开题报告-基于虚拟仪器技术化工企业排放废水质量在线监测系统软件设计.doc

淮 阴 工 学 院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：学 号：专 业：测控技术与仪器设计(论文)题目：基于GPRS技术化工企业排放废水质量在线监测系统硬件设计指 导 教 师: 2016 年3 月1日 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述文 献 综 述 一、立题依据中国水资源的分布极其不均匀 ，水土流失矿山污水导致人类周围的水环境污染日趋严重，严重制约了经济的发展和危害着人类的健康。严峻的水形势提高了人们对水污染控制的重视，对废水的处理和检测成为了维护良好人民生活环境所必不可少的要求，废水中是否有对环境产生重大影响的元素和他们的含量是否在标准以内直接关系到本设计的生存环境。水是人类生产和生活中必不可少的资源，可是现在，生态环境遭到了人类严重的破坏，水资源持续污染，保护水资源和水污染治理成为当代社会最为关注的问题。污染负荷急剧增加，加重了水体的污染，所以水资源也更加短缺了。工业废水近年来虽然经过治理有所减少，但城市生活污水有增无减，占水质污染的55%以上。水是生命之本，是人类赖以生存必不可少的物质资源之一，水也是为人体获得各种营养物质的重要途径之一。随着科技的发展，水污染越来越严重。对水资源的保护成为一项重要的工程。水质检测是对水资源保护的重要指标。水质检测越来越受到人们的关注。因此本次设计本设计选择水质检测系统。其中饮水安全则是影响人体健康和国计民生的重大问题。饮用水主要考虑对人体健康的影响，其水质标准除有物理指标、化学指标外，还有微生物指标；对工业用水则考虑是否影响产品质量或易于损害容器及管道。近年来,由于国际上一些地区和国家频繁发生恶性事件,饮水安全和卫生问题引起了全球的关注,饮水安全已成为全球性的重大战略性问题。所以水资源的保护成了我国重中之重的一个问题，水土流失矿山污水导致人类周围的水环境污染日趋严重，严重制约了经济的发展和危害着人类的健康。严峻的水形势提高了人们对水污染控制的重视，对废水的处理和检测成为了维护良好人民生活环境所必不可少的要求，废水中是否有对环境产生重大影响的元素和他们的含量是否在标准以内直接关系到本设计的生存环境，做好水质监测是本设计这次课程设计的目标。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告二、课题研究的意义第一，了解污水水质，为污水处理技术方案提供依据。因为描述定义一种污水，主要就是从其常规水质指标角度来说的，常规水质指标包含了污水的基本特征和信息。能被选为常规指标，都有其重要性和意义（或者环境方面有要求，或者在处理工艺方面很重要，或者国家有相关排放规定等）。污水的水质特征决定了它适合采用什么处理方法，常规指标提供了最基本和重要的依据。 第二，为水处理工艺运行提供参考。以生物法处理废水为例，各个工艺单元都对进水水质有相关要求，出水水质也要达到设计效果，所以就要在各个工艺节点对污水水质进行检测，并以此判断运行是否正常，如果异常，也可以从水质指标做出预判。总的来说，常规水质监测是用来反映水质基本特征的。为行政的、经济的、技术的表征污水提供量化指标。第三，通过对水质监测系统的研究，可以对监测和测控有一个更深入的了解，尤其是在电子测控方便，应用到电子测试的一些基本知识，配合对单片机的研究，可以对自己在监测和测控方面进行很大的提升，而且在当今时代，监测和测控的技术逐渐的仪表化，通过这次的研究可以做出比较精确的仪表。另外，研究如何将传感器与外围电路配合，将感应的模拟信号转变成数字信号也是非常重要的，这样对传感器和模数转换器的应用也会得到认识上的提升，另外就是单片机的学习，尤为的重要，可以丰富自己的设计能力和单片机程序语言的设计能力。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告三、水质监测的监测指标水质检测是指对水样的各项指标进行测试，可以根据这些指标对水质进行分类，对水体质量进行判断和综合评价。使用电子设备进行水质检测，主要是利用各类传感器，对水中的参数进行检测。其检测内容可以为温度、pH值、含氧量、浑浊度。依据我国地下水水质现状、人体健康基准值及地下水质量保护目标，并参照了生活饮用水、工业、农业用水水质最高要求，将地下水质量划分为五类：类 主要反映地下水化学组分的天然低背景含量。适用于各种用途。类 主要反映地下水化学组分的天然背景含量。适用于各种用途。类 以人体健康基准值为依据。主要适用于集中式生活饮用水水源及工、农业用水。类 以农业和工业用水要求为依据。除适用于农业和部分工业用水外，适当处理后可作生活饮用水。类 不宜饮用，其他用水可根据使用目的选用。