论文部分内容阅读
摘 要：本文根据现今水质污染与监测的背景和特点，探索运用B/S架构进行水质监测自动化设备的设计，实现对水质的多检测点、多参数的检测，智能监测水质状态和数据质量，实现水质多参数信息化管理。
关键词： B/S架构；水质；检测；采集；模糊专家系统
【中图分类号】 P342+.4 【文献标识码】A 【文章编号】2236-1879（2017）05-0256-02
一、引言
当今工农业生产对水资源的污染日益加重，污水的处理成为了现今急需解决的重要问题，显然水质的监测和控制不容忽视，开发适合我国水质检测和污水处理的在线监测系统十分重要，该系统能够实现与其他水资源信息监测系统耦合衔接，能够实现对多监测点、多污染參数的实时连续监测。水质监测大数据的信息挖掘、综合的评价及预测对数据质量要求日益凸显，对源数据质量控制已迫在眉睫。本文运用B/S架构设计自动水质监测设备，实现智能的监测水质状态及控制数据的质量，实现水质的多参数、自动化的信息化管理。
二、水质控制多参数数据质量控制的实现
水质监测指的是对特定的污染参数进行浓度测试并对结果进行分析、运用，通常数据监测工作的整个过程包括测取数据、解释数据、运用数据。
通常水质环境会受水体自净化能力、物理沉积、化学反应、微生物分解等一些不确定因素的影响，系统会呈现出高度非线性、模糊性、动态性特征，人工神经网络、模糊数学、遗传算法、灰色聚类等方法为系统的数据质量控制提供了理论依据和技术手段。本文结合色度指标参数的专家系统数据。从数据的源头进行控制，运用水色图像的信息，挖掘水体色度与其他水质参数的关系，结合专家系统对监测数据进行质量控制。
模糊专家系统是在多数据的融合、客观高度的非线性数据的处理及模型推理与预测方面有很突出的特性。模糊专家系统指的是指知识获取专家经验是不确定性的，将其以模糊子集的形式存储在知识库中，推理过程是釆用模糊近似匹配的规则，来实现快速不确定性的模糊推理，其中模糊子集的隶属度由色度等水质多参数间定量或模糊关系、异常谱检测结果共同确定，知识获取过程和推理过程中有多条模糊规则。基于模糊专家系统的监护型水质监测系统客观准确地控制水质数据，从而为水质监测提供了真实准确的源数据。模糊专家系统控制结构图如图1所示。
三、B/S架构的智能水质监测系统的结构设计
为更好的实现水质参数智能检测、数据质量控制及预警决策等的功能，监测系统采用多个点源分散监测终端站的结构模式，设计的系统结构主要由三个单元分别是，基站单元，传输单元，监测中心。单元系统总体结构如图2所示。
1.基站单元主要是由终端和水控制系统组成，负责水循环控制、水质检测、色度信
息采集等。
2. 传输单元：主要进行基站单元与监测中心单元的通信传输，完成数据互传及遥测命令传达。本系统在进行通讯选择时系统采用GPRS、SMS、Ethernet三种通信方式并存，从而达到远程互补的效果。GPRS通讯实现基站单元与监测中心单元双向通信；SMS负责水质信息预警；Ethernet进行现场数据传输通信。
3.监测中心单元：负责基站单元所有终端的海量数据信息的实时接收、统计、分析、
存储，与水质多参数的快速准确显示与查询。
（一）基站终端软硬件平台设计
根据污水检测系统基站终端的具体功能要求，终端采用主从双CPU结构，分为四个模块：采集模块，人机模块，控制模块，通信模块，如图3所示。
结构设计中CPU主要包含采集模块、人机模块、控制模块及通信模块。其中采集模块与水质传感器连接，主要进行水质多参数和水体色度的信息釆集；人机模塊含触摸屏和SD卡存储，负责终端水质显示、终端控制参数设置和水质分析结果的存储等；控制模块与PLC水泵相连，进行循环水路的控制和加热装置的起停控制。
