【文章內容簡介】 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的刷卡排污遠程監(jiān)測監(jiān)控采樣系統(tǒng)的設計 6 實現(xiàn)排污的預付費。 賬戶管理模塊 賬戶管理模塊屬于上位機部分，它的主要功能就是將刷卡模塊傳輸過來的信息經(jīng)行處理，根據(jù)用戶指令，對卡上金額進行充值和扣費處理，并將信息送入數(shù)據(jù)庫，讓數(shù)據(jù)庫進行整合，保存。 用戶信息管理模塊 此模塊主要是有數(shù)據(jù)庫組成，通過對數(shù)據(jù)庫的使用，實現(xiàn)對用戶賬戶，排污信息的高 效智能化的管理。并且伴有實時更新的功能，和定向選取的功能，能夠方便用戶及時查看排污信息。 數(shù)據(jù)采集模塊 數(shù)據(jù)采集模塊主要具有對環(huán)境監(jiān)測因子（ COD、 PH值和氨氮含量等）以及流量，流速的集成采集、存儲和通訊功能。并能將數(shù)據(jù)信息通過串口，運用 TIP/CP協(xié)議和上位機進行傳輸，在上位機的存儲單元進行信息存儲。 采樣子系統(tǒng)模塊 采樣子系統(tǒng)主要負責的是接受數(shù)據(jù)采集器發(fā)出的開關命令，現(xiàn)場控制采樣過程。 當接收到上位機發(fā)來的開關命令后，單片機就驅動步進電機進行精確定位，選擇容器后便驅動步進電機伴隨蠕動泵開始 抽水，并不斷與檢測儀互通信息。把系統(tǒng)記錄的采樣情況，采樣時間和監(jiān)測因子的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)返回給上位機，方便了上位機的數(shù)據(jù)更新和管理。 本小組主要負責的就是對污水進行采樣的模塊，本人主要負責的是模塊單片機控制程序的編寫和調試工作，下面是采樣檢測模塊的詳細介紹。 5 采樣子系統(tǒng)組成 采樣子系統(tǒng)工作過程 如圖 所示： 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的刷卡排污遠程監(jiān)測監(jiān)控采樣系統(tǒng)的設計 7 根據(jù)采樣子系統(tǒng)的工作過程圖，總的概括了采樣子系統(tǒng)包含以下功能： 系統(tǒng)具有遠程控制的通訊功能，采用標準的 RS232 接口，自動實現(xiàn)遠程控制采樣、遠程修改參數(shù)、遠程獲取采樣記 錄等功能。 系統(tǒng)具有多種模式取樣功能，能實現(xiàn)瞬時單樣、瞬時多樣、時間等比單樣、時間等比多樣、流量等比單樣、流量等比多樣、比對采樣等多種采樣模式下的操作。 系統(tǒng)具有樣品恒溫保存功能，當樣品采集后，在溫度控制系統(tǒng)控制下，能實現(xiàn)對樣品的恒溫保存。 系統(tǒng)具有采樣記錄功能，能夠高效、智能地記錄每次采樣的采樣時間、采樣量、采樣模式、采樣的指定瓶號等信息。最多可存貯 200 條記錄 系統(tǒng)具有斷電保護功能，當發(fā)生意外斷電且再度上電情況時，水質自動采樣器能恢復掉電前的狀 態(tài)，所設定的參數(shù)不變，并能繼續(xù)完成后續(xù)采樣。 系統(tǒng)具有故障、自診斷功能，具有故障報警、顯示與自診斷功能，有自動保護功能，能對故障自動上報。 系統(tǒng)具有管路自動清洗、廢液回流的功能，還具備水樣正沖洗、反沖洗功能，能自動排出儀器內殘留的水樣，自動清洗采樣管路。 圖 采樣過程圖 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的刷卡排污遠程監(jiān)測監(jiān)控采樣系統(tǒng)的設計 8 控制策略 自動采樣控制模式 在采樣器的定義中，采樣模式有多種多樣，具體可分為遙控自動采樣、現(xiàn)場自動采樣，瞬時單樣、瞬時多樣、時間等比單樣、時間等比多樣、流量等比單樣、流量等比多樣、比對采樣，平行采樣、固定采樣等等。通 過選擇適宜的采樣模式，規(guī)定采樣時間，采樣間隔，采樣周期等等，在我們所研究的此系統(tǒng)中，我們運用到的是流量等比單樣模式。此模式的運行是按廢水的瞬時排放量的一定比例（如：千分之一，萬分之一）來確定單次采樣量，按一定間隔時間連續(xù)多次采集，從而使得各個時間段的樣品組成一個綜合標本。這樣的采樣模式有利于對污水整體的狀況作解釋，具有全局性。這種模式在實際運用中適合排污量波動較大的排污單位的總量監(jiān)測、收費監(jiān)測等。 如圖 所示， 在子系統(tǒng)中，由數(shù)據(jù)采集模塊向現(xiàn)場采集器發(fā)出采樣命令，現(xiàn)場采集器接收到采集命令就返回信息，進 行流量詢問，流量詢問。然后數(shù)據(jù)采集模塊再次向現(xiàn)場采集器發(fā)送具體命令，現(xiàn)場采集器接受命令后就開始工作，按照協(xié)議要求，將樣本注入指定的采樣瓶中，并記錄采樣信息。 遠程在控制模式 在采樣子系統(tǒng)的工作過程圖中，有接收采樣命令的過程，這個過程專業(yè)地講也就是系統(tǒng)遠程遙控的過程，這也是本系統(tǒng)的特點。在本系統(tǒng)中我們采用物聯(lián)網(wǎng)進行模塊間的通信。