水体悬浮物采样器设计及其监控系统研究

摘要

受降雨径流、人类活动以及生物代谢等因素的影响，水源水库污染问题日益严重。利用科学有效的采样手段获取具有代表性的水质样本，并进行后续的分析化验，是水环境调查与监控的关键环节。三种形态的水体污染物中，悬浮物既可吸附多种有害物质，又包含着生化过程，是污染浓度较高、感官影响较为突出的复合污染物。然而，专门用于水体悬浮物采样的装置很少，大多直接使用采水器或浮游微生物筛网进行采集。这些装置往往存在操作过程繁琐、自动化程度低等问题，严重制约着水体检测技术的发展。因此，迫切需要研制一套具有原位、微扰动、不易堵塞等特点的采样装置，并且通过设计相应的控制系统来实现悬浮物样本的自动化采集，提高采样工作的效率。这对水资源监测与防治具有重要的研究意义。
　　本文立足于水源水库悬浮物样本的采集要求，从仪器研究设计的角度出发，主要对悬浮物采样装置的结构设计与监测控制系统设计两方面进行研究。首先，针对现有采样装置常见的堵塞滤网与破坏样本代表性的问题，本文指出可以在原位利用采样装置直接对水体样本进行过滤。为此本文设计了一套能够在不破坏样本代表性的前提下，原位获取悬浮物样本的采样装置，该装置采用分级过滤结构以及“下进上出”的进水方式，有效地解决了滤网堵塞问题。其次，针对现有采样装置存在的自动化程度低、采样效率不高的问题，本文设计了一套以单片机为核心的监控系统，并将该监控系统的下位机搭载在采样装置上，随采样装置一同入水进行参数采集与传输。在配套的上位机界面中对采样数据进行实时监测与保存。在水库现场实地调研过程中，使用搭载监控系统的采样装置进行悬浮物样本采集实验。从实验过程可以发现，该套采样装置能够在不同深度对悬浮物进行精准地分级采样。同时，可以通过上位机清楚地了解到采样装置在采样点的工作情况，有效提高了采样过程的自动化程度，同时显著提高了采样效率。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 水体悬浮物研究内容与现状

1．2．1 悬浮物样本富集方法

1．2．2 悬浮物样本采集装置

1．3 采样装置测控系统

1．4 论文主要内容及结构

2 分级过滤水体式悬浮物采样装置研究

2．1 现有采样装置工作原理

2．1．1 采水器式采样装置工作原理

2．1．2 潜水泵式采样装置工作原理

2．2 分级过滤式采集仪研制

2．2．1 采样装置整体结构

2．2．2 采样装置过滤结构

2．2．3 悬浮物样本收集仓

2．3 采样装置操作规程

2．4 小结

3 悬浮物采样监控系统设计

3．1 监控系统设计方案

3．1．1 系统总体设计思路

3．1．2 下位机设计思路

3．1．3 上位机设计思路

3．2 下位机各模块选型

3．2．1 控制芯片选型

3．2．2 传感器选型

3．3 编程软件选择

3．4 小结

4 监控系统软硬件平台开发

4．1 硬件平台开发

4．1．1 核心控制单元

4．1．2 数据采集单元

4．1．3 数据转换单元

4．1．4 数据传输单元

4．2 软件平台开发

4．2．1 单片机程序设计

4．2．2 上位机界面设计

4．2．3 串口通信设计

4．2．4 数据库访问设计

4．3 小结

5 悬浮物自动采样装置测试

5．1 监控系统测试

5．2 自动采样装置测试

5．3 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间参与项目情况

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