十九大報告明確指出要著力解決突出環(huán)境問題[1],加快水污染防治,壯大節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè),建立市場導(dǎo)向的綠色技術(shù)創(chuàng)新體系,樹立和踐行綠水青山就是金山銀山的理念。工業(yè)污水排放前要對水箱中污水的PH值、固體懸浮物、油脂等參數(shù)進行處理,經(jīng)環(huán)保部門認(rèn)定達(dá)標(biāo)才可排放。文章設(shè)計一種小型污水水情測控裝置,實現(xiàn)污水水箱液位、污水PH值的檢測與參數(shù)實時監(jiān)控,具有低功耗、低成本、響應(yīng)速度快與測量精度高的特點。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計
小型污水水情測控裝置的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示, 下位機選用STC12單片機作為核心處理器,由PH傳感器電路、液位檢測電路、信號跟隨與放大處理電路、LCD12864液晶顯示電路和+5V電池組等部分組成,通過無線串口AS13-TTL模塊與上位機通信,上位機對污水水情實時監(jiān)控。采用HS-SR04超聲波傳感器進行液位精密檢測,型號為E-201-C的PH傳感器檢測溶液PH值,將PH信號由AD7705轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,并送至單片機處理,AS13-TTL無線通信模塊實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的無線傳輸,以獨立按鍵作為系統(tǒng)啟停與測量模式選擇開關(guān),實現(xiàn)水情系統(tǒng)的各項功能檢測。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 液位測量模塊
系統(tǒng)采用宏晶科技的STC12C5A60S2處理器為主控平臺。
STC12C5A60S2單片機[2]是一款STC增強型51單片機,有1280字節(jié)SRAM,62K字節(jié)片內(nèi)Flash存儲器,內(nèi)部集成8通道10位AD轉(zhuǎn)換器,雙串行口,STC12C5A60S2單片機具有豐富的I/O端口、定時器和PWM通道資源,非常適合測控系統(tǒng)。采用HS-SR04超聲波測距[3]完成液位的高度測量,該模塊測量距離范圍是0.02m～4m之間,測量精度高達(dá)3mm。HS-SR04模塊采用IO觸發(fā)測距,通過IO輸出一高電平,高電平持續(xù)時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間T,測量液位高度S的計算公式:S=340*T/2 。
2.2 溶液PH值檢測電路
采用型號為E-201-C 的PH復(fù)合電極檢測溶液PH值,由PH玻璃電極與參比電極組合而成的PH傳感器。在玻璃膜與被測溶液中氫離子進行離子交換過程中,通過測量電極之間的電位差檢測溶液中的氫離子濃度,測得液體的PH值。該傳感器模塊的PH值測量范圍是0～14,溫度范圍是5℃～60℃,工作電壓VCC為+5V,具有抗干擾能力強、使用方法簡單的優(yōu)點。PH傳感器檢測電路如圖2所示,PH+、DO與TO分別與AD7705的AN1+、AN2+、AN2-引腳連接。
2.3 A/D轉(zhuǎn)換與信號處理
AD7705是一款16位精度串行AD轉(zhuǎn)換器[4],具有分辨率高、自校準(zhǔn)、抗噪聲性能。PH傳感器采集的信號通過AD7705轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入單片機,如圖3所示的信號處理電路。由TL431B穩(wěn)壓管、電阻和電容器件設(shè)計了+2.536V基準(zhǔn)參考電壓源,為AD7705轉(zhuǎn)換器通道1測量電源電壓提供基準(zhǔn)電壓,基準(zhǔn)電壓的AD轉(zhuǎn)換值D1,+5V電壓通過電容濾波進入精密電位器分壓,電壓衰減一半得到+2.5V電壓,將其送入OP07組成的電壓跟隨器,輸出端送入AD轉(zhuǎn)換器得到電壓轉(zhuǎn)換值D2,實際測量電壓U為:U=2.536*D2/D1。
2.4 無線串行通信模塊
無線串行通信模塊是將水情測控裝置測得的數(shù)據(jù)無線傳送到上位機管理系統(tǒng),實現(xiàn)水情測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程實時監(jiān)控。AS13-TTL是一款中心頻率為433Mhz的無線串口通信[5]模塊,支持1200～
115200bps多種波特率,實測距離達(dá)2.1km,具有TTL電平的串口通信接口,工作電壓為+5V,最大功率為100mW。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計
將容積不小于1L的容器裝水后放置于測試臺上,啟動測試裝置,位于容器上方的超聲波傳感器以及PH傳感器產(chǎn)生信號,系統(tǒng)主
程序初始化LCD12864,檢測功能按鍵選擇不同的測試項目,包括PH值測試與液位高度測試,圖4為主程序流程。
4 系統(tǒng)測試與誤差分析
4.1 系統(tǒng)測試
將水情測控裝置的各模塊電路正確連接后,啟動測試,按如下步驟進行測試。
(1)將塑料容器清空,多次向塑料容器注入若干自來水,超聲波液位傳感器檢測液位的高度,用表格記錄下數(shù)據(jù),再用標(biāo)準(zhǔn)鋼尺測量,測試結(jié)果如表1所示。
(2)保持容器里的液位不變,多次向塑料容器注入若干白醋,記錄水情檢測系統(tǒng)每次測量的PH值,與標(biāo)準(zhǔn)的PH測試筆測試結(jié)果對比,測試數(shù)據(jù)如表2所示。
4.2 測試誤差分析
從表1和表2數(shù)據(jù)表明:①液位的檢測在38秒內(nèi)完成,測量偏差在±4mm內(nèi),PH測試能夠在63秒內(nèi)穩(wěn)定測量并且測得的數(shù)據(jù)偏差不大于±0.1。②液位測試誤差主要集中在短距離測試過程,主要原因是水面抖動不平整及周圍環(huán)境擾動超聲波反射原因。③溶液PH值測試結(jié)果相對穩(wěn)定,偏差主要來自實驗過程添加的白醋沒有及時擴散,溶液混合不均勻引起。具體聯(lián)系污水寶或參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
5 上位機管理系統(tǒng)設(shè)計
在Visual Basic 6.0平臺下開發(fā)污水水情上位機管理系統(tǒng)如圖5所示,通過無線串口AS13-TTL將下位機采集的水箱液位高度、污水PH值和電源供電壓等數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)缴衔粰C,此外上位機系統(tǒng)還具有遠(yuǎn)程控制水情測控裝置的啟停與測試模式選擇的功能。
6 結(jié)語
工業(yè)污水倘若不經(jīng)過處理直接超標(biāo)排放,將會嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。文章設(shè)計的小型污水水情測控裝置實現(xiàn)液位與PH檢測,該裝置最大液位測量高度約4m,測量誤差在±4mm范圍內(nèi),PH測試誤差在±0.1范圍內(nèi),上位機管理系統(tǒng)實現(xiàn)水情測控裝置的遠(yuǎn)程啟�？刂啤y試功能選擇與數(shù)據(jù)實時監(jiān)控。系統(tǒng)低成本、測量精度高,上位機系統(tǒng)人機界面友好。（來源：四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 蘇宏鋒）
