的稳定，如果不能及时报警并采取相关措施，就难以保证水源的质量，所以传统的人工定时、定点取样采集测定的水质监测手段已经无法满足水质预警和动态监测的要求。近年来，随着仪表、仪器、自动化技术和通讯技术的发展，更多的远程监测技术和仪表用在水源水质的监测上，因此，利用PH、溶氧量、氨氮等传感器对水质相应参数进行实时采集，开发上位机系统实现接收采集数据、自动监测、数据处理、短信预警等功能，就能对水源水质进行有效、实时的监控和分析，保证水质稳定。
1.2 任务目标
本系统采用水质PH、溶氧量、氨氮、金属等传感器分别对水质参数PH、溶氧量、氨氮、金属等进行实时的监测采集，通过多个触感器节点组建ZigBee网络，并把水质参数值发送到路由节点上，通过RS232与3G模块相连，路由节点接收到数据后根据监控中心PC机上的IP地址和端口号传到PC机上。监控中心有监控计算机装置一套，负责无限传输数据的接收与处理，为此，需要开发一套适用的且针对性强的管理软件，该软件可实时记录下采集数据，同时将数据存入数据库，并绘制曲线图、打印报表，便于对采集数据的查询统计。当数据显示是IV类或者V类水时报警灯会亮变颜色以此来告知工作人员及时对水进行处理。设计短信猫，能够定期短信告知相关人员水质情况。
1.3 系统构成
根据任务要求，本系统可分为三大部分，第一部分是上位机软件设计：实现实时数据和历史数据的处理，实现报警等功能；第二部分是由硬件接收采集数据：将传感器发送至ZigBee模块的数据实时采集并进行相应处理；第三部分是发送短信：将处理后的数据发送至短信猫硬件，根据判断程序来发送定时短信以及报警短信。
1.3.1 MCGS组态软件
MCGS是一款用于计算机监控工业过程的组态软件，能够迅速建立一个实时监测以及控制流程的平台，可以通过上位机组态软件来解决一些实际的工业需求。例如监测数据的实时采集、显示和处理，报警功能，绘制曲线和报表，存盘数据浏览等功能。并具备与多种硬件配套的通信协议和相应的读写程序结构。MCGS操作简单，能见度极佳，可维护性，高可靠性，高性能的特点，并支持多种设备的国内和国际的数据收集，广泛应用于石油，电力，钢铁，机械，纺织，航空航天，建筑，交通运输，通讯，制造业和水处理，环保，实验室等工程领域。
图1.1 MCGS整体结构图
如图1.1，MCGS组态软件由“运行环境”和“组态环境”两个部分构成。相互独立的两部分，并密切相关。用户设备连接到的环境配置，设计动画，工作控制处理中，写入语句之后，产生一个扩展.mcg项目文件，也被称为数据库配置的结果，和操作环境构成MCGS用户的应用程序，统称为“项目”。 MCGS运行环境是操作系统的用户执行支持McgsRun.exe的运行环境，将其存储在目录程序MCGS子目录中，控制工程的运作是完全运行时的环境。
通过主窗口，用户窗口，运行策略，设备窗口和实时数据五个部分创造MCGS组态软件项目，单独配置的每个部分，做不同的事情，有不同的特点。
1.3.2 串口通信驱动程序开发
为了使系统具备接受数据、短信报警的功能，上位机开发软件需要通过RS232串口与数据发送模块以及GSM短信猫进行通信，而MCGS组态软件具有一种使用MCGS程序语言或VB语言编写的设备驱动程序，即MCGS驱动程序开发工具，该开发工具给用户提供一种与传统MCGS组态软件中驱动程序兼容的、具有不复杂的开发驱动的特点。它提供以下几种功能：
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摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第1章 绪论 1
1.1 背景及现状 1
1.2 任务目标 2
1.3 系统构成 2
1.3.1 MCGS组态软件 2
1.3.2 串口通信驱动程序开发 3
1.3.3 短信报警 4
第2章 MCGS组态软件设计 5
2.1 总体设计 5
2.2 构建实时数据库 6
2.3 用户界面设计 7
2.4 运行策略 8
2.5 设备窗口 10
2.6 主控窗口 11
第3章 串口设备驱动开发 13
3.1 接口属性 13
3.2 数据接收部分 14
3.2.1 接收程序总体设计 14
3.2.2 添加设备通道 14
3.2.3 编写接收程序 18
3.3 短信猫部分 20
3.3.1 串口写程序总体设计 21
3.3.2 添加设备通道 22
3.3.3 短信猫编码 23
3.3.4 编写串口写程序 25
第4章 运行和调试 27
4.1 数据接收 27
4.2 发送报警短信 29
第5章 总结和展望 31
5.
