化工企业排放废水检测仪软件设计
本课题主要采用虚拟仪器技术、单片机技术、无线传感器网络技术、WIFI技术和机智云平台技术设计了一种基于LABVIEW的废水监测系统方案。该方案硬件系统采用PC机和SmartKIT-ESP开发板以及各种传感器，软件系统采用虚拟仪器软件平台LABVIEW,实现一种集监测、显示与报警为一体的远程实时监测系统。本次设计的传感器主要采用浊度、PH和温度传感器，各传感器检测废水参数后，将数据经过STM32单片机采集，利用WIFI模块技术向机智云发送所测参数值，数据读取有两种方式，用TCP/IP通信协议访问机智云或者VISA配置串口COM4读取数据，最后通过LABVIEW来处理、分析和显示数据，若数值超出预设范围，则报警指示灯变亮。本系统实现了在线测量、数据分析、历史数据保存和超限报警等功能，体现了化工企业废水多参数监测、管理、控制一体化。关键词 虚拟仪器技术，无线传感器网络， LabVIEW，废水监测系统
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景及意义 1
1.2 课题国内外现状及发展趋势 2
1.3 课题的主要工作及要求 2
2 总体方案设计 3
2.1 系统的原理 3
2.2 系统功能分析 3
2.3 系统的结构 4
2.4 系统无线传感节点 4
2.5数据采集模块 5
2.5.1 浊度传感器 5
2.5.2 PH传感器 6
2.5.3 温度传感器 6
2.6 SmartKITESP开发板 7
2.7 STM32单片机 8
2.8 无线传输模块 8
3 系统软件设计 9
3.1 软件总体框图 9
3.2 节点软件编程 10
3.3 机智云平台 18
3.4上位机软件设计 21
3.4.1 LABVIEW概述 21
3.4.2 软件结构 22
3.4.3 用户界面 22
3.5 模拟废水监测系统 24 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
3.6串口方式实现废水监测系统 26
3.6.1 监测系统 26
3.6.2 读取串口缓冲区 27
3.6.3 数据处理 28
3.6.4 报警模块 29
3.6.5 数据输出 30
3.6.6 历史数据 31
4 系统调试 31
4.1 调试安装 31
4.2 连机调试 32
结 论 34
致 谢 35
参 考 文 献 36
１ 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
我国是一个干旱缺水严重的国家。我国缺水最为严重的原因就是因为水污染十分严重，其污染源最主要来自于生活污水和工业废水的任意排放，所以导致我国可利用水资源大量的浪费，而且这样的水污染直接影响了人类的健康生活，因此我国环保部应当采取相应的措施。2014年2月，《水污染防治行动计划(送审稿)》通过国家环保部常务会，2015年2月中央政治局常务委员会会议审议通过《水十条》，第一条就是狠抓工业污染防治，其中工业废水污染也是重中之重。随着废水的种类和数量迅猛增加，水污染的情势变得越来越严峻。大量的水污染降低了水的使用功能，一定程度上让水资源的利用变得更加紧张，同时让我国实施的可持续发展的脚步变得更加缓慢[3]。我国环保部需要采取对应的措施来分析和监测污水水质。传统检测方式主要是需要人员到现场进行采样，然后拿到实验室分析采样水的成分，最后根据分析出来的数据才可以知道采样的废水是否达标，如此看来传统的检测方式复杂、不方便操作、检验时间长[8]。伴随着社会的发展和人民的生活需求，化工企业越来越多，废水排放量急剧增加，为了提高人民生活水平和保障人民生命安全就必须严格控制化工废水排放标准，其中废水检测仪器对废水的监测起到很关键的作用，因此对废水检测仪器的性能要求也需要提高。传统的检测方式完全不能满足当今社会的需求，所以传统的检测方式会慢慢被淘汰，将会有更加完善的检测方式代替它，虚拟仪器就这样应运而生。目前虚拟仪器已被很多化工企业广泛投入到废水监测计技术中，因为虚拟仪器能够满足当今社会新型测量仪器的性能要求，所以把虚拟仪器技术直接投入我国水质检测技术。然而本次研究的课题正是利用虚拟仪器来对化工企业废水多参数进行处理和分析，实现废水的在线监测。
