小區智能水質檢測與分析系統

張健偉 郭健 郭佳君

摘 要：隨著生活水平的提高，人們更加渴望健康的生活方式，也越來越關注與我們的生活息息相關的水質問題。當前，水污染變得越來越嚴重，與水污染相關的疾病不斷頻發，但是，目前水質檢測主要依賴于實驗室的設備分析，這些設備檢測所需時間長，且分析檢測中需要消耗大量昂貴的化學試劑，因此，不能滿足水質檢測廣泛應用的迫切需求，也不能實時反饋數據給用戶。本文主要研究利用簡單的電子設備、化學試劑、相關單片機電子技術及數據庫分析技術，較低成本地檢測水質情況，并把檢測數據通過短信等智能方式反饋給每一個用戶，保證數據的及時公開，使人們及時有效地了解水質狀況。

關鍵詞：水質檢測；傳感器技術；單片機；數據庫分析；智能化；短信反饋

1 系統功能

設計具有分析作用的智能水質檢測系統，其目的在于將水質相關數據及時公開化，便于用戶更好地了解水質檢測結果。系統的實施對象是小區用戶，系統采用體積小巧、功能強大、價格便宜的單片微型計算器作為客戶家庭的水質數據采集端，與單片機連接到相應的水質傳感器作為信號收集端并發送給單片機作初步處理，同時單片機與計算機保持實時通信。隨后，計算機將結果通過GSM（Global System for Mobile Communication）主機模塊從而獲取整個小區的水質檢測結果。最后，系統通過CAN（Controller Area Network）總線傳輸信息，可靠方便，且保證了用戶及時了解水質狀況。

2 系統結構與框架

小區智能水質檢測與分析系統通過專用水質檢測傳感器收集信號、計算機采集實時數據，并將數據傳送至數據采集終端從而實現小區水質檢測智能化；數據采集終端通過CAN總線方式接入計算機數據庫管理系統，對采集數據進行分析、存儲、圖形顯示等功能。

整個系統的設計結構與框架如下圖所示：

3 系統實現方法

3.1 系統規劃與設計

設計水樣采集裝置，利用現有水質檢測傳感器檢測小區水源技術指標，如微生物、pH值、濁度等并由單片機采集裝置實時傳送至數據管理服務器；運用面向對象編程技術和數據庫技術分析、存儲、并繪制各技術指標歷史曲線并將實驗數據和普查中所得參考數據進行對比，分析相對誤差從而得出檢測結論，并及時向小區用戶公開。

具體設計步驟如下：

3.1.1水樣采集

設計水樣采集裝置，同時建立數據庫，并存入市場調查數據。利用專門的水質傳感器采集相應檢測指標：TDS（Total dissolved solids，溶解性總固體）、濁度、余氯、pH值；

3.1.2數據傳輸

單片機根據編寫的程序指令將初始數據分為4路，隨后通過總線傳輸給上位機；

3.1.3數據處理

上位機內的數據庫具備數據的增刪查功能，上位機根據傳輸過來的數據對比之前存入的市場調查數據進行匯總分析并繪制比例圖，之后在查閱界面上將其進行直觀分析，從而得出水質檢測結果；

3.1.4數據反饋

上位機將分析完的數據結果發送到GSM模塊，GSM模塊再以短信的方式發送給之前預留過電話號碼的用戶。

3.2 單片機數據處理技術

本系統對于單片機的數據處理技術的采用是一大亮點。在對水質進行簡單檢驗和處理的過程中，系統采用專門的水質傳感器，用于采集相應水質的具體檢測指標，為節約系統設計的成本考慮，我們用信號發生器來代替，以保證檢測水質的可靠性和可實施性。

系統利用賦予單片機具體任務并完成，即單片機執行指令，采用8051式通用型單片機對數據進行收集和儲存。在這過程中，我們首先了解單片機的組成，由微處理器（運算器、控制器）、存儲器、接口適配器，輸入輸出I/O設備組成。

除此之外，我們要了解關于計算機常用二進制碼，例如BCD，ASCII等。對主芯片各個引腳功能的認識，哪個是用于輸入和輸出，哪個是用于儲存，具體儲存到哪里，以及哪個引腳是高低電平等。以及輸出數據是需要如何進行查找，采用間接尋址還是直接尋址，以及傳輸形式為并行通信還是串行通信，并且采用A/D轉換電路。最后的關鍵點便是編寫相應地程序指令，讓單片機實現這一系列的功能。

單片機具有微型處理和成本低的優勢，目前占據市場的主導地位。在單片機對采集數據進行分類處理的過程中，我們會對芯片技術、芯片程序的具體化、實現數據采集、數據傳輸、利用高低電壓電路對鍵盤進行控制等也有更進一步的認識。

3.3 系統創新之處

該系統創新之處在于水質檢測信息智能公開化。上位機通過AT指令控制GSM模塊，并且GSM模塊里已經預留了目標用戶的電話號碼以及編輯好的短信模板。

上位機將之前分析完的數據結果發送給GSM模塊，GSM模塊再根據相應的數據結果以對應短信的方式及時反饋給目標用戶。如此則保證了數據的公開性，便于用戶更及時地了解小區水質的真實狀況。

參考文獻：

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