表1.1 我国水质标准分类表类别氯化物（mg/L）50150250350350硫酸盐（mg/L）50150250350350硝酸盐（mg/L）2.05.0203030浑浊度（mg/L）5.01020100100溶解性总固体（mg/L）300500100020002000毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告四、测量参数 I 温度 温度是水质最重要的参数之一。温度对水生生物至关重要，是生活和生产中必须掌握的基本物理量。水质监测中第一位工作就是测温。采用传感器和一起对水质的温度进行测量已经有很长的历史，使用的传感器也有多种形式，应该说温度传感器是水质传感器中技术最为成熟、故障率最低一一种。 PH值 在给排水工程中要测定PH，大多数水处理体系都要测量PH，在海洋环境监测和水产养殖生产中，水质的PH值是必须经常测量的项目。水质的PH值通常为6.09.0。 对PH值的测量虽然有多种方法，但最常用的是采用玻璃电极法，这种方法是用一个PH玻璃膜电极，一个参比电极和一个高输入阻抗的电位差计。当讲特殊玻璃薄膜两侧置入PH值不同的两种溶液中，玻璃电极薄膜两面产生与两侧PH差成正比的电现象，利用这种现象测出PH值。 浊度 浊度是用来测量液体中的不溶固体和透明度的。浊度不仅和水体中泥土、粉沙、浮游生物、微生物等悬浮物有关，也和悬浮物质的颗粒种类、粒径大小、形状、颜色和可溶性有色化合物有关。它是水体中悬浊物对光线的散射和吸收作用的结果。浊度的测量是由一束射入液体的光线的散射情况来确定的。由于这种测量对温度的敏感性，大部分浊度传感器都有温度补偿或加热源与恒温装置来维持恒温。常用的测量是比浊计浊度单位（NTU），用光散射测定浊度的比浊度计运用更为广泛。完全清洁水为0NTU，泥水一般都超过100NTU。 IV 溶解氧（DO） 溶解氧对于水生物特别是鱼类生存十分重要、要保证鱼类等的生存、水中溶氧的含量应保持在46mg/l。溶解氧是水质标准的一个重要参数，它的测定是水污染和废物处理控制应用的一个重要组成部分，在锅炉、冷却水及水处理装置中它是控制腐蚀的一个重要参数。因此，溶解氧的测定对海洋、江河、湖泊等水质的测定极为重要。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 五、主要参考文献1 高峰等.无线传感器网络在设施农业中的应用进展J.浙江农林大学学报，2010，（5）2 孙玉文等.无线传感器网络在农业中的应用研究现状与展望J.浙江农业学报，2011，（3）3 黄玉立，童玲等.基于CC2531+CC2591的WSN节点通信模块设计J. Microcontrollers Embedded Systems,2011,(1)4 王东涛等.农业大棚温湿度监控系统设计J.安徽农业科学，2010，38(35)5 罗建，程越巍等.基于Zigbee网络的分布式无线温湿度测量系统J.电子测量技术，2009，32（12）6 王飞.基于ZigBee技术的无线温湿度传感器网络设计J.论文选粹，2008，（2）7 韩斌杰.GPRS原理及其网络优化=M8.北京:机械工业出版社,20098 （美）Halit Eren.无线传感器及元器件网络、设计与应用M.北京：机械工业出版社，2008，1 9 冼土明. ZigBee 与GPRS融合组网技术的研究与应用J.广州工业大学学报，2011，1210 饶达琴.基于ZigBee 与GPRS融合组网技术的远程监控系统J.杭州电子科技大学学报，2012,1211 蔡利婷.ZigBee 和GPRS的远程监控应用研究J.广州工业大学学报，2012，512 陈辉.基于ZigBee 与GPRS的温室番茄远程智能灌溉系统的研究与实现J.浙江大学学报，2013,313 周志恩. 我国工业废水排放的投入产出重要系数确定研究J. 中国人口、资源与环境,2008,17(05)14 张哲梅. 建立适应环保新形势下的多元化环境监测体系J. 环境监测管理与技术,2012,14(04).15 李悦,张进,杨立新等. 对辖区内主要排污单位工业废水排放现状的跟踪监测与分析J. 科学传播,2011,(20):28,22.16 黄小洋,王怡,马国胜等. 泰州通南地区农村水环境存在的问题及其对策J. 江苏农业科学,2012,40(12):368-369.17 岑杰雄. 浅析工业废水监测研究J. 商品与质量:学术观察,2012.(10):294-294.毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告18 刘淑云,刘妍妍,傅新文等. 工业废水监测质量控制和质量保证工作探讨J. 科学与财富,2012,(10):39.19 曹海霞,孔珍,张强等. 县级工业废水监测研究J. 现状商贸工业,2009,21（16）:270-271.DOI:10.3969/j.issn.1672-3198.2000 徐绍友. 工业废水的危害及处理方法J.科技致富向导2013,12,12(15):02-10.21 魏德宝. 基于WSN和GPRS网络的远程水质监测系统J. 仪表技术与传感器,2010,1(1):48-52.22 杜治国,肖德琴,周运华等. 