由于终端要完成大量浮点运算，并要求实现稳定可靠地进行数据的多种通讯以及良好的人机交互界面。因此设计的主从式双核结构，数字信号处理器（DSP）凭借其对浮点运算强大的处理能力被广泛应用在视频采集、图像处理等需要密集运算的场合，同时嵌入式微处理器（ARM）以其强大的控制能力广泛应用于诸多需要外围控制的场合.主从CPU间可以双向通信，主CPU向从CPU下达控制命令，从CPU向主传输色度信息数据。
（二）终端硬件电路板设计
S3C2440是三星公司的ARM9处理器芯片，其主频为400MHZ，最高频率能达到533MHZ，是一款低成本、低功耗、小体积、高性能的16/32bit的RISC微控制器，片上资源丰富，产品的兼容性高。微处理器S3C2440作为主CPU，负责水质多参数的实时在线检测，显示监测数据与电磁阀开关状态，与PLC通信控制水菜及电磁阀，同时与监测中心无线通讯等。DM642是从CPU，进行实时处理模拟的视频信号，将视频信号进行两方面的处理：一：将摄像头采集到的图像存储到DSP内，经H.264算法压缩后，经HPI口传输给主芯片ARM进行数据读取；二：将压缩后码流通过ARM扩展GPRS模块把数据传送出去，在远程监测中心进行解码，能观看到相应的水色图像信息。
主电路板的核心电路有包括最小系统电路和DS1302时钟电路。主电路板由四个部分：采集模块、人机模块、控制模块和通信模块。采集模块通过SPI总线与MCU连接，连接6路水质参数传感器，采集电路输入端为MCU通电控制口I/O，输出端为传感器的电源端。传感器功能是实现MCU对多路传感器电源的通断控制。
（三）终端软件系统设计
在主控模块上采用Linux操作系统， Linux具有可移植性高，且其硬件需求较低、架构相对开放、系统稳定及保密性功能强等特点在具有广泛的应用。PLC的采配水控制流程设计图4所示。
参考文献
[1] 郑巨双 刘波峰 张林山 金忠 射频模块 n RF9E5 在污水数据监测系统中的应用仪器仪表用户杂志，2005，12（5）：63-64
[2] 钱亚利 区域水质远程监测及分析系统研宄与设计 浙江大学 2007
关键词： B/S架构；水质；检测；采集；模糊专家系统
【中图分类号】 P342+.4 【文献标识码】A 【文章编号】2236-1879（2017）05-0256-02
一、引言
当今工农业生产对水资源的污染日益加重，污水的处理成为了现今急需解决的重要问题，显然水质的监测和控制不容忽视，开发适合我国水质检测和污水处理的在线监测系统十分重要，该系统能够实现与其他水资源信息监测系统耦合衔接，能够实现对多监测点、多污染參数的实时连续监测。水质监测大数据的信息挖掘、综合的评价及预测对数据质量要求日益凸显，对源数据质量控制已迫在眉睫。本文运用B/S架构设计自动水质监测设备，实现智能的监测水质状态及控制数据的质量，实现水质的多参数、自动化的信息化管理。
二、水质控制多参数数据质量控制的实现
水质监测指的是对特定的污染参数进行浓度测试并对结果进行分析、运用，通常数据监测工作的整个过程包括测取数据、解释数据、运用数据。
通常水质环境会受水体自净化能力、物理沉积、化学反应、微生物分解等一些不确定因素的影响，系统会呈现出高度非线性、模糊性、动态性特征，人工神经网络、模糊数学、遗传算法、灰色聚类等方法为系统的数据质量控制提供了理论依据和技术手段。本文结合色度指标参数的专家系统数据。从数据的源头进行控制，运用水色图像的信息，挖掘水体色度与其他水质参数的关系，结合专家系统对监测数据进行质量控制。
模糊专家系统是在多数据的融合、客观高度的非线性数据的处理及模型推理与预测方面有很突出的特性。模糊专家系统指的是指知识获取专家经验是不确定性的，将其以模糊子集的形式存储在知识库中，推理过程是釆用模糊近似匹配的规则，来实现快速不确定性的模糊推理，其中模糊子集的隶属度由色度等水质多参数间定量或模糊关系、异常谱检测结果共同确定，知识获取过程和推理过程中有多条模糊规则。基于模糊专家系统的监护型水质监测系统客观准确地控制水质数据，从而为水质监测提供了真实准确的源数据。模糊专家系统控制结构图如图1所示。
