智能家居水質監測系統的研究與設計

【摘 要】居民飲用水環境一直以來作為重要研究課題，通過對水質的監測可為居民提供健康保障。文章對水質監測系統進行概述，介紹系統內部結構，對智能家居水質監測系統的結構組成進行分析，并做出相應的設計，完善智能家居水質監測系統。

【關鍵詞】智能家居;水質監測系統;設計研究

【中圖分類號】TP273.5 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）07-0060-02

0 引言

隨著科學技術的不斷進步，水質監測系統現已逐步引進智能家居系統中，通過對居民用水環境進行監測，利用傳感器和電子元件對水質進行監測，對水質中的pH濃度、氨氮含量和溶氧量進行相應的數據采集。通過系統內部元件對采集數據信息進行傳輸，在設備終端進行顯示，使用戶對水質進行實時監控，同時系統內部的自檢系統可對水質進行智能化監測，為用戶提供正確的監管途徑。

1 水質監測系統概述

隨著社會經濟的不斷發展，國家有關部門開始對用水環境進行監測，使居民可使用健康水源，通過技術人員對監測系統的不斷優化，可使其對水質進行全方位監測[1]。當前，水質監測一般由水質測量設備、通信式網絡工程、前端口監測設備和監測數據中心等組成，通過其系統的運行可對整體用水環境實施監測。水質測量設備以傳感器為主，對水質的內置結構進行分析和檢測，包括溶解氧測量傳感器、pH值測量傳感器、氨氮測量傳感器、渾濁度測量傳感器和可溶性鹽濃度（EC）測量傳感器等[2]。通信式網絡工程對信息進行傳輸和備份，工作人員可對水質的情況進行實時分析，其傳遞信息的方式以GPRS、4G、3G等較為常見。前端口檢測設備是指整體水質的終端監測系統，將水質測量設備的數據信息通過網絡進行傳遞，并進行在線分析，可對錯誤信息進行處理并進行預警，方便工作人員制定相應的措施。監測數據中心為技術人員提供數據動態顯示，并可對信息進行及時的監控，包括服務器、水質資源系統和屏幕顯示器等。

2 智能家居水質監測系統結構組成

2.1 水質監測設備系統

當前對家居用水進行監測過程中，由于其整體用水環境的水源凈化方式，只需對水質氨氮含量、pH濃度和溶氧量進行分析，對水質采取同水源多途徑的處理方式，對水質形成全面監測[3]。智能化的不斷應用，使部分操作進入全自動處理模式，使其對水質可以進行完整的監測。通過氨氮測量傳感器可對居民用水中的氨氮量進行數據采集，水中氨氮元素可在特定條件下轉化為亞硝酸鹽，當居民長時間引用此種水質時，將導致亞硝酸鹽和身體內部的蛋白質發生反應，生成致癌物質亞硝胺，影響居民的健康。通過pH值測量傳感器可對水質進行pH數據采集，通過對水中酸堿性含量的測定，確定水質的當前質量，通常情況下水是中性物質，其pH值一般為7.0，可由pH的具體檢測值來確定水質是否受到污染等。通過溶解氧測量傳感器可對水中的溶氧量進行數據采集，水質的自凈化能力取決于水中溶氧量的大小，并可提升居民的免疫力等，同時可抑制水中的細菌滋生等情況。

2.2 水質終端控制系統

水質終端控制系統對信息進行采集，通過單片機對系統進行指令信號的傳輸，在對其電源進行控制時，一般以其安裝環境為基準，通過單片機所能承載的最大電壓進行適應性供電。當前智能家居中，一般民用電壓為220 V，在對其進行電源配置時，需通過降壓轉化器對其進行供電，在家居使用過程中，由于家居電器較多，易受到電磁影響，應在裝置附近安裝防輻射設備，使其可進行正常操作。水質終端控制的串口式通信模塊，將程序與設備相連接，為其提供信息傳輸，在對其進行設置時，應采取相應型號的設備，并在接口處設置多引腳，以滿足對信息的多途徑傳輸，通過實體式接線傳輸，可提升數據信息的穩定性，減少電磁信號的干擾，達到對水質的正確選擇。其接口應處于多兼容模式，在對其進行更換選擇時，型號選擇范圍較廣。網絡接口作為信息傳輸的實體化作用，將數據信息與串口式通信模塊進行連接，其設備在進行選擇過程中，應加強對信息傳輸能力的檢測，網絡接口在整個系統中占據重要位置，數據信息傳輸速度大小取決于網絡接口的性能。傳感器采集模塊主要是對信息進行采集，由于傳感器內電子元器件較為精密，應對其電流和電壓進行嚴格控制，防止因電流或電壓過大使傳感器內電子元器件損毀，導致傳感器無法使用。傳感器在進行電壓信號傳輸時，直接將信號傳遞到單片機內部，應對其進行穩壓設定，當傳輸的電壓信號大于單片機信號時，應在整體電路中設置相應的阻抗元件。

