摘要：為了監(jiān)測生產(chǎn)和生活中的污水排放情況,，通過對虛擬儀器的介紹，應(yīng)用LaLbVIEW軟件穩(wěn)定快速地對污水的流量,、液位,、溫度、pH,、BOD,、COD、TOC,、TOD,、氨氮和總磷等各個參數(shù)進(jìn)行基于無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集，然后在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行實(shí)時顯示和綜合分析,，為污水水質(zhì)的在線監(jiān)測提供了一整套完整可靠的系統(tǒng),。經(jīng)測試，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)良好,，達(dá)到了預(yù)期效果,。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW,；污水水質(zhì),；在線監(jiān)測

    水是人類生產(chǎn)生活中不可缺少的物質(zhì)資料，是寶貴的自然資源,。在日常生活,、工業(yè)生產(chǎn)中扮演著重要角色。隨著人類社會的發(fā)展,，對水資源的過度開采和使用,，水污染問題越來越嚴(yán)重，已經(jīng)引起了各國的注意,。為了掌握水體資源的變化程度,，各國加強(qiáng)了對污水排放的處理和更加高標(biāo)準(zhǔn)的污水管理。隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展,，使得工業(yè)污染日益增加,，水環(huán)境污染問題變得日益嚴(yán)重。近年來,，我國水環(huán)境質(zhì)量雖有所改善,，但環(huán)境污染仍處于相當(dāng)高的水平。隨著水環(huán)境污染的加劇,，對水環(huán)境質(zhì)量及變化趨勢進(jìn)行大量實(shí)時,、準(zhǔn)確地監(jiān)測是當(dāng)前水處理工作面臨的難題和新的挑戰(zhàn)。
    由于較高要求的污水排放標(biāo)準(zhǔn)，就需要對污水水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時的精密監(jiān)測,。以前靠人工的方法來監(jiān)測,，這種方式需要的人力資源很大，并且監(jiān)測時間長,，誤差大,，由于不同技術(shù)員監(jiān)測數(shù)據(jù)，主觀因素比較強(qiáng),，穩(wěn)定性差,，可靠性低，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的要求,。本文利用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計了一個新型的污水在線實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng),，可以通過無線技術(shù)把遠(yuǎn)處的傳感器數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心，然后再進(jìn)行綜合分析,，得出科學(xué),、實(shí)時的水質(zhì)信息，為污水治理,、環(huán)境監(jiān)測起到了極大的推動作用,。

1 虛擬儀器簡介
    虛擬儀器充分利用計算機(jī)快速運(yùn)算、方便存儲,、形象顯示及靈活多樣的特點(diǎn),，把計算機(jī)作為儀器的基本硬件平臺，把傳統(tǒng)儀器的專用功能和硬件功能軟件化,，使傳感器與計算機(jī)結(jié)合起來,，形成新型儀器。這兩者融為一體,，構(gòu)成了一臺儀器,，功能與傳統(tǒng)硬件儀器相近，甚至更加強(qiáng)大,，性能更加穩(wěn)定,。
    虛擬儀器由美國國家儀器公司提出，經(jīng)過多少年的發(fā)展,，現(xiàn)在已經(jīng)相當(dāng)成熟,。它除了能完成傳統(tǒng)儀器的所有功能外，還能完成更加強(qiáng)大的功能擴(kuò)展,。把以前由廠家決定的儀器功能轉(zhuǎn)變?yōu)樽層脩糇约哼x擇和決定儀器功能,。同時儀器使用的范圍和使用更加靈活，可以同時按用戶要求和使用環(huán)境修改,。

2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)
    污水的在線監(jiān)測項目主要包括流量,、液位,、溫度、pH,、BOD5、COD,、TOC,、TOD、氨氮和總磷等,。對于這些量的監(jiān)測,，環(huán)境比較復(fù)雜，不可能在靠近中控室附近．所以本文中應(yīng)用了無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),，把傳感器測量到的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸,，送到數(shù)據(jù)中心進(jìn)行集中處理，方便了數(shù)據(jù)綜合分析,，可以靈活的安裝傳感器,，不再受位置影響。
    這里應(yīng)用的無線網(wǎng)絡(luò)模塊是X124L01,，此無線網(wǎng)絡(luò)模塊可以支持2 M的數(shù)據(jù)量,，能夠很好的解決大數(shù)據(jù)量的問題。通過無線網(wǎng)絡(luò)獲取數(shù)據(jù)后,，在調(diào)理板進(jìn)行數(shù)據(jù)的調(diào)理及轉(zhuǎn)換,。然后通過USB數(shù)據(jù)采集卡送到計算機(jī)，如圖1所示,。

