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基于水环境监测运行设计与应用

发表时间：2020/10/13 来源：《基层建设》2020年第19期作者：石国强张宏良

[导读] 摘要：现阶段，我国的水环境问题越来越受到重视。各行业对于水资源使用强度越来越强，水资源开发已经超出了负荷，造成了水资源环境恶化。

        嘉兴华才检测技术有限公司浙江嘉兴 314500
        摘要：现阶段，我国的水环境问题越来越受到重视。各行业对于水资源使用强度越来越强，水资源开发已经超出了负荷，造成了水资源环境恶化。文章对水环境运行监测设计与应用进行分析，给出了水环境监控处理系统的硬件设计方案。
        关键词：硬件设计；低功耗；水位监测；微控制；电力数据采集
        引言
        水环境监测在水资源保护与防治中发挥着重要作用。水环境监测结果反映了水环境质量的现状和变化趋势。水环境监测不仅为制定水资源保护与预防管理措施提供依据，而且为水资源保护与预防的具体实施措施提供数据支持。因此，在水环境监测过程中探索水环境监测质量控制措施，不仅可以保证监测数据的准确性和可靠性，而且有助于水环境管理。
        1水环境监测工作存在的问题
        目前来说，水环境监测实践中较为突出的问题如下：（1）监测系统问题。当前环境水检测机构方面，存在着相似度较高的情况，体现在检测功能和检测设备等，重复建设以及资源浪费等问题突出。除此之外，监测区域之间的信息共享程度不高，难以有效掌握污染源头和程度，影响着防治工作的开展。除此之外，突发情况的应对能力需要提高。（2）监测分析。造成水污染的因素较多，需要做好全面分析，掌握污染形成的具体原因，进而采取针对性措施。监测工作中，监测分析工作存在薄弱情况，影响着监测结果的利用率，需要加以完善和优化。（3）监测技术问题。随着环境水监测水平的不断提高，新设备和新的分析方法的涌现，为应急监测和动态化监测等工作的开展，提供了多样化选择。
        2水环境监测运行设计与应用基础与依据
        水环境自动控制系统就是将水位信号转换为系统能处理识别的模拟量信号，MCU对这个模拟量信号进行处理分析并与设定阈值进行综合对比，根据分析结果去控制交流接触器，交流接触器再控制一个水泵，并通过反馈原理实施监控水位积水情况达到水位自动控制的目的。水泵有各种各样的工作方式，所以交流接触器也有多种设计方案，这些电气元件按照设计方案连接起来就是电气控制箱。水泵电气控制箱是很常用的控制设备，工作可靠、使用寿命长。影响水位自动控制系统可靠性和使用寿命的关键因素是液位传感器，就是将水位信号转换为模拟量信号这一部分。现在主要有电极式、UQK/GSK干簧管式、光电式、压力式、GKY和超声波式等几种方式。
        3基于水环境监测运行设计
        3.1数据采集系统设计
        第一，传感器系统，这也是进行数据采集的基础设备，从实际应用情况来看，使用到的传感器有GPS传感器（用于坐标点定位）、水质传感器（区域水质数据采集）、气象传感器（区域气象数据采集）、罗盘传感器（监测点方向变化情况）、氮、氨氮、总磷传感器（进行氮、氨氮、总磷浓度的采集）。第二，通讯协议，这是确保数据信息可以顺利传输的基础条件，通讯协议需要具备较高兼容性，同时搭配相应的频带宽度，提高数据传输的及时性。第三，数据分析系统，主要工作内容是进行采集数据的分析处理，处理后的数据进行入库处理，以此来提高数据信息的应用应用价值。
        3.2系统的硬件设计
        （1）模拟量采集部分采用高速处理外部电路配合主芯片同步采集处理12位ADC为逐次逼近型模数转换器，各通道的转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行，转换结果以左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器中。通道采样时间可编程，总转化时间可缩减到1μs。（2）系统设置相关I/O口为开关量输入端口，并且通用的I/O可以配置到16个外部中断线上。开关量信号由IN端口输入，电容C与电阻R构成一阶低通滤波器滤除高频噪声，减小信号的毛刺，采用光耦合器TLP521实现现场开关量与STM32间的电气隔离，提高电绝缘和抗干扰能力。（3）从低功耗设计理论依据的分析可以得出，电源电压对系统的功耗影响最大，而系统在高、低功耗状态下使用不同的电源，故系统中电源模块的设计非常重要。