2.3 網絡信息服務系統

在整個系統運行過程中，需對數據傳輸信息進行嚴格控制，將采集到的數據信息由傳輸模塊進行終端系統展示，在對信息進行讀取時，應選取正確型號的端口連接器，使其對設備進行精準傳輸，對其進行選擇時，應依據實際使用環境進行型號上的選擇。在選用過程中，應以其體積和性能為第一方向，其體積小在安裝過程中可節省相應的空間，其性能穩定可增加其傳輸數據的合理性，并可適用于多環境工作。網路信息模塊應提供相應的反饋服務，將數據信息中心進行決策性處理，并將數據信息以網絡信息的途徑反饋到用戶手中，方便用戶對其進行了解。其信息在傳輸過程中，以多信道的傳輸方式將信息進行終端傳輸，其數據信息經過系統處理進行相應備份，為用戶及技術人員提供信息查詢系統。

3 智能家居水質監測系統的設計模塊

3.1 傳感器模塊

在對水質進行監測時，一般由傳感器對水質進行采集，通過溶解氧測量傳感器、pH值測量傳感器、氨氮測量傳感器等進行信息采集，在實際操作時，應依據傳感器的特性進行相應的設置。其中，溶解氧測量傳感器在長期使用過程中，由于其測量敏感性較大，將導致測量結果產生相應的偏差，不利于對數據進行精準性分析，應定期對長時間工作的傳感器進行校準，并將其內置氧離子測試液進行相應調節，提升其采集精準度。pH值測量傳感器和氨氮測量傳感器經過長時間使用后，應對傳感器進行定期校準調節。在對氨氮測量傳感器進行調節時，應注意傳感器的工作狀態。由于氨氮監測精度較高，應對其檢測液進行二次調節，防止其極小誤差范圍造成對氨氮含量的監測不均，進而使水中產生低濃度亞硝酸鹽。其傳感器在使用過程中，一般應按照具體說明進行使用，其校準系統由傳感器廠家提供。

3.2 水質采集終端模塊

在對水質采集終端模塊進行實現時，通過主程序控制機構完成對整體模塊的操作，使模塊通過順序性控制達到對系統的操控，使模塊之間協同合作，并增強其整體邏輯性。通過AD采樣機構可對模塊進行相應的初始化，當信息完成當前傳輸狀態時，可對數據信息進行初始化，開始對水樣進行下一周期的采集。通過AD采樣機構可實現對水樣的采集，傳輸數據，并完成相應的指令動作。串口機構作為模塊內部的通信程序，可對數據信息進行實體傳輸，通過多引腳模式實現數據信息的穩定傳輸，其內部應設有初始化程序，可防止在對數據傳輸過程中，集成系統的反應速度與當前傳輸速度不一致，造成數據的二次傳輸等，造成結果數據不準確等嚴重影響。

3.3 數據信息單元傳輸模塊

在進行網絡數據傳輸過程中，數據信息單元傳輸模塊通過對數據信息進行轉換，將水質采集終端控制與網絡信息服務終端構架信息信道傳輸路徑[4]。在數據傳輸過程中，為保證數據信息的完整，應對硬件接口進行加固式連接，防止引腳不良導致數據信息傳輸丟失，同時應做好相應的電磁防護措施，防止系統內部精密元器件由于電磁影響導致無法正常傳輸數據。在進行相應的配置時，應對單片機在串口通信的速率進行嚴格審核并規定相應的配置，將外網地址和數據端口進行正確配置，使系統正常運行。網絡信息服務終端作為整體數據的外顯示設備，可將監控數據信息進行實時展示，此外顯示設備作為智能家居中用戶唯一接觸的硬件設備，應對其進行相應優化，使其滿足用戶的體驗要求。

4 結語

本文對水質監測系統進行了研究，對監測系統組成部分進行了分析，通過對水質監測設備系統、水質終端控制系統、網絡信息服務系統的詳細介紹，明確其工作原理與具體作用。在進行具體設計時，應注意內部電子元器件的穩定性，保證數據信息的正確傳輸，在對其內部模塊進行技術實現時，應保證模塊內部的協作性，提升數據信息傳輸的精準度，保證智能化家居水質監測系統可持續運行。

參 考 文 獻

[1]陳爽，劉威，紀立威.遠程可控船載水質監測系統的設計與實現[J].信息技術，2018（9）：33-37.

[2]吳迪，楊昊.在線式多參數水質監測系統的設計與開發[J].中國計量大學學報，2018，29（3）：259-264，275.

[3]盧明陽.水質在線自動監測系統的設計及管理分析[J].科技風，2018（20）：191.

[4]王方杰.基于組態王的多參數水質監測系統的設計與實現[J].電腦知識與技術，2018（18）：250-251.

[責任編輯：鐘聲賢]