基于无线传感器网络的水质监测系统设计J. 计算机工程与设计,2008,29(17):4568-4592.23 勒雷. 基于无线网络的污水远程监控系统J. 仪表技术与传感器,2011,(10):84-86.24 陈丹. 无线传感器网络研究综述J. 计算机测量与控制,2004,12(8):701-704.25 孙利民,李建中,陈渝等. 无线传感器网络M. 北京:清华大学出版社,2005:127-132.26 刘克恒. 结合GPRS/GSM技术的WSN组网策略J. 计算机工程与设计,2010,31(17):3785-3789.27 李善仓,张克旺. 无线传感器网络原理与应用M. 北京:机械工业出版社,2008.28 Qwens M. Query Anything with SQLiteJ. The World of Software Development, 2007,32(12): 24-28.29 /30/link?url=2peJ2Z0yvW4u8guhmn95-5dDaKdVavqcWhpikP67HNytN4dXNne72FZp0HhnzQZYI3FyBwFbei1ccBL2d7NCZq#331 孔晓波 浅谈移动通信终端发展趋势J. 移动通信, 2010(21):26-28.毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径） 一、主要研究内容 1.传感云或云平台物联网开发应用系统；本课题是以云服务为平台，利用GPRS技术、android系统、虚拟机技术，设计一种集监测、显示与报警为一体的远程实时监测系统。云服务是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。云是网络、互联网的一种比喻说法。过去在图中往往用云来表示电信网，后来也用来表示互联网和底层基础设施的抽象。构建无线传感器网络，在化工企业废水排放口以及相关区域布置无线传感器节点，节点监测数据通过设置在监测区域内的GPRS模块，将监测数据定时传至云服务平台，并将数据存入到数据库进行信号传感、信号调理、数据采集、无线数据收发等硬件,最后在上位机中实时显示与监测。 2进行信号传感、信号调理、数据采集、无线数据收发等硬件设计、选型和PCB板的制作； 3. 进行太阳能电池供电设计；4. 进行硬件调试和系统调试。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 二、设计方案 1、设计思路本课题使用GPRS加传感器模块对各水质监测点进行组网，把传感器模块监测到的数据通过GPRS模块传输到云服务器。然后使用监控中心上位机，从而能够实时监测到废水排放情况，如果数据超过规定标准值时云服务器就会触发报警机制，并向相关部门人员发送报警。上位机则会实时显示废水具体的排放情况，化工企业人员可以根据监测的数据调节废水处理的方法。环境监管等相关部门也可以实时得到化工厂区的废水排放情况，从而加强对化工企业的监管。环境保护组织和个人也可以通过互联网了解化工企业的废水排放情况，协同监管部门共同实现对化工企业的监管。 2、系统总体设计云服务平台GPRSGPRS.无线传感节点1无线传感节点2无线传感节点N GPRS上位机监测中心图1 远程监测系统结构图毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告该无线传感网络系统可用于企业排放污水的监控，将各个无线传感节点放置在监控区域内，各节点能够自主形成监控网络，每个传感器终端节点搜集周围环境的温度、溶氧量、PH值、浊度等信息，这些终端节点将采集到的环境信息通过GPRS网络或者直接由收发装置将环境信息发送到监控管理中心，监控人员根据检测信息及时进行决策和处理。 3、系统节点框图图2 系统节点框图毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告4、模块介绍 （1）传感器模块 图3 DS18B20水温探头 图4 罗素501ORP针型氧化还原电极 图5 E-201-9PH复合电极 图6 C5B5浊度传感器毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 A.水温温度传感器工作原理：水温温度传感器采用DS18B20数字温度计，DS18B20数字温度计提供9至12位（可设置）温度读数,指示器件的温度。信息经过单线接口送入DS18B20或从DS18B20送出，因此从中央处理器到DS18B20仅需连接一条线（另加上地线）。读、写和完成温度变换所需的电源可以由数据线本身提供，而不需要外部电源。因为每一个DS18B20有唯一的系列，因此多个DS18B20可以连接在于同一条单线总线上。 DS18B20水温探头技术参数：a.供电电压范围：3.05.5Vb.数字信号输出c.测温范围：55+125d.分辨率：912位 B.