三、B/S架构的智能水质监测系统的结构设计
为更好的实现水质参数智能检测、数据质量控制及预警决策等的功能，监测系统采用多个点源分散监测终端站的结构模式，设计的系统结构主要由三个单元分别是，基站单元，传输单元，监测中心。单元系统总体结构如图2所示。
1.基站单元主要是由终端和水控制系统组成，负责水循环控制、水质检测、色度信
息采集等。
2. 传输单元：主要进行基站单元与监测中心单元的通信传输，完成数据互传及遥测命令传达。本系统在进行通讯选择时系统采用GPRS、SMS、Ethernet三种通信方式并存，从而达到远程互补的效果。GPRS通讯实现基站单元与监测中心单元双向通信；SMS负责水质信息预警；Ethernet进行现场数据传输通信。
3.监测中心单元：负责基站单元所有终端的海量数据信息的实时接收、统计、分析、
存储，与水质多参数的快速准确显示与查询。
（一）基站终端软硬件平台设计
根据污水检测系统基站终端的具体功能要求，终端采用主从双CPU结构，分为四个模块：采集模块，人机模块，控制模块，通信模块，如图3所示。
结构设计中CPU主要包含采集模块、人机模块、控制模块及通信模块。其中采集模块与水质传感器连接，主要进行水质多参数和水体色度的信息釆集；人机模塊含触摸屏和SD卡存储，负责终端水质显示、终端控制参数设置和水质分析结果的存储等；控制模块与PLC水泵相连，进行循环水路的控制和加热装置的起停控制。
由于终端要完成大量浮点运算，并要求实现稳定可靠地进行数据的多种通讯以及良好的人机交互界面。因此设计的主从式双核结构，数字信号处理器（DSP）凭借其对浮点运算强大的处理能力被广泛应用在视频采集、图像处理等需要密集运算的场合，同时嵌入式微处理器（ARM）以其强大的控制能力广泛应用于诸多需要外围控制的场合.主从CPU间可以双向通信，主CPU向从CPU下达控制命令，从CPU向主传输色度信息数据。
（二）终端硬件电路板设计
S3C2440是三星公司的ARM9处理器芯片，其主频为400MHZ，最高频率能达到533MHZ，是一款低成本、低功耗、小体积、高性能的16/32bit的RISC微控制器，片上资源丰富，产品的兼容性高。微处理器S3C2440作为主CPU，负责水质多参数的实时在线检测，显示监测数据与电磁阀开关状态，与PLC通信控制水菜及电磁阀，同时与监测中心无线通讯等。DM642是从CPU，进行实时处理模拟的视频信号，将视频信号进行两方面的处理：一：将摄像头采集到的图像存储到DSP内，经H.264算法压缩后，经HPI口传输给主芯片ARM进行数据读取；二：将压缩后码流通过ARM扩展GPRS模块把数据传送出去，在远程监测中心进行解码，能观看到相应的水色图像信息。
主电路板的核心电路有包括最小系统电路和DS1302时钟电路。主电路板由四个部分：采集模块、人机模块、控制模块和通信模块。采集模块通过SPI总线与MCU连接，连接6路水质参数传感器，采集电路输入端为MCU通电控制口I/O，输出端为传感器的电源端。传感器功能是实现MCU对多路传感器电源的通断控制。
（三）终端软件系统设计
在主控模块上采用Linux操作系统， Linux具有可移植性高，且其硬件需求较低、架构相对开放、系统稳定及保密性功能强等特点在具有广泛的应用。PLC的采配水控制流程设计图4所示。
参考文献
[1] 郑巨双 刘波峰 张林山 金忠 射频模块 n RF9E5 在污水数据监测系统中的应用仪器仪表用户杂志，2005，12（5）：63-64
[2] 钱亚利 区域水质远程监测及分析系统研宄与设计 浙江大学 2007