3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)
3．1 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    系統(tǒng)主要具有以下6個功能：
    1)基本信息管理功能管理用戶的權(quán)限內(nèi)容,，以及用戶自身的個人信息，如密碼和中文名的修改,，同時可以管理個人的收藏夾,，對于重要的數(shù)據(jù)報表能夠生成一份自己的存檔。
    2)遠(yuǎn)程監(jiān)測功能 遠(yuǎn)程傳輸現(xiàn)場的實(shí)時場景,，監(jiān)測現(xiàn)場儀器的運(yùn)行狀態(tài),，并且保存運(yùn)行狀態(tài)記錄。
    3)數(shù)據(jù)存儲,、查詢,、發(fā)布和統(tǒng)計功能采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理后存儲到本地數(shù)據(jù)庫，可以實(shí)現(xiàn)全部數(shù)據(jù)查詢,、按時間查詢以及按數(shù)字量查詢的查詢功能,，并對數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行添加、修改和刪除,，還可生成報表,。
    4)超限報警功能通過設(shè)置各參數(shù)儀表量程和超標(biāo)界限能夠提供多樣化,、靈活的報警功能，當(dāng)檢測到參數(shù)值超限時報警燈點(diǎn)亮,，可以保障現(xiàn)場設(shè)備安全穩(wěn)定的運(yùn)行,。
    5)小波濾波功能可以消除在數(shù)據(jù)采集過程中真實(shí)信號受到干擾噪聲的影響，保證數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度,。
    6)智能決策功能能夠通過對輸入的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯分析,，并且與經(jīng)驗(yàn)知識庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，利用當(dāng)前的數(shù)據(jù)對未來的發(fā)展趨勢做預(yù)測,，這種預(yù)測是建立在對數(shù)據(jù)的綜合分析以及大量實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,，具備一定的準(zhǔn)確度，能夠?yàn)樽罱K決策提供意義重大的指導(dǎo)作用,。
    上位軟件的實(shí)現(xiàn)是系統(tǒng)的關(guān)鍵,，這里應(yīng)用了LabVIEW軟件進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。對于污水在線監(jiān)測系統(tǒng),，先要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,。本文通過數(shù)據(jù)采集卡USB2832對所有物理量和化學(xué)量和進(jìn)行信號采集，然后再送到計算機(jī)進(jìn)行各個參量的監(jiān)測及記錄,。軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示,。

3．2 軟件設(shè)計
    LabVIEW軟件是圖形化編程軟件，分為用戶顯示前面板和程序控制后面板兩部分,。前面板用于放置結(jié)果及輸入控件,，主要是完成用戶交互相當(dāng)于儀表操作面板：后面板主要進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及處理，相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器的控制主板,。
    本文先要進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的處理,，對數(shù)據(jù)處理后，分析出相關(guān)的量送到對應(yīng)的顯示控件顯示,，并按用戶操作進(jìn)行相應(yīng)的處理,。采集到的數(shù)據(jù)從緩存中讀取后，是存放在一維數(shù)組中,。這些數(shù)據(jù)是按變量0,、變量1…，變量15,、變量0,、變量1…這樣重復(fù)的方式保存。LabVIEW軟件有豐富的函數(shù),，直接應(yīng)用現(xiàn)成的一個數(shù)組抽取函數(shù),，把一維數(shù)組分解為16個一維數(shù)組，每一個數(shù)組分別表示一個變量值,。同時,，要對數(shù)據(jù)進(jìn)行指定類型的濾波,，以消除不需要的干擾。濾波使用的是中值濾波器和貝塞爾濾波器等,，濾波可以除去傳感器波動干擾和延時干擾,，得到平滑穩(wěn)定曲線。采集實(shí)時數(shù)據(jù)顯示如圖3所示,。

    在系統(tǒng)中對獲取的各個參量進(jìn)行了上下限報警控制,，方便系統(tǒng)在使用中能夠安全預(yù)警。報警界面中,，包括正常顯示時狀態(tài)指示燈和報警狀態(tài)下的指示燈。這里指示燈以不同顏色顯示不同狀態(tài),，當(dāng)在正常范圍內(nèi)顯示綠色,，在發(fā)出報警時顯示紅色。這一功能的實(shí)現(xiàn)是通過指示燈控件來實(shí)現(xiàn)的,，如圖4所示,。

    同時對數(shù)據(jù)實(shí)時進(jìn)行了預(yù)測，方便在使用中對未來數(shù)據(jù)按照當(dāng)前的狀態(tài)進(jìn)行趨勢預(yù)測,，以提前采取手段進(jìn)行處理,。還利用無線攝像頭，對污水表面進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視,。這里使用了相機(jī)OCX控件進(jìn)行控制,，可以實(shí)現(xiàn)對實(shí)時圖像顯示、拍照,、相機(jī)調(diào)節(jié)等,，如圖5所示。在系統(tǒng)中同時還導(dǎo)入了GIS數(shù)據(jù)庫,，可以進(jìn)行指定區(qū)域的搜索與定位,，方便了對不同區(qū)域水質(zhì)進(jìn)行對比監(jiān)測。

4 結(jié)論
    虛擬儀器是傳感器和計算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的產(chǎn)物,，是人們對信息快速獲取及綜合分析必須的趨勢,，是污水水質(zhì)在線監(jiān)測高效率解決方案的最佳工具?；贚abVIEW的工業(yè)污水水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)具有一個非常人性化的人機(jī)界面,，功能全面、操作簡單方便,，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)污水水質(zhì)多參數(shù)的整合監(jiān)控與管理,。經(jīng)測試，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)良好,，達(dá)到了預(yù)期效果,，至此可以得出如下結(jié)論：
    1)可以快速獲取遠(yuǎn)程污水的TOC,、COD、BOD等各類參數(shù)信息從而進(jìn)行實(shí)時顯示,，利用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)管理大量的實(shí)時數(shù)據(jù),，且有計算機(jī)硬盤作為存儲容器，可把相當(dāng)長時間的數(shù)據(jù)存儲下來,，方便日后查閱分析,，并能夠進(jìn)行及時準(zhǔn)確的報警提示。
    2)能夠結(jié)合歷史數(shù)據(jù),，繪制綜合曲線圖,，方便準(zhǔn)確的進(jìn)行數(shù)據(jù)的綜合分析，并能預(yù)測未來數(shù)據(jù)趨勢,，做到提前調(diào)節(jié)及準(zhǔn)備應(yīng)對方案等,，在實(shí)際使用中效果很理想。
    3)可以實(shí)時通過遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測各類情況,，也可以通過GIS信息數(shù)據(jù)庫,，進(jìn)行不同區(qū)域的信息比對和綜合分析。