一种在线式水中油监测器

牟辉龙 黄存款 张政

摘  要：固定水域的水中油监测对水域的环境保护有着重要作用，现有监测设备无法实现无线布设和实时在线监测报警，文章设计出一种在线式水中油监测器。该监测器以荧光分光光度法为检测方法，单片机为控制核心，独立电源供电，配备有独立的显示程序，可以实现对固定水域的水中油在线监测和无线布设。

关键词：水中油监测;在线检测报警;无线布设;荧光光度法

Abstract： The monitoring of oil in water in fixed waters plays an important role in the environmental protection of water areas， and the existing monitoring equipment can not realize wireless layout and real-time online monitoring and alarm. An on-line oil monitor is designed in this paper. The monitor takes fluorescence spectrophotometry as the detection method， single-chip microcomputer as the control core， independent power supply， and equipped with independent display program， which can realize online monitoring and wireless layout of water oil in fixed waters.

目前对港口、人工湖等固定水域水中油的监测主要是样本检测和便携式检测仪检测。样本检测法虽然结果准确，但不能实现实时在线监测。而在线检测以使用便携式设备为主，不能满足无线布设的需求。这两种检测方法对固定水域水中油监测的及时性较差。本文将成熟的传感器技术和单片机技术融合，并对设备进行无线化处理，设计出一种能够进行无线布设的在线式水中油监测器。

1 系统硬件设计

针对样本检测和便携式检测仪检测不能实现实时在线检测报警和检测设备无线布设的缺点，设计出一种新型的在线式水中油监测器，其示意图如图1所示。该在线式水中油监测器由水中检测设备和岸上显示設备组成，水中检测设备负责水中油的信息检测收集，显示设备负责数据存储显示和超标报警。水中检测设备和岸上显示设备采用无线通讯进行信息交互，实现水中检测设备的无线化布设。

1.1 荧光法

通过特定的传感器设计，荧光法检测水中油时不需要对检测溶液进行预处理，便于实现检测设备的在线化。和其它水中油的检测方法如重量法、色谱法、紫外分光光度法相比较，荧光法的灵敏度更高。由于利用的是分析被照射物质发出荧光的不同，荧光法在水中油的种类检测上也有很大的优势。

1.2 水中检测设备

水中监测设备包括前端传感器、信号处理电路、单片机控制单元和无线通讯模块。其工作过程：传感器检测到的水中油信息经过信号处理电路后发送至单片机控制单元，单片机接收信息后根据设定的程序发出动作指令，通过无线通讯模块将动作指令发送给岸上显示设备。另外，针对无线布设这一特点，在水中监测设备上还设计有可更换的独立电源模块，用以给整个水中检测设备供电。

（1）单片机选择

由于水中检测设备工作环境的特殊性，设备对控制单元的可靠性和节能能力要求较高。水中监测设备的控制单元选用AT89C51单片机作为控制核心。AT89C51单片机适用范围广，内部数据保留时间为十年，存储器可反复擦除1000次，便于后期设备升级维护。

（2）电源模块

水中监测设备的电源模块以锂电池为内核，对电池进行防水处理，可反复充电使用。水中检测设备设有独立的电池仓，打开电池仓即可更换电池。每一个水中检测设备配备两块电池，保证工作的连续性。

1.3 岸上显示设备

岸上显示设备包含无线通讯模块和电脑两部分。无线通讯模块直接装到电脑主机箱内，实现上位机和水中检测设备的互联。上位机需安装特定的显示程序，用以显示水中设备发出的信息。

1.4 无线通讯模块

无线通讯模块选用SA68D11无线数传模块，该模块可直接和单片机相连，模块经RS232转接后可与电脑连接。单片机处理得到的数据经无线数传模块发送给上位机进行显示或报警动作，上位机通过无线数传模块将操作指令发送给单片机。无线数传模块传输距离远可以满足大面积水域的水中检测设备布设，其传输质量高、速度快，可以满足及时报警的需求。如图2为无线通讯模块连接示意图。

2 程序设计

为适应不同环境下的监测需求，系统的程序分为两个模块。模块一是系统的主程序，模块二是显示设备的程序。将程序模块化，可以满足不同数量的水上检测设备的配置工作。水上检测设备的配置个数由具体水域的大小决定，这样就使得整个系统的适用性更加广泛。

2.1 主程序

主程序为单片机程序，是控制水中检测设备的程序。实际使用时主程序会下载到每一个水中检测设备的单片机内。主程序流程如图3所示。

主程序包含：（1）设备自检程序——完成设备初始化、通讯连接和传感器自检工作;（2）数据采集和处理——实现传感器检测周期的控制、报警值的预设，完成检测值和预设值的比较并将比较结果和动作指令送入无线通讯模块;（3）无线通讯程序——将接收到的比较结果以及动作指令发送给显示设备并接收显示设备发送的信息。

2.2 显示程序

为适应上位机配置和水中检测设备数量的不同，显示程序由VB语言写成固定的软件包，使用简洁，维护方便。

显示软件为每一水中检测器进行编号，对其测量信息进行单独显示。收到报警信息后，显示界面会发出报警提示并滚动播出报警设备的位置信息和检测值信息。显示界面中还有控制水中检测设备工作周期的定时设置，操作人员可根据环境检测要求调节水中检测设备工作周期，在保证检测结果的及时有效的同时，又延长了水中检测设备的工作时间。显示主界面如图4所示。

3 结束语

分析了目前固定水域水中油监测的常用的两种形式即样本检测和便携式检测仪检测的特点以及存在问题。根据固定水域水中油监测的特点，设计出一种在线式水中油监测器。将无线通讯引入在线式水中油检测设备中，实现了水中油监测的在线和无线化。通过设备和程序的模块化设计，解决了不同面积的固定水域水中油监测设备的配置问题，实现了多点监测的统一管理。

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