基于WIFI監測水質PH值系統

黃海霞+黃秋秋

【摘 要】城市排水管道污染是現代化城市建設急需解決的問題，也是城市水污染防治和城市排澇、防洪的骨干工程。本系統的主要任務是及時采集城市排水管道所排放的生活污水、工業廢水的PH值，如發現城市排水管道水質PH值不在合格范圍，便及時通知排水管道管理人員及時維護處理。本系統主要實現利用現代先進的WIFI技術傳送水質的PH值參數，最終結果傳送到PC機進行實時監控。城市排水管道的污染數據的采集主要是城市地下排水管道水質的PH值作為采集標本。預期達到能在PC機上監控城市排水管道的水質PH值。

【關鍵詞】管道污染；PH值；PC機；WIFI技術

中圖分類號： TP274 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）23-0120-002

【Abstract】Urban drainage pipeline pollution is an urgent problem that needs to be solved in modern urban construction，andsolution to this problem is also the backbone proj-ect in prevention and control of urban water pollution，drainage and flood.The main task of the system is to timely collection of the PH value of the domestic sewage and industrial wastewater from urban sewage pipes.If it finds the PH value is not within the qualified range，it will promptly notify the drainage pipe management in a timely manner to maintain treatment.The system mainly uses the modern advanced WIFI technology to transmit the PH value parameter to the mobile phone or the PC for the real-time monitoring.The collection of pollution data of urban drainage pipeline is mainly the pH value of urban underground drainage pipe water.It is expected to be able to monitor the PH value of the water from urban drainage pipe by the APP on the mobile phone or PC.

【Key words】Pipeline pollution；PH value；PC；WIFIT echnology

0 引言

近些年來，我國水資源嚴重不足，除了天然原因之外，再一個原因就是人為地破壞環境造成污染所致。對城市管道排水的管理是我國城市進行現代化建設非常重要的基礎，設計出基于WIFI監測城市排水管道水質PH值的系統設計方案對我國城市居民的生活產生深遠的影響。因為PH值指示著污水的酸堿程度，其范圍為0～14。天然水的pH值一般在6.5至8.5之間。酸性水pH>8，堿性水pH<6，中性水pH為7。飲用水合適的pH范圍是7～8.5，極限范圍為6.5～9.2。污水中PH值大小對城市排水管道、水泵、閘閥和城市地面鐵蓋有一定的腐蝕作用[1]。太高或者太低的PH值，均可表明有工業廢水的進入。例如污水中的硫化物會在酸性條件下，生成H2S氣體。高濃度時使操作工人頭痛、流涕、窒息甚至死亡。為此，發現PH降低必須加強監測，尋找污染源，采取對策[2、3、4]。

因此實時監控城市管道排水質PH值不僅能夠有效避免在城市當中發生水災，還能夠檢測城市水資源污染程度，及時對各種情況作出有效的處理措施，實現水資源的循環使用，提高了水資源利用率。本系統就采集城市排水管道水質作為標本，用PH傳感器采集水質中PH值數據進行了分析。

1 國內外研究現狀

我國污水的排放，只要有居民生活污水、工業污水。居民生活污水的排放自從1999年后占主要地位，之后十幾來，居民污水在我國城市污水排放量中一直占據首要地位，并且逐年加重[1、2]。環境保護已經慢慢得到國家的重視，目前我國已將環保作為國策來抓。我國水質監測行業起步較晚，在進入21世紀之前，我國的水質監測傳感器基本從國外進口，隨著我國傳感技術的不斷發展，我國已經研究出具有國際先進水平的檢測水質PH值的化學傳感器。水質監測是是預防和治理水體污染的基礎工作，是保護生態環境和保障人民飲水安全的關鍵環節。預計到2020年，隨著人口增長和經濟建設發展，地球上的污水量將逐步增加。全球的生態學家，呼吁全世界聯合保護環境，保護人類共同的家園。近年來，各國對河流水質監測工作越來越重視。其中日本、蘇聯、美國在環境保護方面做得比較出色。日本與美國在實時監控水污染方面做的比較完善。

2 檢測原理與方法

本課題研究的是用PH傳感器采集城市排水管道水質的PH值，然后將采集到的信號傳輸給51單片機進行數據處理，再由單片機將數據傳送給WIFI模塊，最后通過WIFI信號將城市管道水質的PH值參數傳送給PC機顯示PH值數據，達到實時監控水質PH值的目的。一旦發現水質異常狀態便可以在PC機上顯示。系統工作原理圖如圖1所示。

