基于WIFI监测水质PH值系统

黄海霞+黄秋秋

【摘 要】城市排水管道污染是现代化城市建设急需解决的问题，也是城市水污染防治和城市排涝、防洪的骨干工程。本系统的主要任务是及时采集城市排水管道所排放的生活污水、工业废水的PH值，如发现城市排水管道水质PH值不在合格范围，便及时通知排水管道管理人员及时维护处理。本系统主要实现利用现代先进的WIFI技术传送水质的PH值参数，最终结果传送到PC机进行实时监控。城市排水管道的污染数据的采集主要是城市地下排水管道水质的PH值作为采集标本。预期达到能在PC机上监控城市排水管道的水质PH值。

【关键词】管道污染；PH值；PC机；WIFI技术

中图分类号： TP274 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）23-0120-002

【Abstract】Urban drainage pipeline pollution is an urgent problem that needs to be solved in modern urban construction，andsolution to this problem is also the backbone proj-ect in prevention and control of urban water pollution，drainage and flood.The main task of the system is to timely collection of the PH value of the domestic sewage and industrial wastewater from urban sewage pipes.If it finds the PH value is not within the qualified range，it will promptly notify the drainage pipe management in a timely manner to maintain treatment.The system mainly uses the modern advanced WIFI technology to transmit the PH value parameter to the mobile phone or the PC for the real-time monitoring.The collection of pollution data of urban drainage pipeline is mainly the pH value of urban underground drainage pipe water.It is expected to be able to monitor the PH value of the water from urban drainage pipe by the APP on the mobile phone or PC.

【Key words】Pipeline pollution；PH value；PC；WIFIT echnology

0 引言

近些年来，我国水资源严重不足，除了天然原因之外，再一个原因就是人为地破坏环境造成污染所致。对城市管道排水的管理是我国城市进行现代化建设非常重要的基础，设计出基于WIFI监测城市排水管道水质PH值的系统设计方案对我国城市居民的生活产生深远的影响。因为PH值指示着污水的酸碱程度，其范围为0～14。天然水的pH值一般在6.5至8.5之间。酸性水pH>8，碱性水pH<6，中性水pH为7。饮用水合适的pH范围是7～8.5，极限范围为6.5～9.2。污水中PH值大小对城市排水管道、水泵、闸阀和城市地面铁盖有一定的腐蚀作用[1]。太高或者太低的PH值，均可表明有工业废水的进入。例如污水中的硫化物会在酸性条件下，生成H2S气体。高浓度时使操作工人头痛、流涕、窒息甚至死亡。为此，发现PH降低必须加强监测，寻找污染源，采取对策[2、3、4]。

因此实时监控城市管道排水质PH值不仅能够有效避免在城市当中发生水灾，还能够检测城市水资源污染程度，及时对各种情况作出有效的处理措施，实现水资源的循环使用，提高了水资源利用率。本系统就采集城市排水管道水质作为标本，用PH传感器采集水质中PH值数据进行了分析。

1 国内外研究现状

我国污水的排放，只要有居民生活污水、工业污水。居民生活污水的排放自从1999年后占主要地位，之后十几来，居民污水在我国城市污水排放量中一直占据首要地位，并且逐年加重[1、2]。环境保护已经慢慢得到国家的重视，目前我国已将环保作为国策来抓。我国水质监测行业起步较晚，在进入21世纪之前，我国的水质监测传感器基本从国外进口，随着我国传感技术的不断发展，我国已经研究出具有国际先进水平的检测水质PH值的化学传感器。水质监测是是预防和治理水体污染的基础工作，是保护生态环境和保障人民饮水安全的关键环节。预计到2020年，随着人口增長和经济建设发展，地球上的污水量将逐步增加。全球的生态学家，呼吁全世界联合保护环境，保护人类共同的家园。近年来，各国对河流水质监测工作越来越重视。其中日本、苏联、美国在环境保护方面做得比较出色。日本与美国在实时监控水污染方面做的比较完善。

2 检测原理与方法

本课题研究的是用PH传感器采集城市排水管道水质的PH值，然后将采集到的信号传输给51单片机进行数据处理，再由单片机将数据传送给WIFI模块，最后通过WIFI信号将城市管道水质的PH值参数传送给PC机显示PH值数据，达到实时监控水质PH值的目的。一旦发现水质异常状态便可以在PC机上显示。系统工作原理图如图1所示。

