基于Android平臺的工業(yè)污水參數(shù)在線測量裝置設計

胡海博,朱永璇,佟威正,李月恒

（北方工業(yè)大學電氣與控制工程學院，北京,100144）

基于Android平臺的工業(yè)污水參數(shù)在線測量裝置設計

胡海博,朱永璇,佟威正,李月恒

（北方工業(yè)大學電氣與控制工程學院，北京,100144）

本文設計一種多水質(zhì)參數(shù)實時在線測量裝置對水環(huán)境中的常規(guī)五項及COD參數(shù)進行實時在線測量。本文設計了神經(jīng)網(wǎng)絡軟測量算法，設計了硬件電路，Android環(huán)境的移植，軟件編程并制作樣機。通過該儀器能夠檢測水環(huán)境中的PH、溶氧、溫度、電導率、濁度參數(shù)，并且可以根據(jù)所測參數(shù)軟測量出COD參數(shù)，同時也可以對測量數(shù)據(jù)進行存儲。通過對樣本水質(zhì)以及樣本數(shù)據(jù)的測試驗證，該裝置具有靈敏度好、效率高、信息存儲量大，友好的人機界面等特點，具有良好的水質(zhì)檢測功能。

水質(zhì)常規(guī)五項 ；COD檢測 ；樣機測試

0 引言

隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，伴隨著的是水污染問題越來越嚴重，已經(jīng)成為人類生存的主要障礙。因此水污染的防治已成為全世界關注的焦點問題。借鑒于國外水資源污染監(jiān)測的經(jīng)驗，我國在水污染的監(jiān)測方面也取得了很快的發(fā)展，但是由于技術手段的落后性，水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)一直沒有廣泛應用。本課題所研究的基于嵌入式安卓與神經(jīng)網(wǎng)絡算法的水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)對比于原始的人工監(jiān)測手段或低處理能力的監(jiān)測系統(tǒng)來說取得了很大的進步，對正確評價污水的實時狀況，研究污染物的類型、節(jié)約成本、污染程度方面具有重要的意義。

1 系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)主要由核心控制板、功能底板電路、安卓系統(tǒng)三部分組成。其中核心控制板作為整個裝置的處理及控制部分，功能底板電路完成數(shù)據(jù)的采集，系統(tǒng)供電等工作，安卓系統(tǒng)是整個控制軟件的運行環(huán)境。圖1為系統(tǒng)整體結構框圖。由圖1可知，系統(tǒng)在工作過程中，首先通過掛載在底板上的常規(guī)五項水質(zhì)傳感器數(shù)據(jù)對水質(zhì)中的常規(guī)五項參數(shù)進行實時在線測量，然后根據(jù)測量獲得的五項參數(shù)數(shù)據(jù)軟測量出COD參數(shù)，最后對數(shù)據(jù)進行通過存儲。

圖1 系統(tǒng)整體結構框圖

2 硬件設計

系統(tǒng)的硬件設計主要是以負載核心版高效運行為目的，外圍加載電源模塊、LCD顯示屏模塊、USB-OTG程序下載口、USBHOST接口、UART232 Debug串口、UART485傳感器數(shù)據(jù)傳輸通信接口、SDCARD存儲器接口以及RJ-45網(wǎng)絡等。圖2為系統(tǒng)硬件整體結構框圖。由圖可以該裝置通過485通信口實時采集水質(zhì)傳感器數(shù)據(jù)，而后通過應用層的數(shù)據(jù)分析與處理得到需要的參數(shù)。

圖2 系統(tǒng)硬件整體結構框圖

3 軟件設計

系統(tǒng)軟件設計以安卓下的應用開發(fā)為主，內(nèi)嵌訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡算法，對傳感器數(shù)據(jù)的采集通過安卓下的485驅(qū)動集成來完成，采用NDK的開發(fā)方式。圖3為軟件的整體架構圖。由圖中可以看出進入應用后主UI線程負責實施刷新在線測量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理線程專門負責傳感器數(shù)據(jù)的采集與處理工作，數(shù)據(jù)處理線程則負責對數(shù)據(jù)進行在線存儲。傳感器數(shù)據(jù)通信協(xié)議采用標準ModBus/RTU通信格式，數(shù)據(jù)處理線程程序通過對串口發(fā)送過來的數(shù)據(jù)幀進行校驗確認無誤之后，然后在進行數(shù)據(jù)的提取與解析工作，依次讀取各個傳感器數(shù)據(jù)，采用輪詢查閱的方式讀取。

例如PH數(shù)據(jù)處理程序如圖4所示：其中Zzz()為延時函數(shù)，上位機發(fā)送讀取數(shù)據(jù)指令后傳感器回復數(shù)據(jù)有一定的延時時間，然后對所得數(shù)據(jù)進行數(shù)組保存，判斷數(shù)據(jù)長度以及CRC校驗，最后從固定的數(shù)據(jù)為中提取數(shù)據(jù)，并發(fā)送給主線程。

4 效果測試

結合樣本水質(zhì)以及樣本數(shù)據(jù)，本裝置的測量結果滿足精度要求，而且其軟測量出的COD參數(shù)同樣和樣本水質(zhì)標準參數(shù)COD參數(shù)比較后所得誤差也在可接收的范圍內(nèi)。實驗的最終效果圖如圖4所示。所以整體上來說該裝置從功能上來說滿足技術要求，從應用上來說該裝置具有硬件成本低、性能好等優(yōu)點。

5 結論

本文基于嵌入式安卓以及神經(jīng)網(wǎng)絡算法為基礎設計出了一套多水質(zhì)實時在線測量裝置，本裝置的測量結果滿足精度要求，各項測量結果都滿足各自的誤差。其實現(xiàn)的多水質(zhì)測量裝置的基本功能而且具有成本低廉、性能良好的特點，可應用于各中水質(zhì)在線監(jiān)測領域。

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Design of online measuring equipment for Industrial sewage based on Android platform

Hu Haibo,Zhu Yongxuan,Tong Weizheng,Li Yueheng
(College of Electrical and Control Engineering,North China University of Technology,Beijing,100144)

This paper designs a real-time online measuring device for conventional five and COD parameters in water environment.In this paper,we have designed neural network soft measurement algorithm,the hardware circuit,the transplantation of the Android environment,software programming and production prototype. With the instrument you can detect the water environment of PH,dissolved oxygen,temperature,conductivity, turbidity parameters, and can measure the COD parameter according to the measured parameters,and also can be stored for measurement data.By verifying the sample water quality and the sample data,this device has good sensitivity, high efficiency,information storage capacity big,friendly human-machine interface etc., with good water quality detection.

water quality of conventional five;COD detection; prototype testing

圖4 PH數(shù)據(jù)處理程序

圖3 軟件整體架構

圖4 Android平臺運行效果