一种基于labview的水质监测

AdvancesinEnvironmentalProtection环境保护前沿,2014,4,1-7PublishedOnlineDecember2014inHans.://dx.doi.org/10.12677/aep.2014.46B0011AReal-TimeSystemforMonitoringMulti-ParameterofWaterQualityBasedonLabVIEWShanghaiJiang1,BiaoWei1*,BinTang1,JingxiaoZhao1,BenjiangMao2,VoQuangSang1,ZanchengJiang2,JiyangLuo11KeyLaboratoryofOptoelectronicTechnologyandSystems,MinistryofEducation,ChongqingUniversity,Chongqing2SichuanBelamTechnologyCo.,Ltd,MianyangEmail:[e-mail],*[e-mail]:July2014AbstractBecauseofseriouswaterpollutioninourcounty,monitoringandsupervisionofwaterqualityneedtobestrengthened.Inthispaper,wedesignedareal-timesystemformonitoringmulti-pa-rameterofwaterqualitybasedonLabVIEW,whichisintuitiveandgraphicalprogramminglan-guage,tosatisfytheneedofenvironmentprotection.ThesystemmainlycomposedofUSBspec-trometers,sensorsandPC,implementedforreal-timeonlinemonitoringofwaterqualitypara-meters,includingthedisplay,storage,historicaldataqueryandotherfunctionsofwaterqualitymulti-parameterthroughthecombinationofcomputersoftwareandhardware.Itcanmeasureeightparameters,suchasCOD,TOC,ammonia,turbidity,PH,BOD5,watertemperatureandcon-ductivity.Theresultshowsthatthesystem,whichcanmeasuremulti-parameterofwaterqualitysimultaneously,alsocanachievevirtualizationofinstrumentformonitoringmulti-parameterofwaterquality,implementcomplexfunctionsonthe“virtual”panel,andgreatlysimplifythehard-warecircuitbyusingintuitivegraphicalprogramminglanguageofLabVIEW.Asimpleoperation,highreliabilityandintuitiveofwaterqualitymonitoringinstrumentofnewmethodisprovided.KeywordsWaterPollutionMonitoringSystem,Multi-Parameter,LabVIEW,Real-Time一种基于LabVIEW的水质多参数实时监测系统蒋上海1，魏彪1*，汤斌1，赵敬晓1，毛本将2，VoQuangSang1，姜赞成2，罗继阳1*通讯作者。一种基于LabVIEW的水质多参数实时监测系统21重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆2四川碧朗科技有限公司，绵阳Email:[e-mail],*[e-mail]收稿日期：2014年7月摘要我国水质污染令人担忧亟需加强检测与监管。本文针对水质监测以保护水环境的需要，利用LabVIEW直观的图形化编程语言，设计了一种水质多参数实时监测系统。该系统主要由USB光谱仪、传感器和上位机三大部分构成，以COD、TOC、氨氮、浊度、PH、BOD5、水温以及电导率为多参数测量指标，通过硬件和计算机软件的有机结合，实现了对水质多参数进行实时在线监测，即对水质多参数的监测显示、存储、历史数据查询等功能。研究结果表明，系统不仅能够进行水质多参数同时测量，而且还实现了水质监测仪器的虚拟化，充分利用了LabVIEW直观的图形化编程语言，将复杂的功能在“虚拟”的面板上实现，大大简化了硬件电路。这为操作简单、可靠性高且形象直观的水质多参数监测仪器设计提供了一种新的思路和方法。关键词水质监测，多参数，LabVIEW，实时1.引言水污染主要是由人类活动产生的污染物造成，它主要包括工业污染源、农业污染源和生活污染源三大部分。近年来，我国水污染问题日益严重，水环境的前景令人担忧，亟需加强水质污染的检测与监管。本文针对传统的水质监测手段已不能适应水资源保护的需要，利用LabVIEW的虚拟仪器监测技术具有低廉价格、重复利用率高、开放性、灵活性等优点[1]，研究了一种基于LabVIEW的水质多参数实时监测系统。该系统以COD、TOC、氨氮、浊度、PH、BOD5、水温及电导率为水质多参数测量指标，不仅能够避免传统离线检测的耗时与数据单一等弊端，而且还能实时了解各监测数据的变化情况[2]，较好地发挥了计算机数据处理与分析的优势，取得了预期的研究效果。2.