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
1 总结 31
5.2 前景展望 32
参考文献 33
致 谢 35
附 录 36
外文文献翻译 36
第1章 绪论
1.1 背景及现状
我国是一个水资源分布极不均匀、人均水资源拥有量仅为世界水平的1/4的国家，很多城市缺乏足够的水源供应，出现缺水停水的情况。另外，随着社会经济和城市用水量的持续增长，废水排入河流和污水湖泊的数量也越来越多。增加水的污染，水资源已现状更为严重短缺已严重制约了中国经济的发展。因此，在水资源短缺的情况下，我国必须要建立完整的水质监测系统体系保证水源的水质良好。
当20世纪中叶，欧美一些国家一直在关注水资源的污染，并相继推出了研究。美国环境保护局于1964年开发的信息斯道说服力的是水的第一次大规模的系统（水环境信息管理系统）的国际环境管理，简称WEMIS。在同一时期，英国制定了文件系统的质量（WAPZ），国家水加拿大（NAQUADAT）的数据库，也是水环境管理信息非常成功的系统。到了20世纪70年代末，几乎所有的发达国家提供为完成水资源管理监测系统和水质管理的支持，在研究这一时期水资源管理在中国的信息系统才刚刚开始。近几年来，我国对水资源问题加大了重视程度，2002年4月28日国家环保总局发布《地表水环境质量标准》，明确规定了我国I类、II类、III类、IV类、V类水质标准，同时，在水资源信息管理方面也取得了很多成果，例如我国几大流域部门相继提出并积极落实的“数字黄河”、“数字长江”等项目，是中国水资源现代化建设的重要组成部分。
目前解决水资源问题的方式之一就是建立水质监测管理系统，它是水资源信息工程中不可缺少的一环。由于水源水质变动很快，水质的突变会影响到整个供水系统的稳定，如果不能及时报警并采取相关措施，就难以保证水源的质量，所以传统的人工定时、定点取样采集测定的水质监测手段已经无法满足水质预警和动态监测的要求。近年来，随着仪表、仪器、自动化技术和通讯技术的发展，更多的远程监测技术和仪表用在水源水质的监测上，因此，利用PH、溶氧量、氨氮等传感器对水质相应参数进行实时采集，开发上位机系统实现接收采集数据、自动监测、数据处理、短信预警等功能，就能对水源水质进行有效、实时的监控和分析，保证水质稳定。
1.2 任务目标
本系统采用水质PH、溶氧量、氨氮、金属等传感器分别对水质参数PH、溶氧量、氨氮、金属等进行实时的监测采集，通过多个触感器节点组建ZigBee网络，并把水质参数值发送到路由节点上，通过RS232与3G模块相连，路由节点接收到数据后根据监控中心PC机上的IP地址和端口号传到PC机上。监控中心有监控计算机装置一套，负责无限传输数据的接收与处理，为此，需要开发一套适用的且针对性强的管理软件，该软件可实时记录下采集数据，同时将数据存入数据库，并绘制曲线图、打印报表，便于对采集数据的查询统计。当数据显示是IV类或者V类水时报警灯会亮变颜色以此来告知工作人员及时对水进行处理。设计短信猫，能够定期短信告知相关人员水质情况。
1.3 系统构成
根据任务要求，本系统可分为三大部分，第一部分是上位机软件设计：实现实时数据和历史数据的处理，实现报警等功能；第二部分是由硬件接收采集数据：将传感器发送至ZigBee模块的数据实时采集并进行相应处理；第三部分是发送短信：将处理后的数据发送至短信猫硬件，根据判断程序来发送定时短信以及报警短信。
1.3.1 MCGS组态软件
MCGS是一款用于计算机监控工业过程的组态软件，能够迅速建立一个实时监测以及控制流程的平台，可以通过上位机组态软件来解决一些实际的工业需求。例如监测数据的实时采集、显示和处理，报警功能，绘制曲线和报表，存盘数据浏览等功能。并具备与多种硬件配套的通信协议和相应的读写程序结构。MCGS操作简单，能见度极佳，可维护性，高可靠性，高性能的特点，并支持多种设备的国内和国际的数据收集，广泛应用于石油，电力，钢铁，机械，纺织，航空航天，建筑，交通运输，通讯，制造业和水处理，环保，实验室等工程领域。
图1.1 MCGS整体结构图
如图1.1，MCGS组态软件由“运行环境”和“组态环境”两个部分构成。相互独立的两部分，并密切相关。用户设备连接到的环境配置，设计动画，工作控制处理中，写入语句之后，产生一个扩展.mcg项目文件，也被称为数据库配置的结果，和操作环境构成MCGS用户的应用程序，统称为“项目”。 MCGS运行环境是操作系统的用户执行支持McgsRun.exe的运行环境，将其存储在目录程序MCGS子目录中，控制工程的运作是完全运行时的环境。
通过主窗口，用户窗口，运行策略，设备窗口和实时数据五个部分创造MCGS组态软件项目，单独配置的每个部分，做不同的事情，有不同的特点。
1.3.2 串口通信驱动程序开发
为了使系统具备接受数据、短信报警的功能，上位机开发软件需要通过RS232串口与数据发送模块以及GSM短信猫进行通信，而MCGS组态软件具有一种使用MCGS程序语言或VB语言编写的设备驱动程序，即MCGS驱动程序开发工具，该开发工具给用户提供一种与传统MCGS组态软件中驱动程序兼容的、具有不复杂的开发驱动的特点。它提供以下几种功能：
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