为了让人类有一个更加舒适的生活环境，就必须合理的利用水资源，严格控制水污染，还应该加强对水资源的统一管理，想要更好的实现这些措施，就更应该采用LABVIEW对多污水的在线监测。在线监测的采集的速度相对于传统的检测速度增加好几十倍，而且需要的人员不需要太多，在线监测方便人员的操作，如果发现监测到的数据不符合水质的基本标准就直接启动报警功能，因此相关人员可以向相关部门反映情况，相关部门直接采取相应的措施去控制水质，让它再次达到标准。在线监测还有一个功能就是它可以保存采集到的数据，把它存到一个历史数据库，方便相关部门对水质的查询。综上所述，在线监测水质对控制水污染具有重大的意义。
1.2 课题国内外现状及发展趋势
水环境在线监测在国外起步较早，自动在线监测早在1970年美国、日本等发达国家对城市和企业的废水处理厂排水就已经实行。自1975，美国建立了水质监测网站进行在线监测废水。德国，日本和其他国家也建立了废水在线监测。经过多年的实践，取得了良好的效果。因此，从1970，美国和日本等国有水质测试仪器出售，但属于瞬时测量仪器。在19990年后，由于新技术和新工艺的发展，有了很多性能比较完善的水质检测仪浮出水面，水质检测的各个领域都广泛应用它。在线监测有实时在线监测和间歇在线监测两种方式，测定项目有ORP、TB、DO、WT、EC等[3]。
目前，我国在废水在线监测方面正处于探索阶段，相对于国外的废水检测仪，我国的废水检测仪的技术相对落后[3]。不过在山东等地方已经安装了不同类型的水质在线监测仪，在探索阶段的基础上，我国在废水检测仪也在慢慢的成长，但是由于我国对在线水质检测仪器的研究和开发并没有很大的投入，所以我们在这方面发展速度较慢。我国除了要对这方面进行支持外，还有学会在实践中不断摸索、不断总结经验同时还是需要借鉴国外比较优秀的设备技术，研究出更加方便更加完善的废水检测仪器。
1.3 课题的主要工作及要求
本课题可以实现两种方案：第一是通过有线USB作为传输数据渠道，利用串口通信协议技术、LABVIEW技术设计一种监测、显示与报警为一体的的在线监测系统。第二是以利用WIFI技术向机智云传送数据，用LABVIEW的TCP/IP协议获取数据，设计一种集监测、显示与报警为一体的远程实时监测系统；其主要内容有以下几个方面：
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景及意义 1
1.2 课题国内外现状及发展趋势 2
1.3 课题的主要工作及要求 2
2 总体方案设计 3
2.1 系统的原理 3
2.2 系统功能分析 3
2.3 系统的结构 4
2.4 系统无线传感节点 4
2.5数据采集模块 5
2.5.1 浊度传感器 5
2.5.2 PH传感器 6
2.5.3 温度传感器 6
2.6 SmartKITESP开发板 7
2.7 STM32单片机 8
2.8 无线传输模块 8
3 系统软件设计 9
3.1 软件总体框图 9
3.2 节点软件编程 10
3.3 机智云平台 18
3.4上位机软件设计 21
3.4.1 LABVIEW概述 21
3.4.2 软件结构 22
3.4.3 用户界面 22
3.5 模拟废水监测系统 24 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
3.6串口方式实现废水监测系统 26
3.6.1 监测系统 26
3.6.2 读取串口缓冲区 27
3.6.3 数据处理 28
3.6.4 报警模块 29
3.6.5 数据输出 30
3.6.6 历史数据 31
4 系统调试 31
4.1 调试安装 31
4.2 连机调试 32
结 论 34
致 谢 35
参 考 文 献 36
１ 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