系统组成系统的组成，如图1所示。它主要由传感器、光谱仪以及上位机三大模块组成。光谱仪和传感器将采集到的数据传递至上位机，通过编写的系统软件对采集得到的数据进行处理、存储和显示。3.系统软件开发3.1.系统软件功能在LabVIEW2012环境下，软件设计采用模块化的设计思想完成的。软件可同时对COD、TOC、氨氮、浊度、PH、BOD5、水温、电导率以及水质光谱进行监测，其主要功能包括实时数据采集、数据显示、水样校正、数据存储和历史数据查询等功能。软件主要流程，如图2所示。3.2.主要功能模块设计在设计过程中，各功能模块主要采用平铺顺序结构与事件结构。平铺顺序结构每执行完一帧，则按一种基于LabVIEW的水质多参数实时监测系统3Figure1.Schematicdiagramofsystem图1.系统示意图Figure2.Programflowchart图2.程序流程图顺序进入下一帧。事件结构则是等待用户输入相关指令后才进行有关操作。例如，程序启动后，等待用户选择校正模式还是采集模式。3.2.1.用户登录模块用户点击快捷方式启动软件后，出现登录界面。用户输入用户名和密码后，点击“登录”进入用户登录信息验证，如果密码错误，则返回登录界面或退出系统。用户还可以通过“修改”按钮对用户名和密码进行修改，正确输入相关信息，即可对用户名和密码进行修改，程序框图如图3所示。系统的初始用户名和密码被放入sec.mdb的数据库文件中，这样做的目的是为了以后对登录模块功能进行扩展。当成功登录后，进入多参数水质实时监测系统界面，如图4所示。同时，系统将各显示与输入控件初始化为默认值或设置为空。在系统界面中，点击启动后，程序开始查找设备。如果未找到设备，则继续查找或退出；如果找到设备系统，则进入等待状态。通过按下相应按钮执行对应的操作或通过按下暂停按钮，再点击退出，退出系统。PH传感器电导率传感器温度传感器浊度传感器光谱探测头信号调理采集卡光源0.64USB光谱仪计算机（处理、存储、显示）用户登陆开始用户操作界面采集模式校正模式数据存储采集参数设置历史数据查询退出结束一种基于LabVIEW的水质多参数实时监测系统4Figure3.Userloginprocedure图3.用户登录程序Figure4.Thesysteminterface图4.系统界面图3.2.2.数据采集模块系统的数据采集模块是整个系统的核心。由于LabVIEW只提供NI公司生产的硬件设备驱动程序，所以无法直接使用其他公司生产的硬件设备[3]。编写程序时，通过调用硬件厂商提供的动态链接库(DynamicLinkLibrary,DLL)来实现对数据的采集。动态链接库是一个可供多方调用的程序模块，硬件厂商对共享的例程和资源进行了封装，以方便用户控制其设备。LabVIEW通过使用“调用库函数”节点以实现对DLL的调用。将“调用库函数”节点放入程序后双击，选择相应的dll文件、所调用的函数，然后配置相应的参数，若配置正确，即可实现对函数调用，如图5所示。整个采集程序采用条件结构、while循环结构以及用户事件结构等，以此实现数据的采集和显示，并一种基于LabVIEW的水质多参数实时监测系统5将采集所得数据进行处理后，传送给存储模块进行存储，整个采集程序过程，如图6所示。3.2.3.数据存储模块利用LabVIEW数据库工具包，数据存储将测量结果保存到Access数据库中。测量结果每隔20s自动保存一次，存储参数包括采集时间、处理前后的吸光度以及设定所得的八个测量参数。Access数据库的创建，采用的是动态建立数据库的方法[4]。LabVIEW利用连接字符串链接数据库[5][6]，存储模块程序如图7所示。3.2.4.历史数据查询模块在系统界面上，点击历史数据按钮、设定查询时间段后，当日实时数据显示窗口随即转为历史曲线显示。数据查询采用SQL语句和LabVIEW数据库工具包相结合的方式实现。程序设计中，主要应用了SELECT和WHERE指令[6]，数据查询模块程序如图8所示。4.系统调试结果将硬件设备和计算机相连接后，点击桌面的快捷方式运行程序。输入用户名和密码，登陆进入系统操作界面。经过调试得到如下结果，如图9和图10所示。Figure5.DLLcall图5.DLL调用Figure6.Datacollectionprocedures图6.数据采集程序一种基于LabVIEW的水质多参数实时监测系统6Figure7.Datastoredprocedures图7.数据存储程序Figure8.Dataqueryprocedures图8.数据查询程序Figure9.Operationinterface图9.运行界面图一种基于LabVIEW的水质多参数实时监测系统7Figure10.Datastorageformat图10.数据存储格式5.结论LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器(NI)公司研制开发。由于LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图形式，此特别适合于水质污染的多参数检测与监控。本文针对水质监测进行水环境保护的需要，利用LabVIEW直观的图形化编程语言，通过硬件和计算机软件的有机结合，实现了对水质中COD、TOC、氨氮、浊度、PH、BOD5、水温、电导率以及水质检测紫外-可见光谱多参数进行实时在线监测，包括对水质多参数的监测显示、存储、历史数据查询等功能。研究结果表明，系统不仅能够进行水质多参数同时测量，而且还实现了水质监测仪器的虚拟化，充分利用了LabVIEW直观的图形化编程语言，将复杂的功能在“虚拟”的面板上实现，大大简化了硬件电路。这为操作简单、可靠性高且形象直观的水质监测仪器设计提供了一种新的思路和方法。基金项目四川省科技支撑计划项目(2012SZ0111)。参考文献(References)[1]宗荣芳,田锦明(2011)基于虚拟仪器技术的海水水质监测系统设计