智能家居水质监测系统的研究与设计

【摘 要】居民饮用水环境一直以来作为重要研究课题，通过对水质的监测可为居民提供健康保障。文章对水质监测系统进行概述，介绍系统内部结构，对智能家居水质监测系统的结构组成进行分析，并做出相应的设计，完善智能家居水质监测系统。

【关键词】智能家居;水质监测系统;设计研究

【中图分类号】TP273.5 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）07-0060-02

0 引言

随着科学技术的不断进步，水质监测系统现已逐步引进智能家居系統中，通过对居民用水环境进行监测，利用传感器和电子元件对水质进行监测，对水质中的pH浓度、氨氮含量和溶氧量进行相应的数据采集。通过系统内部元件对采集数据信息进行传输，在设备终端进行显示，使用户对水质进行实时监控，同时系统内部的自检系统可对水质进行智能化监测，为用户提供正确的监管途径。

1 水质监测系统概述

随着社会经济的不断发展，国家有关部门开始对用水环境进行监测，使居民可使用健康水源，通过技术人员对监测系统的不断优化，可使其对水质进行全方位监测[1]。当前，水质监测一般由水质测量设备、通信式网络工程、前端口监测设备和监测数据中心等组成，通过其系统的运行可对整体用水环境实施监测。水质测量设备以传感器为主，对水质的内置结构进行分析和检测，包括溶解氧测量传感器、pH值测量传感器、氨氮测量传感器、浑浊度测量传感器和可溶性盐浓度（EC）测量传感器等[2]。通信式网络工程对信息进行传输和备份，工作人员可对水质的情况进行实时分析，其传递信息的方式以GPRS、4G、3G等较为常见。前端口检测设备是指整体水质的终端监测系统，将水质测量设备的数据信息通过网络进行传递，并进行在线分析，可对错误信息进行处理并进行预警，方便工作人员制定相应的措施。监测数据中心为技术人员提供数据动态显示，并可对信息进行及时的监控，包括服务器、水质资源系统和屏幕显示器等。

2 智能家居水质监测系统结构组成

2.1 水质监测设备系统

当前对家居用水进行监测过程中，由于其整体用水环境的水源净化方式，只需对水质氨氮含量、pH浓度和溶氧量进行分析，对水质采取同水源多途径的处理方式，对水质形成全面监测[3]。智能化的不断应用，使部分操作进入全自动处理模式，使其对水质可以进行完整的监测。通过氨氮测量传感器可对居民用水中的氨氮量进行数据采集，水中氨氮元素可在特定条件下转化为亚硝酸盐，当居民长时间引用此种水质时，将导致亚硝酸盐和身体内部的蛋白质发生反应，生成致癌物质亚硝胺，影响居民的健康。通过pH值测量传感器可对水质进行pH数据采集，通过对水中酸碱性含量的测定，确定水质的当前质量，通常情况下水是中性物质，其pH值一般为7.0，可由pH的具体检测值来确定水质是否受到污染等。通过溶解氧测量传感器可对水中的溶氧量进行数据采集，水质的自净化能力取决于水中溶氧量的大小，并可提升居民的免疫力等，同时可抑制水中的细菌滋生等情况。

2.2 水质终端控制系统

水质终端控制系统对信息进行采集，通过单片机对系统进行指令信号的传输，在对其电源进行控制时，一般以其安装环境为基准，通过单片机所能承载的最大电压进行适应性供电。当前智能家居中，一般民用电压为220 V，在对其进行电源配置时，需通过降压转化器对其进行供电，在家居使用过程中，由于家居电器较多，易受到电磁影响，应在装置附近安装防辐射设备，使其可进行正常操作。水质终端控制的串口式通信模块，将程序与设备相连接，为其提供信息传输，在对其进行设置时，应采取相应型号的设备，并在接口处设置多引脚，以满足对信息的多途径传输，通过实体式接线传输，可提升数据信息的稳定性，减少电磁信号的干扰，达到对水质的正确选择。其接口应处于多兼容模式，在对其进行更换选择时，型号选择范围较广。网络接口作为信息传输的实体化作用，将数据信息与串口式通信模块进行连接，其设备在进行选择过程中，应加强对信息传输能力的检测，网络接口在整个系统中占据重要位置，数据信息传输速度大小取决于网络接口的性能。传感器采集模块主要是对信息进行采集，由于传感器内电子元器件较为精密，应对其电流和电压进行严格控制，防止因电流或电压过大使传感器内电子元器件损毁，导致传感器无法使用。传感器在进行电压信号传输时，直接将信号传递到单片机内部，应对其进行稳压设定，当传输的电压信号大于单片机信号时，应在整体电路中设置相应的阻抗元件。