近年来，物联网技术的快速发展促使水质污染物电子监测技术的快速增长。WIFI监测水质PH值系统包括PH传感器采样系统、信号处理系统、信号控制处理系统、WiFi传输数据系统，这些分系统既各成体系，又相互协作，以完成整个WIFI监控水质PH值系统的连续可靠地运行。endprint

为了有效实时监测水质污染物，监测水质PH值参数状态，进一步提高水质监测效率，有效推动我国环保事业的发展，本课题研究的是一个以WIFI传输数据到PC机，在PC机数据处理中心分析数据，判断水质PH值是否在正常的范围。运用系统自动判断、计算机在线显示数据，组成一个从取样、信息处理、数据处理到数据分析、存储和显示的完整系统，从而实现对水质PH值的在线自动监测。

系统判断的依据是清洁天然水的PH值为6.5～8.5，PH=7表示水是中性，酸性水pH>8，碱性水pH<6。PH值异常，表示水体受到污染。

3 系统硬件设计

系统采用以下技术方案：

3.1 对水质PH值的检测采用PH值采集傳感器模块（带温度补偿）采集城市排水管道的生活或者工业排放污水。测量pH值常用的和准确的方法是电极放于从城市管道采集的污水。测定时须用有准确pH值的标准缓冲溶液作为对照，温度对于pH值有一定的影响，因此本传感器采集模块具有温度补偿功能可以调整采集的水质PH值参数。

3.2 微处理模块是用AT89S51单片机作为控制系统。AT89S51单片机是AT公司生产，采用40脚封装形式，低功耗，高性能8位单片机[6、9]。

3.3 WIFI模块采用的是ESP8266 WIFI模块。ESP8266通过uart传到Host。ESP8266只负责将数据传到目标地址，不对数据进行处理[7、8]。

4 系统软件设计

4.1 PC机显示PH值数据部分软件利用JAVA语言编写的显示界面。

4.2 微处理器端程序采用Keil uVision3作为开发平台，主要采用C语言编程完成编程工作有：信号采集、数据存储、信号处理及传输WIFI信号。

4.3 ESP8266 WIFI模块需要在PC机安装TCP调试工具，设置TCP参数。设置的TCP参数必须要与单片机代码里的IP地址，端口号一致。当TCP工具显示连接WIFI信号成功后，PC机方可连接上WIFI模板的WIFI信号。

5 结论

水污染监测系统监测参数通常有水温、流速、流量、pH值、电导率、溶解氧、铵离子、氰离子、硝酸根、COD、TOC等。传感器随测试的参数不同而不同。传感器部分主要完成数据采集、微处理模块主要完成记录、贮存等功能，WIFI模块主要完成传输功能，PC机主要完成显示功能。水污染监测系统主要自动实时监测水质PH值。它一般安装在人群生产、生活有重要影响的城市排水管道中，其运转和维护费用亦较高。初期研究主要到城市各个生活小区，工业区地下排水出口处采集水质标本作为研究对象。通过本项目，学习了关于水质污染物溶解于水中呈现的PH值信息，WIFI信号的传输，PC机端显示界面的研发。

【参考文献】

[1]林树彬.国外水质监测工作的现状和发展趋势.中国水利.1984.7

[2]乔刚，唐中辉.我国水质监测制度的缺陷及其完善.中国环境资源法学研究会.2005.8.5-9

[3]刘丽丽.全力搞好水质监测与管理推进水务工作高效安全和谐发展.城镇供水.2013.6

[4]李世馨.模拟电子技术基础.高等教育出版社.2001.12 3

[5]任为民.电子技术基础课程设计.中央广播电视大学出版社.1997.5.1

[6]张毅坤.单片微型计算机原理及应用.西安电子科技大学出版社.1998.9.1

[7]张天佑.WIFI技术的应用与展望.产业与科技论坛. 2014.3：98-99.

[8]李光斌.基于WiFi技术的井下无线通讯研究.通讯世界.2017.6.

[9]张毅刚.计算机原理及接口技术.人民邮电出版社.2011.2

[10]郭天祥.新概念 51单片机C语言教学.电子工业出版社.2009.endprint