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因此电源系统采用了低功耗电源转换芯片，对整体电路进行供电，此外稳定的电源、低纹波也是保证系统稳定低功耗运行的关键之一。并且电源部还设计有后备电源保障设备在异常情况的掉电时的应急处理。
        3.3二级缓存技术
        为了提高数据信息的直观性，在采集到数据信息之后，会对其进行图表的制作，相较于单一的数据，图表所占内存较大，而且数据信息量较大，如果信息传输速度较慢，也将直接影响到数据信息查询速度。这样导致的界面情况会处于数据更新界面，影响到了用户的体验度。针对此类情况可以使用二级缓存技术进行处理，即将查询页面进行分页，利用传递参数page来获取目前页面的数据，同时对后续页面数据进行缓存，这样在用户下拉访问下一页数据时，已经缓冲好的数据可以及时呈现出来，从而提高了用户进行数据信息查询时的体验度，而且在应用中还可以减轻数据库的传输压力，提高了访问过程的反馈速度，提高了系统运行功能的可靠性。
        3.4使用采测分离作为监测主要方式
        采用采样分离的方法是加强水环境监测质量控制的有效途径。按照国家检验监测的原则，将监测点的采样、检测、分析报告反馈给各单位。通过将采集工作和检测分析相分离，实现水质监测和考核对象的相分离。另外，水环境质量的变化、水污染处理结果的评价以及环境执法的支持都离不开地表水提取测量所得的数据结果。随着自动监测站的建设，转变为以自动监测为主、地表水监测为辅的新模式，成为自动监测数据质量控制的关键手段。
        4水环境监测工作策略
        4.1建立健全监测机制
        优化当前的水环境监测工作，在监测机制的构建方面，采取以下措施：（1）实施统一化管理。结合工作实际，围绕技术标准以及监测数据分析等具体内容，梳理当前监测机构的工作情况，制定具有统一性的监测管理标准，保证监测数据结果的精准性和全面性，全面把握水污染程度。（2）制定资质评审机制，加大对监测机构工作质量的监督，促使其不断优化业务，推动监测结构持续化发展。
        4.2加强水环境监测质量控制的有效途径
        在水环境监测中，质量控制工作是非常重要一部分。在水环境监测质量控制中，主要涉及人、机、料、环、法、测，可以分为事前、事中和事后质量控制。
        4.3提高相关工作人员的专业技能和综合素质
        在对水环境的监测工作进行质量控制的过程中，对于负责此项工作的相关工作人员还应做好对其的培养和培训工作，可采取参观交流学习、理论与实践相结合进行考核和定期组织专题培训讲座等方式，有针对性地提升工作人员的专业技能和综合素质，丰富他们的知识储备和知识结构，也可以实行一定的奖惩制度，让他们认识到在专业领域获得资格认证的重要性，从而提高工作人员的综合技能。另外，国家和各省市的环保部门以及相关企业还应加大对水环境保护工作的投入力度，借鉴国外先进的水环境监测工作的技术和仪器设备，并对员工进行培训帮助他们能够熟练的应用这些技术和设备，并且也要做好对监测设备的维修和养护工作。
        结语
        综上所述，利用现有的网络对前端的环境、周界防范等进行有效的监控和管理，大幅度提高了对前端监控的实时性、有效性，降低了人员及管理成本。相信通过不断完善和发展，该系统能够更好地适应今后的发展，在生产和生活中发挥更大作用。
        参考文献
        [1]高智益，刘青，张子伟，等.水位在线监测系统在电力隧道中的应用[J].中国电业（技术版），2015（11）：234-236.
        [2]李宁.ARM开发工具KeilMDK使用入门[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.
        [3]李宁.基于MDK的STM32处理器开发应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.