監(jiān)控中心通過 GMS/GPRS 發(fā)送采樣數(shù)據(jù)命令，通過無線數(shù)據(jù)圖 流量等比模式的運用 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的刷卡排污遠程監(jiān)測監(jiān)控采樣系統(tǒng)的設計 9 采集傳輸裝置將指令傳輸給采樣模塊中的控制器（主控電路），使得采樣操作得以運行。這就是系統(tǒng)遠程遙控的過程 。 6 采樣子系統(tǒng)的硬件電路設計 本模塊形象化地可以說是一個自動采樣器，從硬件電路的角度來說，它是在單片機的控制下，采用步進電機配合蠕動泵將水樣采入儀器，通過樣本分配系統(tǒng)將水樣送入指定的采樣瓶中，所采集的水樣通過恒溫系統(tǒng)溫度恒定在 4℃，從而完成水樣的自動采集、自動分配和恒溫保存過程的器件。硬件聯(lián)系框圖如圖 所示。 采樣子系統(tǒng)主要控制電路組成 本模塊的主要硬件控制電路使用到的器件有 STC89C52RC 單片機，步進電機，和 ULN2020 驅動芯片。 主電路的電路連接關系如圖 ： 圖 硬件聯(lián)系框圖 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的刷卡排污遠程監(jiān)測監(jiān)控采樣系統(tǒng)的設計 10 圖 采樣子系統(tǒng)主控電路圖 步進電機 步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。通俗一點講：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（及步進角）。因此，我們可以通過控制脈沖的個數(shù)來控制電機角位移量，從而達到準確定位的目的。 本設計使用的是減速步進電機 28BYJ48，原理如圖 ： 步進電機 28BYJ48 型為四相八拍電機，正常工作電壓為 DC5V— DC12V。當對步進電機施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖 時，它可以連續(xù)不斷地轉動。每一個脈圖 28BYJ48 步進電機 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的刷卡排污遠程監(jiān)測監(jiān)控采樣系統(tǒng)的設計 11 沖信號都與步進電機的某一相相對應或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，如此，也就對應轉子轉過一定的角度（一個步距角）。當通電狀態(tài)的改變完成一個循環(huán)時，轉子轉過一個齒距。 拍數(shù) 拍數(shù)的意思是指完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或導電狀態(tài)用 n表示，或指電機轉過一個齒距角所需要的脈沖個數(shù)。以四相電機為例，有四相四拍運行方式即 ABBCCDDAAB，四相八拍運行方式即 AABBBCCCDDDAA。 步距角 步距角對應一個脈沖信號，電機轉子轉過的角位移 用θ表示。八拍運行時步距角為θ =360 度 /（ 50*8） = 度（俗稱半步）。以基本步距角 176。的步進電機為例（現(xiàn)在市場上常規(guī)的二、四相混合式步進電機基本步距角都是 176。），四相八拍運行方式下，每接收一個脈沖信號，轉過 176。，在這種情況下，我們可以計算每秒鐘接收 400 個脈沖，那么轉速為每秒 400*176。 =360176。，相當與每秒鐘轉一圈，每分鐘 60 轉。 其主要技術參數(shù)如表 所示： 電機型號 電壓 V 相數(shù) 相電阻 Ω 177。 10% 步距角度 起動轉矩 .cm 28BYJ48 5 4 300 ≥ 300 啟動頻率 定位轉矩 摩擦轉矩 噪聲 dB 絕緣介電強度 減速比 ≥ 550 300 ≤ 35 600VAC1S 1:64 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的刷卡排污遠程監(jiān)測監(jiān)控采樣系統(tǒng)的設計 12 ULM2020A 驅動 由 于單片機的接口信號不夠大，所以我們必須在單片機接口外加一塊驅動芯片。本設計使用的是 ULN2020A 驅動芯片。 我們的步進電機的紅線接電源 5V，橙色電線接 口，黃色電線接 口，粉色電線接 口，藍色接 口。驅動方式如表 所示。 表 驅動方式對照表 導線顏色 1 2 3 4 5 6 7 8 5紅 + + + + + + + + 4橙 _ _ 3黃 _ _ _ 2粉 _ _ _ 1藍 _ _ _ 單片機端口信號通過 ULN2020 放大再連接到相應的電機接口，相應的電路連接關系如圖 所示： 小結 總的來說，步進電機的中間部分是轉子，由一個永磁體組成，邊上的是定子繞組。當定子的一個繞組通電時，則會產(chǎn)生一個方向的電磁場，如果這個磁場的 圖 驅動的連接方式 12345S T E P M T RR54. 7kR44. 7kR34. 7kR24. 7k+ 5v+ 5V+ 5vQ116Q314Q215Q413Q512Q611Q710V C C91R12R23R