在線式降雨降塵自動檢測系統(tǒng)研究

摘要：雨量及酸雨監(jiān)測是環(huán)保監(jiān)測中十分重要的要素，對雨量分布、降雨酸堿度、空氣懸浮微粒污染等參數(shù)實行多點網(wǎng)絡化自動實時監(jiān)測，快速掌握多地點的雨量及降雨酸堿度的實時數(shù)據(jù)，對防汛抗災、決策指揮和節(jié)能減排等方面具有重要的意義，與人民群眾的生活息息相關。系統(tǒng)涵蓋了嵌入式技術、微電子技術、數(shù)字信息處理技術、現(xiàn)代通信技術等當代應用開發(fā)技術，是對環(huán)保部門改變其環(huán)境監(jiān)控方式，提高工作效率和節(jié)省環(huán)保監(jiān)測的人力、物力資源具有深遠影響的一項技術。
關鍵詞：高精度壓力式雨量計；雨水酸堿度在線檢測；網(wǎng)絡通訊

    隨著我國經(jīng)濟、社會的高速發(fā)展，對環(huán)保監(jiān)測的水平也提出更多、更高的要求。要求環(huán)保部門提供降雨量、溫度、濕度、雨水酸堿度、降雨電導率等準確、實時的參數(shù)。為各級政府提供決策依據(jù)，為生產(chǎn)企業(yè)、社會團體提供產(chǎn)業(yè)投資依據(jù)，滿足環(huán)境治理、減災、救災的需求。
    本系統(tǒng)采用自動化、網(wǎng)絡化技術，對雨量及雨水參數(shù)的實時自動采集、自動檢測，提高了環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)的智能化水平，滿足新時期環(huán)境監(jiān)控的需求。

1 系統(tǒng)的構成
1．1 系統(tǒng)的總體結構
    系統(tǒng)原理結構圖如圖1所示，由降雨降塵檢測儀、無線通訊模塊、上位機組成，在廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)的支持下，用UART、ZigBee、Wi-Fi等有線、無線接入技術，實現(xiàn)整個地區(qū)各個監(jiān)測點信息聯(lián)網(wǎng)，環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)實時采集、自動存儲，并及時上傳位于環(huán)保站的中心數(shù)據(jù)機(環(huán)保信息中心)。環(huán)保站也可以通過信息中心實時的了解各個監(jiān)測點環(huán)保監(jiān)測作業(yè)情況。

1．2 降雨降塵檢測儀
    主要由雨水傳感器、溫濕度傳感器，防塵蓋驅(qū)動單元、接雨器驅(qū)動單元、電導率儀、pH儀、傳感電極清洗單元、壓力式雨量計、采樣樣品保存子系統(tǒng)和中央處理器組成，如圖2所示。

    主要功能是：降雨感知，防塵蓋打開、閉合(由伺服電機驅(qū)動)，環(huán)境溫度、濕度測量。降雨時，進行雨水樣品的收集，并進行低溫保存，以防樣品變質(zhì)，電導率儀、pH儀的傳感電極的定時清洗，雨水樣品電導率、酸堿度的測量，降雨量測量。
    系統(tǒng)具有完備的人機界面，以便能夠方便地進行系統(tǒng)參數(shù)預置、傳感器標定等，還有故障自檢、手動操作等的功能。軟件采用模塊化結構，包括監(jiān)控程序模塊和多個功能模塊。
    自動標定模塊：采用兩點標定法。以pH值檢測為例，用兩種標準液體進行配套標定。
    采樣模塊：每200 ms采樣一次，對被采樣的數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波，在內(nèi)存中，采樣環(huán)形隊列數(shù)據(jù)結構進行數(shù)據(jù)存儲，對采樣數(shù)據(jù)進行滑動平均濾波，如何調(diào)用相應環(huán)保參數(shù)值的計算模塊，在時鐘模塊的控制下，定時存儲采樣參數(shù)數(shù)據(jù)。
    參數(shù)顯示模塊：有三種參數(shù)顯示方式，實時顯示、定時顯示、超限顯示。實時顯示是在時鐘模塊控制下，不間斷的在LCD液晶顯示器上顯示日期、時間PH值、電導率值等。刷新頻率通常為1 s，并可以采用聲光方式進行超限報警。定時顯示是在時鐘模塊控制下，定期在LCD液晶顯示器上顯示降雨次數(shù)、降雨量、降雨開始時間、降雨結束時間等參數(shù)。定時時間為1 h，通常顯示當天參數(shù)值。

