基于物联网技术的污水实时采样系统

引言

我国经济建设取得了巨大的成就，也付出了巨大的环境 代价，我国的环境污染形势可以用三句话概括：污染物排放总 量居高不下，远超过环境容量；环境质量令人担忧；环境污 染事故进入高发期。环境保护已经成为我国的一项基本国策, 是实施我国可持续发展战略的重要组成部分，是构建和谐社 会和资源节约型社会的一个重要组成部分。

为贯彻执行《中华人民共和国环境保护法》、《中华人民共 和国水污染防治法》，提高我国环境监测监控能力，实现水质 监测监控的自动化和现代化，以期达到地表水水质预警监测、 污染源总量监测与控制的目的，开发利用基于物联网技术的污 水实时采样系统是当今环保监测监控的有效工具。

1系统总体架构

本系统主要由控制模块、温度检测、步进电机控制、分 瓶器、蠕动泵、存储器、储样瓶、进水管等部分组成。具体 功能是在接收到中心平台采样的信号之后，控制步进电机进行 污水的采样存储在不同的存储紅内，并记录下采样时间。该 系统也可以通过设置时间间隔实现时间等比例采样等多种方 式采样。具有远程控制的通讯、采样模式多样化、样品恒温 保存、断电保护、管路自动清洗、废液回流等功能。图1所示 是其系统的总结构图。

2系统硬件设计

本系统主要由控制模块、温度检测、步进电机控制、分瓶器、蠕动泵、存储器、GPRS DTU、储样瓶、进水管等部 分组成。CPU采用STC公司生产的STC12LE5A32S2,该 CPU和AT89C52的引脚完全兼容，除了 AT89C52功能外， 关键是内部还有EEPROM、1 024 B的RAM、看门狗等，用 来保存数据和防止程序跑飞，而不需要另外再增加硬件成本。 系统硬件框图如图2所示。

2.1提升泵控制电路设计

提升泵的作用是当污水离采样器较远时，采样前将污水 抽到采样器附近的蓄水池中，便于采样，在具体应用中采用继电器直接控制泵的电源即可，提升泵的控制电路如图 3 所示。

2.2蠕动泵和分瓶器模块的设计

为了将污水抽入瓶中，采用蠕动泵实现，蠕动泵内压有 软管，通过蠕动泵不断对软管的挤压，这样实现污水的采样。 为了控制蠕动泵采样污水的量，设计中采用步进电机进行控制, 控制电路如图4所示。通过测量步进电机每100步对应的采样 量，然后推算出实际需采样的量对应的步进电机步数。达到 精确控制采样量的要求。

分瓶器的作用是将污水的进水软管口移到对应的瓶口处，便于将污水采样到对应瓶中，本子系统采用步进电机驱动摇臂实现，同样通过控制其步数来实现摇臂的旋转，实现位置的精确控制。

2.3 时钟模块设计

采样高精度时钟电路 SD2068，用来保存数据的时间和进行时间流量等比例采样等使用。时钟电路如图 5 所示。

2.4 数据存储电路设计

本系统采用铁电存储器 MB85RC256 实时保存设置的参数以及现场采集到的各实时数据及采样记录。MB85RC256 是采用先进的高可靠性的铁电材料加工制成的 256 Kb 铁电非易失性存储器，能像 RAM 一样快速读写，同时掉电后数据可保存 10 年，采用标准 I2C 接口与单片机连接。数据存储电路如图 6 所示。

2.5 串口通讯模块设计

串口通讯用于实现与 GPRS、液晶等的通信，以采样RS232 接口，其电路如图 7 所示。

3 软件设计

软件设计流程主要包括时间温度显示、工作模式选择及相应的控制程序。其软件设计流程如图 8 所示。

4 结 语

本科研项目的研究通过模拟试验和多家用户的使用，各方面的技术指标都符合设计要求，现该科研项目的硬件和软件已设计完成，各项指标的调试也已结束。在企业已经投入生产和推广，并申请了专利。

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