摘要：设计一种能实时监测水位和检查水中重金属是否超标的检查系统。对水质检查系统的设计原理进行阐述；对单片机控制模块、水位深度传感器、水质电解器、水质检查笔进行设计与选型；对水位的实时监测与报警软件进行部分设计，并对实物模型进行设计与实验。结果表明：基于单片机的水质检查系统的实物模型能对水位进行实时监测，能检测水中重金属的含量，实现水质的判断，有助于环保部门水质监测和水利部门对洪灾进行评估。

　　关键词：水位监测；水质检测；单片机控制；重金属污染

　　Design of Water Quality Inspection System Based on Single Chip Microcomputer

　　Ren Fenglan，Cao Zheng，Yao Xing

　　(Mechanical and Electrical Department,Changde Vocational Technical College,Changde,Hunan 415000,China)

　　Abstract:An inspection system that can monitor the water level in real time and check whether the heavy metals in the water exceed the standard is designed.The design principle of the water quality inspection system is expounded;the single chip control module,water level depth sensor,water quality electrolyzer and water quality inspection pen are designed and selected;the software for real-time monitoring and alarming of water level is partially designed,and the physical model is designed and tested.The results shows that by using the physical model of the water quality inspection system based on single chip microcomputer,the water level can be monitored in real time,the concentration of heavy metals in water can be detected,and the judgment of the water quality can be realized,which can be used to help the water quality monitoring of the environmental protection department and the water conservancy department to evaluate the flood.

　　Key words:water level monitoring;water quality detection;single chip control;heavy metal pollution

　　0引言

　　水是人类生命的源泉，是人类重要的自然资源，更是人类及动植物等各类生命赖以生存和发展的基本条件[1]。水位是反映水情最直观的因素，它的变化主要由水体水量的增减变化引起，水位监测可以有效地监控水涝、决堤等灾害，对可能发生的洪涝等灾害起到预警作用[2]。但是随着工业化进程的快速发展，工矿业废水、生活污水等未经适当处理即向外排放，导致水中重金属含量急剧升高，如果人体摄入过量的重金属会引发各种病症，严重的导致死亡。因此，对于重金属的检测就变得十分重要[3]。现阶段，对洪灾的防控主要是通过水位报警器等测量手段进行[4]，而现有的水位报警器大都只能对水位进行实时检测和超限水位报警，缺乏对重金属水污染的检查。开发一种既能实现实时监测水位，又能实现重金属水污染检查的设备，就显得尤为重要。因此，本文作者提出基于单片机的水质检查系统。该系统采用水位深度传感器和水位报警器相结合的方式进行水位的预测与报警，通过水质电解器与水质检测笔相结合的模式进行重金属检查，具有操作方便、节能环保、预测性强的特点，可以实时监测水位变化和检测水质，不仅能用于环保部门水质监测，还可用于水利部门进行洪灾评估，做到防洪防汛和水质检查双结合。

　　1基于单片机的水质检查系统设计原理

　　所设计的水质检查系统主要由水位监测和水质检查两部分组成，如图1所示。它通过水位报警器和水位深度传感器实时监测水位，并把监测结果传送给单片机，通过单片机进行数据分析和显示，并根据实时水位的发展趋势进行预警和水位的超高报警；通过水质检测笔对抽样水进行XPPM值检测，确定抽样水的电解时间，再通过水质电解器对抽样水进行电解，电解完成后观察水的颜色，对照电解质仪器上的对照表判断水的纯度和所含的重金属，并以此判断水中重金属是否超标，从而判别水质。

　　2基于单片机的水质检查系统设计

　　基于单片机的水质检查系统由硬件和软件两部分组成，硬件由水位监测和水质检查两部分组成，结构如图2所示。硬件的作用是支撑，软件作用是实现水位的实时监控与警报。为更好地验证水质检查系统的可行性，进行了实物模型模拟。

　　2.1水质检查系统的硬件设计

　　该系统的硬件由水位监测部分和水质检查部分两部分组成。其中，水位监测部分由单片机控制模块、水位深度传感器、水泵、水箱、水位报警器等组成；水质检测部分由水质检测笔、电解质分解器等组成。

　　2.1.1水位监测硬件的设计

　　(1)单片机控制模块的设计

　　单片机控制模块选用STC89C52RC-40I-PDIP40单片机+LCD1602+AD0832等硬件，如图3所示。其主要作用是实现水位深度传感器信息处理、水位高度的显示、报警。

　　(2)水位深度传感器的选择

　　水位深度传感器选用兼容Arduino气压传感器，作用是实现水位的实时监测。水位深度传感器实物如图4所示。

　　(3)水泵、水箱的选型

　　水泵采用的是USB直流迷你微型抽水泵，如图5所示，其作用是进行抽水和排水。水箱主要是用于水的存储，采用的是一个带有盖子的透明塑料容器，如图6所示。该水箱被用于模拟河里的水位，通过水泵的抽水和排水模拟河中水位的变化。

　　(4)水位报警器的选型

　　采用一个无源蜂鸣器，当监测的水位超高预警水位时，通过单片机模块控制蜂鸣器发声报警。无源蜂鸣器如图7所示。

　　经过组装，最终水位监测部分的实物模型如图8所示。通过水泵对水箱进行抽水和排水，模拟河道中水位的高度变化，通过水位深度传感器进行实时监测，把测得的水位变化信息发送给单片机控制模块进行显示，如果水位超过预警水位，则进行水位报警。