溶解氧传感器工作原理：该电极是由指示电极铂金丝和银氯化银参比电极复合而成，氧透过隔膜被工作电极还原，产生与氧浓度成正比的扩散电流，通过测量此电流，得到水中溶解氧的浓度； 501针型ORP复合电极技术参数：a.电极的电位：245-270mv（15-30）b.电极的参比电极内阻：=10kc.电极的稳定性：8mv/24h毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 C.PH传感器工作原理：PH传感器是采用与PH相应的玻璃PH电极及作为为基准的比较电极和对玻璃PH电极温度计特性进行补偿的温度补偿电极构成的。水中PH值发生变化时，电极输出电位就会有变化，通过测量相应电位就可以测出PH值； E-201-9型PH复合电极技术参数： a.检测浓度范围：PH0-14 b.响应时间：5S c.元件功耗：0.5W d.工作温度：-1050（标称温度20）e.输出方式：模拟电压信号输出f.输出电压: 414.4mv D.浊度传感器工作原理:浊度传感器是利用光学原理，通过液体溶液中的透光率和散射率来综合判断浊度情况，由于浊度值是渐变量，通常在动态环境下检测，传感器采集的浊度值，需要外接控制进行AD转换，换算得到对应环境下的浊度情况，所以该传感器还需要制作外围电路才能在系统中检测，带防水探头，主要适用于水质浊度检测，也可以用于电子设计、毕业设计、电子竞赛实验等应用场合； C5B5浊度传感器技术参数：a.工作电压：DC5V b.工作电流：30mA(MAX） c.响应时间：500ms d.输出方式一：模拟输出0-4.5V e.输出方式二：高/低电平信号 高电平：5V 低电平：0V毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 (2) 数据处理模块（ARDUNIO）图7 ardunio处理器Ardunio是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。包含硬件（各种型号的Arduino板）和软件（Arduino IDE)。Arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的微控制器可以通过Arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。对Arduino的编程是利用Arduino编程语言(基于Wiring)和Arduino开发环境(基于Processing)来实现的。基于Arduino的项目，可以只包含Arduino，也可以包含Arduino和其他一些在PC上运行的软件，他们之间进行通信(比如Flash,Processing,MaxMSP)来实现。 (3)GPRS通信模块（SIM808）本设计的无线远程传输拟采用GPRS技术。GPRS是通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service）的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告相对于GSM的9.6kbps的访问速度而言，GPRS拥有171.2kbps的访问速度；在连接建立时间方面，GSM需要10-30秒，而GPRS只需要极短的时间就可以访问到相关请求；而对于费用而言，GSM是按连接时间计费的，而GPRS只需要按数据流量计费；GPRS对于网络资源的利用率而相对远远高于GSM。本设计中的GPRS模块拟采用SIM808模块。此模块采用SIMCOM公司的四频（全球通用）GSM/GPRS/GPS模块：SIM808，GSM/GPRA的工作频段四频为：GSM850、EGSM900、DCS1800、PCS1900MHz，适用于全球各地区，可以低功耗实现语音、短信、彩信、数据和传真信息的传输。同时SIM808还具有全球卫星定位GPS功能，适用于各类GPS定位导航应用。其支持2G,3G,4G手机卡。 图8 SIM808模块开发板从上图可以看出，SIM808模块开发板功能齐全、接口丰富，模块（开发板）尺寸为100mm*58mm，并且完全兼容ARDUINO开源硬件，方便开发相关的应用，同时具有独立的TTL串口接口，也方便嵌入到其他各类MCU系统中使用。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本设计拟采用云服务平台。云服务是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。云是网络、互联网的一种比喻说法。过去在图中往往用云来表示电信网，后来也用来表示互联网和底层基础设施的抽象。云服务指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关，也可是其他服务。它意味着计算能力也可作为一种商品通过互联网进行流通。云服务开发的优势之一就是规模经济。利用云计算供应商提供的基础设施，同在单一的企业内开发相比，开发者能够提