近年來，物聯網技術的快速發展促使水質污染物電子監測技術的快速增長。WIFI監測水質PH值系統包括PH傳感器采樣系統、信號處理系統、信號控制處理系統、WiFi傳輸數據系統，這些分系統既各成體系，又相互協作，以完成整個WIFI監控水質PH值系統的連續可靠地運行。endprint

為了有效實時監測水質污染物，監測水質PH值參數狀態，進一步提高水質監測效率，有效推動我國環保事業的發展，本課題研究的是一個以WIFI傳輸數據到PC機，在PC機數據處理中心分析數據，判斷水質PH值是否在正常的范圍。運用系統自動判斷、計算機在線顯示數據，組成一個從取樣、信息處理、數據處理到數據分析、存儲和顯示的完整系統，從而實現對水質PH值的在線自動監測。

系統判斷的依據是清潔天然水的PH值為6.5～8.5，PH=7表示水是中性，酸性水pH>8，堿性水pH<6。PH值異常，表示水體受到污染。

3 系統硬件設計

系統采用以下技術方案：

3.1 對水質PH值的檢測采用PH值采集傳感器模塊（帶溫度補償）采集城市排水管道的生活或者工業排放污水。測量pH值常用的和準確的方法是電極放于從城市管道采集的污水。測定時須用有準確pH值的標準緩沖溶液作為對照，溫度對于pH值有一定的影響，因此本傳感器采集模塊具有溫度補償功能可以調整采集的水質PH值參數。

3.2 微處理模塊是用AT89S51單片機作為控制系統。AT89S51單片機是AT公司生產，采用40腳封裝形式，低功耗，高性能8位單片機[6、9]。

3.3 WIFI模塊采用的是ESP8266 WIFI模塊。ESP8266通過uart傳到Host。ESP8266只負責將數據傳到目標地址，不對數據進行處理[7、8]。

4 系統軟件設計

4.1 PC機顯示PH值數據部分軟件利用JAVA語言編寫的顯示界面。

4.2 微處理器端程序采用Keil uVision3作為開發平臺，主要采用C語言編程完成編程工作有：信號采集、數據存儲、信號處理及傳輸WIFI信號。

4.3 ESP8266 WIFI模塊需要在PC機安裝TCP調試工具，設置TCP參數。設置的TCP參數必須要與單片機代碼里的IP地址，端口號一致。當TCP工具顯示連接WIFI信號成功后，PC機方可連接上WIFI模板的WIFI信號。

5 結論

水污染監測系統監測參數通常有水溫、流速、流量、pH值、電導率、溶解氧、銨離子、氰離子、硝酸根、COD、TOC等。傳感器隨測試的參數不同而不同。傳感器部分主要完成數據采集、微處理模塊主要完成記錄、貯存等功能，WIFI模塊主要完成傳輸功能，PC機主要完成顯示功能。水污染監測系統主要自動實時監測水質PH值。它一般安裝在人群生產、生活有重要影響的城市排水管道中，其運轉和維護費用亦較高。初期研究主要到城市各個生活小區，工業區地下排水出口處采集水質標本作為研究對象。通過本項目，學習了關于水質污染物溶解于水中呈現的PH值信息，WIFI信號的傳輸，PC機端顯示界面的研發。

【參考文獻】

[1]林樹彬.國外水質監測工作的現狀和發展趨勢.中國水利.1984.7

[2]喬剛，唐中輝.我國水質監測制度的缺陷及其完善.中國環境資源法學研究會.2005.8.5-9

[3]劉麗麗.全力搞好水質監測與管理推進水務工作高效安全和諧發展.城鎮供水.2013.6

[4]李世馨.模擬電子技術基礎.高等教育出版社.2001.12 3

[5]任為民.電子技術基礎課程設計.中央廣播電視大學出版社.1997.5.1

[6]張毅坤.單片微型計算機原理及應用.西安電子科技大學出版社.1998.9.1

[7]張天佑.WIFI技術的應用與展望.產業與科技論壇. 2014.3：98-99.

[8]李光斌.基于WiFi技術的井下無線通訊研究.通訊世界.2017.6.

[9]張毅剛.計算機原理及接口技術.人民郵電出版社.2011.2

[10]郭天祥.新概念 51單片機C語言教學.電子工業出版社.2009.endprint