　　2.1.2水质检查部分的硬件设计

　　水质检查部分由水质电解器、水质检查笔、待电解容器三部分组成。

　　(1)水质检测笔的选择

　　检测笔采用方程高精度水质检测TDS笔，通过水质检测笔检测水的XPPM值，再得出相应的电解时间，结果如表1所示。采用水质电解器将水电解，电解完成后通过水质电解色别表来判断水中可能含有的重金属，进而判断水质。

　　(2)水质电解器的选择

　　水质电解器选择型号为A05的电解器，它有2组铁棒和铝棒，一组用于电解水箱中的水，另一组用于电解纯净水。其工作原理：通过水质检测笔检测出抽样水的XPPM值，得到电解时间，再用电解质仪器将水电解，电解完成后观察水的颜色，对照电解质仪器上的对照表来判断水的纯度和所含的重金属，并以此来判断重金属水中重金属是否超标，从而判别水质。电解水质颜色分析结果如表2所示。

　　(3)待电解容器的选用

　　待电解容器由纯净水容器、抽样水容器、隔断、排水阀门组成，如图9所示。待电解容器主要用于存储纯净水和抽样水，便于水质电解质电解后进行比较。经过组装，最终水质检查实物模型如图10所示。

　　2.2软件设计

　　水质检查系统的软件主要用于水位的实时监测和报警。

　　(1)水位实时监测和报警的流程如图11所示。

　　(2)报警程序设计如下：

　　#include"reg52.h"

　　typedef unsigned char u8;

　　typedef unsigned int u 16;

　　sbit beep=P1^5;

　　void delay(u 16 i)

　　{while(i--);}

　　void main()

　　while(1)

　　{beep=~beep;delay(115);}}

　　3测试验证与结果分析

　　3.1水位监测的测试验证

　　3.1.1水位监测的工作原理

　　通过水泵来实现模拟水位的变化，通过水位深度传感器对水位的变化进行监测，并把监测到的信息传给单片机进行分析、处理，并进行实时显示，当监测的水位超过预定的水位高度时，就进行报警。水位监测的工作原理具体如图12所示。

　　3.1.2水位的监测过程

　　(1)先在水箱中加水，打开单片机控制模块的电源

　　开关，单片机控制模块显示如图13所示，通过水位深度传感器进行检测后，发现水箱中水位的深度为5 cm，如图14所示。

　　(2)按下单片机控制模块的挡位调节按钮，设定最低水位至1 cm，设置后单片机控制模块显示如图15所示。

　　(3)按下自动抽水按钮，水泵开始抽水，抽取约20 s后，水位深度传感器检测到水箱中的水位变为4 cm，如图16所示。

　　(4)当水位低于设定的最低位置时，水泵停止抽水，并发出报警，显示如图17所示。

　　3.2水质检查系统的测试验证

　　3.2.1水质检测系统的工作原理

　　水质检测系统主要是通过水质检测笔和水质电解器的水质电解色别表来判断水中可能含有的重金属，以此来判断水质，并能对超标部分进行报警。水质检测系统的工作原理具体如图18所示。

　　3.2.2水质的检查过程

　　(1)在待电解容器的纯水容器中加入纯净水，在抽样水容器中用水泵抽取水箱中的水，用水质检测笔检测纯净水中的XPPM值为36，如图19所示。

　　(2)在抽样水容器中用水泵抽取水箱中的水，用水质检测笔检测的XPPM值为226，如图20所示。

　　(3)根据检测出的XPPM值与电解时间关系表判定待电解水需电解的时间，分别设定加入纯净水的电解时间为55 s、加入水箱中的水电解时间为38 s，用水质电解器分别进行电解，结果如图21~22所示，通过观察水的颜色，对照水质电解色别表可得纯净水为健康水，水箱中的水含有汞等重金属，需过滤重金属等杂质以后才能饮用。

　　3.3测试结果分析

　　从上述测试过程可知，基于单片机的水质检查系统可以通过水位传感器、水位报警器进行水位检测，并把错需要重发，造成单层升级时间超过预设定值。解决方法：可通过延长超时等待多次重发来完成升级，也可以等待其他楼层升级完成，再对失败楼层进行复盘升级。

　　以上功能测试验证了文中设计有较强的抗扰能力，适应于电梯的不同工况，外呼设备在线升级操作便捷、有效。

　　4结束语

　　本文基于PIC18芯片平台研究电梯外呼设备在线升级方法。该方法通过利用电梯现有的串行通信作为数据交互，在资源缺乏的MCU上重点设计Boot的升级校验功能以及相应的通信协议，通过把整合的Hex烧录在电梯外呼设备中，使电梯外呼设备在使用现场中能具有后台远程或现场的在线式升级程序功能。经过大量的试验测试，该款电梯外呼设备在线升级成功率满足预期，该设计能有效解决当前外呼设备的程序升级困难。利用该方法可以结合现场电梯维保人员的PDA操作，进一步简化工程现场相关的作业流程，有效降低外呼设备升级与维护投入本成。

　　该设计方法也可应用到其他芯片平台的电梯通信设备中，通过采用不同的协议帧头与设备号，可以实现电梯一体化的设备升级操作，进一步提升与优化电梯的自动化与智能化设计。

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