农村远程自来水水质监测系统的研究

摘要

实现城乡供水一体化，保障人民群众的饮用水安全是最直接、最迫切、最现实的民生工程。受地形及经济条件限制，农村供水设施存在规模小、点多分散、标准低等问题。为了解决上述问题，本论文设计了一套应用于管网关键点，特别是针对乡镇管网节点的一体式远程水质监测系统。
　　系统包括一套半地埋式的监测箱，箱体由不锈钢304板焊接，内部安装流量计、压力传感器、多通道数据采集模块及自主研发设计的浊度测量模块，并配以伸缩节、止回阀、截止阀等构成一套完整的管网水质在线监测系统，该系统的主要功能为集数据采集与GPRS通信为一体，可远程采集管网水压力、流量、浊度、温湿度等参数，简化施工的同时降低成本，提高监测中心的管理水平。对农村水质监测网点的大面积铺开具有很实际的指导意义。
　　本文首先通过介绍农村水质监测工作的研究背景和国内外研究现状，分析了本课题的研究意义。接着讨论了系统设计的原理，给出了系统的整体设计方案和机械结构框图，并将系统分为多通道数据采集模块、浊度测量模块、电源模块、通信模块和无线数传模块五个部分，介绍了各功能模块的硬件和软件功能设计。最后完成了样机的实验测试和数据分析。测试结果表明本系统在压力、流量的采集重复性不超过2‰，自主研发设计的浊度测量模块采用调制光源和带参考的双光路光学系统，使用锁相电路提高测量灵敏度，测量误差小于2％，重复性误差不超过5‰，符合国内外标准。

目录

声明

致谢

摘要

图目录

表目录

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 国内外研究现状

1．3 课题研究内容

1．3．1 研究内容及系统设计中的主要工作

1．3．2 论文章节安排

1．4 课题的研究意义

第2章 系统原理

2．1 农村管网水质监测指标

2．2 浊度的测量单位

2．3 光的吸收和散射

2．3．1 朗伯吸收定律

2．3．2 散射定律

2．4 浊度测量方法

2．5 浊度测量的影响因素

2．6 本章小结

第3章 系统总体方案设计

3．1 系统总体方案

3．2 系统功能和指标

3．2．1 系统功能

3．2．2 技术指标

3．3 系统机械结构设计

3．4 浊度测量模块机械设计

3．4．1 外壳设计

3．4．2 光电检测装置设计

3．5 本章小结

第4章 系统硬件设计

4．1 数据采集模块设计

4．1．1 4-20mA信号采集

4．1．2 开关量输入电路设计

4．1．3 时钟电路设计

4．2 浊度测量模块硬件设计

4．2．1 光源发射电路

4．2．2 光电接收电路

4．2．3 锁相放大电路

4．2．4 显示模块设计

4．3 无线数传模块设计

4．4 电源模块设计

4．5 通信模块设计

4．6 本章小结

第5章 系统软件设计

5．1 软件总体架构

5．2 单片机及编译环境介绍

5．2．1 单片机介绍

5．2．2 ICCAVR编译环境

5．3 系统功能模块的软件设计

5．3．1 系统初始化程序

5．3．2 AD采集软件设计

5．3．3 串口通信模块软件设计

5．4 上位机软件设计

5．5 本章小结

第6章 实验结果分析

6．1 系统实物

6．2 实验数据分析

6．2．1 压力计定标

6．2．2 流量计定标

6．2．3 浊度定标

6．3 稳定性测试

6．4 本章小结

第7章 研究总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

附录

作者简历