2.3 网络信息服务系统

在整个系统运行过程中，需对数据传输信息进行严格控制，将采集到的数据信息由传输模块进行终端系统展示，在对信息进行读取时，应选取正确型号的端口连接器，使其对设备进行精准传输，对其进行选择时，应依据实际使用环境进行型号上的选择。在选用过程中，应以其体积和性能为第一方向，其体积小在安装过程中可节省相应的空间，其性能稳定可增加其传输数据的合理性，并可适用于多环境工作。网路信息模块应提供相应的反馈服务，将数据信息中心进行决策性处理，并将数据信息以网络信息的途径反馈到用户手中，方便用户对其进行了解。其信息在传输过程中，以多信道的传输方式将信息进行终端传输，其数据信息经过系统处理进行相应备份，为用户及技术人员提供信息查询系统。

3 智能家居水质监测系统的设计模块

3.1 传感器模块

在对水质进行监测时，一般由传感器对水质进行采集，通过溶解氧测量传感器、pH值测量传感器、氨氮测量传感器等进行信息采集，在实际操作时，应依据传感器的特性进行相应的设置。其中，溶解氧测量传感器在长期使用过程中，由于其测量敏感性较大，将导致测量结果产生相应的偏差，不利于对数据进行精准性分析，应定期对长时间工作的传感器进行校准，并将其内置氧离子测试液进行相应调节，提升其采集精准度。pH值测量传感器和氨氮测量传感器经过长时间使用后，应对传感器进行定期校准调节。在对氨氮测量传感器进行调节时，应注意传感器的工作状态。由于氨氮监测精度较高，应对其检测液进行二次调节，防止其极小误差范围造成对氨氮含量的监测不均，进而使水中产生低浓度亚硝酸盐。其传感器在使用过程中，一般应按照具体说明进行使用，其校准系统由传感器厂家提供。

3.2 水质采集终端模块

在对水质采集终端模块进行实现时，通过主程序控制机构完成对整体模块的操作，使模块通过顺序性控制达到对系统的操控，使模块之间协同合作，并增强其整体逻辑性。通过AD采样机构可对模塊进行相应的初始化，当信息完成当前传输状态时，可对数据信息进行初始化，开始对水样进行下一周期的采集。通过AD采样机构可实现对水样的采集，传输数据，并完成相应的指令动作。串口机构作为模块内部的通信程序，可对数据信息进行实体传输，通过多引脚模式实现数据信息的稳定传输，其内部应设有初始化程序，可防止在对数据传输过程中，集成系统的反应速度与当前传输速度不一致，造成数据的二次传输等，造成结果数据不准确等严重影响。

3.3 数据信息单元传输模块

在进行网络数据传输过程中，数据信息单元传输模块通过对数据信息进行转换，将水质采集终端控制与网络信息服务终端构架信息信道传输路径[4]。在数据传输过程中，为保证数据信息的完整，应对硬件接口进行加固式连接，防止引脚不良导致数据信息传输丢失，同时应做好相应的电磁防护措施，防止系统内部精密元器件由于电磁影响导致无法正常传输数据。在进行相应的配置时，应对单片机在串口通信的速率进行严格审核并规定相应的配置，将外网地址和数据端口进行正确配置，使系统正常运行。网络信息服务终端作为整体数据的外显示设备，可将监控数据信息进行实时展示，此外显示设备作为智能家居中用户唯一接触的硬件设备，应对其进行相应优化，使其满足用户的体验要求。

4 结语

本文对水质监测系统进行了研究，对监测系统组成部分进行了分析，通过对水质监测设备系统、水质终端控制系统、网络信息服务系统的详细介绍，明确其工作原理与具体作用。在进行具体设计时，应注意内部电子元器件的稳定性，保证数据信息的正确传输，在对其内部模块进行技术实现时，应保证模块内部的协作性，提升数据信息传输的精准度，保证智能化家居水质监测系统可持续运行。

参 考 文 献

[1]陈爽，刘威，纪立威.远程可控船载水质监测系统的设计与实现[J].信息技术，2018（9）：33-37.

[2]吴迪，杨昊.在线式多参数水质监测系统的设计与开发[J].中国计量大学学报，2018，29（3）：259-264，275.

[3]卢明阳.水质在线自动监测系统的设计及管理分析[J].科技风，2018（20）：191.

[4]王方杰.基于组态王的多参数水质监测系统的设计与实现[J].电脑知识与技术，2018（18）：250-251.

[责任编辑：钟声贤]