我国是一个干旱缺水严重的国家。我国缺水最为严重的原因就是因为水污染十分严重，其污染源最主要来自于生活污水和工业废水的任意排放，所以导致我国可利用水资源大量的浪费，而且这样的水污染直接影响了人类的健康生活，因此我国环保部应当采取相应的措施。2014年2月，《水污染防治行动计划(送审稿)》通过国家环保部常务会，2015年2月中央政治局常务委员会会议审议通过《水十条》，第一条就是狠抓工业污染防治，其中工业废水污染也是重中之重。随着废水的种类和数量迅猛增加，水污染的情势变得越来越严峻。大量的水污染降低了水的使用功能，一定程度上让水资源的利用变得更加紧张，同时让我国实施的可持续发展的脚步变得更加缓慢[3]。我国环保部需要采取对应的措施来分析和监测污水水质。传统检测方式主要是需要人员到现场进行采样，然后拿到实验室分析采样水的成分，最后根据分析出来的数据才可以知道采样的废水是否达标，如此看来传统的检测方式复杂、不方便操作、检验时间长[8]。伴随着社会的发展和人民的生活需求，化工企业越来越多，废水排放量急剧增加，为了提高人民生活水平和保障人民生命安全就必须严格控制化工废水排放标准，其中废水检测仪器对废水的监测起到很关键的作用，因此对废水检测仪器的性能要求也需要提高。传统的检测方式完全不能满足当今社会的需求，所以传统的检测方式会慢慢被淘汰，将会有更加完善的检测方式代替它，虚拟仪器就这样应运而生。目前虚拟仪器已被很多化工企业广泛投入到废水监测计技术中，因为虚拟仪器能够满足当今社会新型测量仪器的性能要求，所以把虚拟仪器技术直接投入我国水质检测技术。然而本次研究的课题正是利用虚拟仪器来对化工企业废水多参数进行处理和分析，实现废水的在线监测。
为了让人类有一个更加舒适的生活环境，就必须合理的利用水资源，严格控制水污染，还应该加强对水资源的统一管理，想要更好的实现这些措施，就更应该采用LABVIEW对多污水的在线监测。在线监测的采集的速度相对于传统的检测速度增加好几十倍，而且需要的人员不需要太多，在线监测方便人员的操作，如果发现监测到的数据不符合水质的基本标准就直接启动报警功能，因此相关人员可以向相关部门反映情况，相关部门直接采取相应的措施去控制水质，让它再次达到标准。在线监测还有一个功能就是它可以保存采集到的数据，把它存到一个历史数据库，方便相关部门对水质的查询。综上所述，在线监测水质对控制水污染具有重大的意义。
1.2 课题国内外现状及发展趋势
水环境在线监测在国外起步较早，自动在线监测早在1970年美国、日本等发达国家对城市和企业的废水处理厂排水就已经实行。自1975，美国建立了水质监测网站进行在线监测废水。德国，日本和其他国家也建立了废水在线监测。经过多年的实践，取得了良好的效果。因此，从1970，美国和日本等国有水质测试仪器出售，但属于瞬时测量仪器。在19990年后，由于新技术和新工艺的发展，有了很多性能比较完善的水质检测仪浮出水面，水质检测的各个领域都广泛应用它。在线监测有实时在线监测和间歇在线监测两种方式，测定项目有ORP、TB、DO、WT、EC等[3]。
目前，我国在废水在线监测方面正处于探索阶段，相对于国外的废水检测仪，我国的废水检测仪的技术相对落后[3]。不过在山东等地方已经安装了不同类型的水质在线监测仪，在探索阶段的基础上，我国在废水检测仪也在慢慢的成长，但是由于我国对在线水质检测仪器的研究和开发并没有很大的投入，所以我们在这方面发展速度较慢。我国除了要对这方面进行支持外，还有学会在实践中不断摸索、不断总结经验同时还是需要借鉴国外比较优秀的设备技术，研究出更加方便更加完善的废水检测仪器。
1.3 课题的主要工作及要求
本课题可以实现两种方案：第一是通过有线USB作为传输数据渠道，利用串口通信协议技术、LABVIEW技术设计一种监测、显示与报警为一体的的在线监测系统。第二是以利用WIFI技术向机智云传送数据，用LABVIEW的TCP/IP协议获取数据，设计一种集监测、显示与报警为一体的远程实时监测系统；其主要内容有以下几个方面：
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