小区智能水质检测与分析系统

张健伟 郭健 郭佳君

摘 要：随着生活水平的提高，人们更加渴望健康的生活方式，也越来越关注与我们的生活息息相关的水质问题。当前，水污染变得越来越严重，与水污染相关的疾病不断频发，但是，目前水质检测主要依赖于实验室的设备分析，这些设备检测所需时间长，且分析检测中需要消耗大量昂贵的化学试剂，因此，不能满足水质检测广泛应用的迫切需求，也不能实时反馈数据给用户。本文主要研究利用简单的电子设备、化学试剂、相关单片机电子技术及数据库分析技术，较低成本地检测水质情况，并把检测数据通过短信等智能方式反馈给每一个用户，保证数据的及时公开，使人们及时有效地了解水质状况。

关键词：水质检测；传感器技术；单片机；数据库分析；智能化；短信反馈

1 系统功能

设计具有分析作用的智能水质检测系统，其目的在于将水质相关数据及时公开化，便于用户更好地了解水质检测结果。系统的实施对象是小区用户，系统采用体积小巧、功能强大、价格便宜的单片微型计算器作为客户家庭的水质数据采集端，与单片机连接到相应的水质传感器作为信号收集端并发送给单片机作初步处理，同时单片机与计算机保持实时通信。随后，计算机将结果通过GSM（Global System for Mobile Communication）主机模块从而获取整个小区的水质检测结果。最后，系统通过CAN（Controller Area Network）总线传输信息，可靠方便，且保证了用户及时了解水质状况。

2 系统结构与框架

小区智能水质检测与分析系统通过专用水质检测传感器收集信号、计算机采集实时数据，并将数据传送至数据采集终端从而实现小区水质检测智能化；数据采集终端通过CAN总线方式接入计算机数据库管理系统，对采集数据进行分析、存储、图形显示等功能。

整个系统的设计结构与框架如下图所示：

3 系统实现方法

3.1 系统规划与设计

设计水样采集装置，利用现有水质检测传感器检测小区水源技术指标，如微生物、pH值、浊度等并由单片机采集装置实时传送至数据管理服务器；运用面向对象编程技术和数据库技术分析、存储、并绘制各技术指标历史曲线并将实验数据和普查中所得参考数据进行对比，分析相对误差从而得出检测结论，并及时向小区用户公开。

具体设计步骤如下：

3.1.1水样采集

设计水样采集装置，同时建立数据库，并存入市场调查数据。利用专门的水质传感器采集相应检测指标：TDS（Total dissolved solids，溶解性总固体）、浊度、余氯、pH值；

3.1.2数据传输

单片机根据编写的程序指令将初始数据分为4路，随后通过总线传输给上位机；

3.1.3数据处理

上位机内的数据库具备数据的增删查功能，上位机根据传输过来的数据对比之前存入的市场调查数据进行汇总分析并绘制比例图，之后在查阅界面上将其进行直观分析，从而得出水质检测结果；

3.1.4数据反馈

上位机将分析完的数据结果发送到GSM模块，GSM模块再以短信的方式发送给之前预留过电话号码的用户。

3.2 单片机数据处理技术

本系统对于单片机的数据处理技术的采用是一大亮点。在对水质进行简单检验和处理的过程中，系统采用专门的水质传感器，用于采集相应水质的具体检测指标，为节约系统设计的成本考虑，我们用信号发生器来代替，以保证检测水质的可靠性和可实施性。

系统利用赋予单片机具体任务并完成，即单片机执行指令，采用8051式通用型单片机对数据进行收集和储存。在这过程中，我们首先了解单片机的组成，由微处理器（运算器、控制器）、存储器、接口适配器，输入输出I/O设备组成。

除此之外，我们要了解关于计算机常用二进制码，例如BCD，ASCII等。对主芯片各个引脚功能的认识，哪个是用于输入和输出，哪个是用于储存，具体储存到哪里，以及哪个引脚是高低电平等。以及输出数据是需要如何进行查找，采用间接寻址还是直接寻址，以及传输形式为并行通信还是串行通信，并且采用A/D转换电路。最后的关键点便是编写相应地程序指令，让单片机实现这一系列的功能。

单片机具有微型处理和成本低的优势，目前占据市场的主导地位。在单片机对采集数据进行分类处理的过程中，我们会对芯片技术、芯片程序的具体化、实现数据采集、数据传输、利用高低电压电路对键盘进行控制等也有更进一步的认识。

3.3 系统创新之处

该系统创新之处在于水质检测信息智能公开化。上位机通过AT指令控制GSM模塊，并且GSM模块里已经预留了目标用户的电话号码以及编辑好的短信模板。

上位机将之前分析完的数据结果发送给GSM模块，GSM模块再根据相应的数据结果以对应短信的方式及时反馈给目标用户。如此则保证了数据的公开性，便于用户更及时地了解小区水质的真实状况。

参考文献：

[1] 国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》委会.水和废水监测分析方法（第四版），2002.

[2] 谢炜平.水质检验技术（第二版）.中国建筑工业出版社，2015.

[3] 费学宁.现代水质监测分析技术.化学工业出版社，2005.

[4] 赵爽.水质检测数据管理系统的设计与实现.哈尔滨工业大学，2015.