1．2．1 軟件程序的實現(xiàn)
    軟件編制實現(xiàn)如下主要功能：降雨感知，防塵蓋打開、閉合(由伺服電機驅(qū)動)，環(huán)境溫度、濕度測量。降雨時，進行雨水樣品的收集，并進行低溫保存，以防樣品變質(zhì)，電導率儀、pH儀的傳感電極的定時清洗，雨水樣品電導率、酸堿度的測量，降雨量測量。

1．2．2 數(shù)據(jù)通訊子系統(tǒng)
    布置多個監(jiān)測點，各個監(jiān)測點的在線式降雨降塵監(jiān)測儀采集實時數(shù)據(jù)并與前置計算機與在線式降雨降塵監(jiān)測儀實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊接口，用SQL Server數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)，在廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)的支持下，用UART、ZigBee、Wi-Fi等有線、無線接入技術，實現(xiàn)整個地區(qū)各個監(jiān)測點信息聯(lián)網(wǎng)，環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)實時采集、自動存儲，并及時通過互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過網(wǎng)關服務器實現(xiàn)與中心監(jiān)控站進行數(shù)據(jù)通訊。保證數(shù)據(jù)能實時或定時地通過環(huán)保中心監(jiān)測站網(wǎng)關服務器傳輸?shù)江h(huán)保中心監(jiān)測站降雨降塵管理系統(tǒng)。實現(xiàn)環(huán)保信息管理的自動化、智能化、網(wǎng)絡化。實時收集所采集的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，并進行必要的分析、統(tǒng)計處理，采用對比、分析的手段，及時了解環(huán)境變化的趨勢，比如降雨酸堿度的變化趨勢，及時上報。為地方政府的發(fā)展決策和環(huán)境治理、節(jié)能減排提供可靠的決策依據(jù)。
1．2．3 高精度壓力式雨量計
    本系統(tǒng)采用高精度壓力式雨量計，為提高壓力的測量精度系統(tǒng)采用隔離型絕壓傳感器：采用特殊的非線性、溫度的補償及校正措施確保其精度，使測量精度優(yōu)于0．1％。采樣的精度、線形度、誤差穩(wěn)定性均超過傳統(tǒng)虹吸式或翻斗式雨量參數(shù)采集方式，且具有很好的工作穩(wěn)定性，不受惡劣天氣、惡劣氣候環(huán)境的影響，這是自動環(huán)保參數(shù)測量儀設計的一個基本保障。

2 結論
    本項目開發(fā)的檢測系統(tǒng)檢測與通訊功能強，系統(tǒng)按照新的國家環(huán)保監(jiān)測的標準進行多參數(shù)監(jiān)測，多點覆蓋、實時監(jiān)測，能夠更好地反映環(huán)境的整體情況。在線式降雨降塵系統(tǒng)是一個集現(xiàn)代高新技術為一體的控制監(jiān)測系統(tǒng)。它涵蓋了嵌入式技術、微電子技術、數(shù)字信息處理技術、現(xiàn)代通信技術、等當代應用開發(fā)技術，是對環(huán)保部門改變其環(huán)境監(jiān)控方式，提高工作效率和節(jié)省環(huán)保監(jiān)測的人力、物力資源具有深遠影響的一項技術。系統(tǒng)的應用具有重要的經(jīng)濟意義和社會發(fā)展的戰(zhàn)略意義，未來將會產(chǎn)生重大的社會影響。