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(gè)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(shí)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(huì)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(shí)、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(shí)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(shí)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(jì)了一個(gè)新型的污水在線實(shí)時(shí)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(shí)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(dòng)作用。

1 虛擬儀器簡介
    虛擬儀器充分利用計(jì)算機(jī)快速運(yùn)算、方便存儲(chǔ)、形象顯示及靈活多樣的特點(diǎn)，把計(jì)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(jì)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(shí)儀器使用的范圍和使用更加靈活，可以同時(shí)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(xiàng)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(jì)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(gè)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(gè)人信息，如密碼和中文名的修改，同時(shí)可以管理個(gè)人的收藏夾，對于重要的數(shù)據(jù)報(bào)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(shí)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(chǔ)、查詢、發(fā)布和統(tǒng)計(jì)功能采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)分析處理后存儲(chǔ)到本地?cái)?shù)據(jù)庫，可以實(shí)現(xiàn)全部數(shù)據(jù)查詢、按時(shí)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(bào)表。
    4)超限報(bào)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(bào)警功能，當(dāng)檢測到參數(shù)值超限時(shí)報(bào)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(jì)算機(jī)進(jìn)行各個(gè)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(jì)
    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(gè)數(shù)組抽取函數(shù)，把一維數(shù)組分解為16個(gè)一維數(shù)組，每一個(gè)數(shù)組分別表示一個(gè)變量值。同時(shí)，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(dòng)干擾和延時(shí)干擾，得到平滑穩(wěn)定曲線。采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示如圖3所示。

    在系統(tǒng)中對獲取的各個(gè)參量進(jìn)行了上下限報(bào)警控制，方便系統(tǒng)在使用中能夠安全預(yù)警。報(bào)警界面中，包括正常顯示時(shí)狀態(tài)指示燈和報(bào)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(bào)警時(shí)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(shí)對數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)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(shí)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(shí)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(jì)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(gè)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(shí)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(shí)數(shù)據(jù)，且有計(jì)算機(jī)硬盤作為存儲(chǔ)容器，可把相當(dāng)長時(shí)間的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來，方便日后查閱分析，并能夠進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的報(bào)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(shí)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。