十九大報(bào)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(chǎng)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(duì)水箱中污水的PH值、固體懸浮物、油脂等參數(shù)進(jìn)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(jì)一種小型污水水情測(cè)控裝置,實(shí)現(xiàn)污水水箱液位、污水PH值的檢測(cè)與參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控,具有低功耗、低成本、響應(yīng)速度快與測(cè)量精度高的特點(diǎn)。

　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　小型污水水情測(cè)控裝置的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示, 下位機(jī)選用STC12單片機(jī)作為核心處理器,由PH傳感器電路、液位檢測(cè)電路、信號(hào)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(jī)通信,上位機(jī)對(duì)污水水情實(shí)時(shí)監(jiān)控。采用HS-SR04超聲波傳感器進(jìn)行液位精密檢測(cè),型號(hào)為E-201-C的PH傳感器檢測(cè)溶液PH值,將PH信號(hào)由AD7705轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),并送至單片機(jī)處理,AS13-TTL無線通信模塊實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的無線傳輸,以獨(dú)立按鍵作為系統(tǒng)啟停與測(cè)量模式選擇開關(guān),實(shí)現(xiàn)水情系統(tǒng)的各項(xiàng)功能檢測(cè)。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 液位測(cè)量模塊

　　系統(tǒng)采用宏晶科技的STC12C5A60S2處理器為主控平臺(tái)。

　　STC12C5A60S2單片機(jī)[2]是一款STC增強(qiáng)型51單片機(jī),有1280字節(jié)SRAM,62K字節(jié)片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器,內(nèi)部集成8通道10位AD轉(zhuǎn)換器,雙串行口,STC12C5A60S2單片機(jī)具有豐富的I/O端口、定時(shí)器和PWM通道資源,非常適合測(cè)控系統(tǒng)。采用HS-SR04超聲波測(cè)距[3]完成液位的高度測(cè)量,該模塊測(cè)量距離范圍是0.02m～4m之間,測(cè)量精度高達(dá)3mm。HS-SR04模塊采用IO觸發(fā)測(cè)距,通過IO輸出一高電平,高電平持續(xù)時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間T,測(cè)量液位高度S的計(jì)算公式:S=340*T/2 。

　　2.2 溶液PH值檢測(cè)電路

　　采用型號(hào)為E-201-C 的PH復(fù)合電極檢測(cè)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(cè)溶液中氫離子進(jìn)行離子交換過程中,通過測(cè)量電極之間的電位差檢測(cè)溶液中的氫離子濃度,測(cè)得液體的PH值。該傳感器模塊的PH值測(cè)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(qiáng)、使用方法簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。PH傳感器檢測(cè)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(hào)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(hào)通過AD7705轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī),如圖3所示的信號(hào)處理電路。由TL431B穩(wěn)壓管、電阻和電容器件設(shè)計(jì)了+2.536V基準(zhǔn)參考電壓源,為AD7705轉(zhuǎn)換器通道1測(cè)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(jìn)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(shí)際測(cè)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(cè)控裝置測(cè)得的數(shù)據(jù)無線傳送到上位機(jī)管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)水情測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)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(shí)測(cè)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(jì)

　　將容積不小于1L的容器裝水后放置于測(cè)試臺(tái)上,啟動(dòng)測(cè)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(hào),系統(tǒng)主

　　程序初始化LCD12864,檢測(cè)功能按鍵選擇不同的測(cè)試項(xiàng)目,包括PH值測(cè)試與液位高度測(cè)試,圖4為主程序流程。

　　4 系統(tǒng)測(cè)試與誤差分析

　　4.1 系統(tǒng)測(cè)試

　　將水情測(cè)控裝置的各模塊電路正確連接后,啟動(dòng)測(cè)試,按如下步驟進(jìn)行測(cè)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(cè)液位的高度,用表格記錄下數(shù)據(jù),再用標(biāo)準(zhǔn)鋼尺測(cè)量,測(cè)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(cè)系統(tǒng)每次測(cè)量的PH值,與標(biāo)準(zhǔn)的PH測(cè)試筆測(cè)試結(jié)果對(duì)比,測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示。

　　4.2 測(cè)試誤差分析

　　從表1和表2數(shù)據(jù)表明:①液位的檢測(cè)在38秒內(nèi)完成,測(cè)量偏差在±4mm內(nèi),PH測(cè)試能夠在63秒內(nèi)穩(wěn)定測(cè)量并且測(cè)得的數(shù)據(jù)偏差不大于±0.1。②液位測(cè)試誤差主要集中在短距離測(cè)試過程,主要原因是水面抖動(dòng)不平整及周圍環(huán)境擾動(dòng)超聲波反射原因。③溶液PH值測(cè)試結(jié)果相對(duì)穩(wěn)定,偏差主要來自實(shí)驗(yàn)過程添加的白醋沒有及時(shí)擴(kuò)散,溶液混合不均勻引起。具體聯(lián)系污水寶或參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　5 上位機(jī)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　在Visual Basic 6.0平臺(tái)下開發(fā)污水水情上位機(jī)管理系統(tǒng)如圖5所示,通過無線串口AS13-TTL將下位機(jī)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(jī),此外上位機(jī)系統(tǒng)還具有遠(yuǎn)程控制水情測(cè)控裝置的啟停與測(cè)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(huì)嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境。文章設(shè)計(jì)的小型污水水情測(cè)控裝置實(shí)現(xiàn)液位與PH檢測(cè),該裝置最大液位測(cè)量高度約4m,測(cè)量誤差在±4mm范圍內(nèi),PH測(cè)試誤差在±0.1范圍內(nèi),上位機(jī)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水情測(cè)控裝置的遠(yuǎn)程啟停控制、測(cè)試功能選擇與數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)低成本、測(cè)量精度高,上位機(jī)系統(tǒng)人機(jī)界面友好。（來源：四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 蘇宏鋒）