应用电话网络的各地自来水成分自动监控系统

    引 言

    您的家庭是否遇到：自来水中出现铁锈、泥沙等物质？自来水烧开后形成顽固的水垢？ 自来水有一股异味？原来清澈的自来水现在变得越来越混浊了？ 随着经济的迅速发展，环境污染日趋严重，饮用水的污染尤为突出，水中含有多种成分，如：硫、硫酸等污染物，如能及时掌握，对环境保护非常重要，到目前为止，我国的自来水检测方法依然人工采样、试验分析，这种方法频率比较低，不能准确反映实际水质情况，且不易形成监控网络统一管理。目前，网络通讯迅速发展，组网技术已多样化，成熟化，但同时考虑监控系统分布点多，并且传输数据量不大以及性价比要求高等特点，我们开发了一种基于电话网络的自来水成分自动监控系统。

    1、系统组成及功能

    本系统主要有三部分组成：现场监测、通讯网络（电话网）、中央测控单元。下图1是系统总体结构。

            

图1 系统结构图

    现场监测模块安放在各个需要检测的地方，他由各种传感器和微处理器组成，用来采集水的各项指标，如色度、PH值、混浊度、总硬度、硫含量等，采集后的各种数据经过微处理器处理分别存在相应的存储单元，并以定时方式通过电话网络向中央测控单元传送，也可以依中央测控单元传送指令进行适时传送。
   
    现场监测模块和中央测控单元之间的通讯借助于普通存在的电话网来完成，电话线路中数据以DTMF信号方式传输，现有按健电话多使用DTMF拨号方式，DTMF选号方式选用8个频段，其中低音频组有4个频率：679HZ、770HZ、852HZ、941HZ，高音频组也有4个频率：1209HZ、1336HZ、1477HZ、1633HZ。每个键号对应于一种低音频和一种高音频正弦波之和。
   
    中央测控单元的主要作用是：第一，管理各地信息，以及传感器的类型。第二，对现场监测模块的一些参数进行设置，如传感器的采样频率，数据上传方式。第三，完成现场监测模块上传数据的分析，存储、显示报表的生成、打印、输出等功能。

     2、系统的硬件及软件实现
 
     2.1  现场监测模块的硬件实现
   
     现场监测模块的主要组成部分是多路传感器，DTMF信号收发器以及以89S51为核心的微处理器，如图2

              图2  现场监测模块硬件原理图

     多路传感器实现对水指标的采集,传感器的类型用代号01,02,03 表示,如01代表色度,02代表PH值、03代表总硬度等。为适应地区可以采用不同的传感器类型。

    传感器采集到的电压信号经过信号调理电路，多路开关，并经过A ／ D转换成数字信号，经CPU处理存储到存储器AT45DB011中，AT45DB011是ATMEL公司生产的串行FLASH存储器，它具有1M的存储空间。传感器采集的数据进行分区存放便于CPU读取。
   
    微处理器选用AT89C51。它是ATMEL公司生产的一种低功耗高性能的处理芯片，片内带有4K的存储器。工作频率范围宽。

    2.2  中央测控单元的硬件实现
   
    中央测控单元由DTMF信号收发器、AT89C51、上位机组成，如图3所示：

 图3 中央测控单元硬件原理图

    AT89C51与上位机的通讯采用RS－232接口，它的主要任务是接受并分析现场监测模块上传的数据并以可视化界面的方式显示，对传感器的参数进行设置。

    2.3  DTMF信号的传输及软硬件实现
   
    利用MITEL公司生产的MT8880可实现DTMF数据收发、信号音的判断，它具有如下基本功能：

    1、提供完整的DTMF发送或接受功能。

    2、具有接受信号音和带通滤波的功能。

    3、能与微处理器直接接口。
 
    CPU采用AT89C51芯片，它可以对MT8880的发送、接受及工作模式进行控制。

    现场检测模块以DTMF方式向上位机发送数据的格式如表1所示。 
 

    例如:“＃05101809080212＊”代表：05年10月18日9时8分传感器02采集到某一地区降雨量为12毫米。
   
    中央测控单元以DTMF方式向现场监测模块发送控制指令的格式如表2所示。
 
            
    不同的指令代码代表上位机向现场监测模块发送不同的控制指令，不同的控制指令具有不同的指令值格式。
 
    MT8880发送子程序：
SEND：MOV DPTR，＃2100H
      SETB P1.0
      MOV A ,#0CH
      MOVX @DPTR,A
      MOV A,#00H
      MOVX A,R0
      MOV DPTR,#2000H
      MOVX @DPTR,A
      CLR P1.0
   S1:MOV DPTR,#2100H
MOVX A,@DPTR
      JB ACC.1,W_1
RET
RECEIVE:MOV DPTR,#2100H
        SETB P1.0
        MOV A,#0CH
        MOVX @DPTR,A
        MOV A,#00H
        MOVX @DPTR,A
        MOVX DPTR,#2100H
        CLR P1.0
  R_1:  MOVX A,&#

64;DPTR
        JNB ACC.2,R_1
        SETB P1.0
        MOV DPTR,#2000H
        MOVX A,@DPTR
        ANL A,#0CH
        MOV R0,A
         RET

     3 总结

     通过上述方案，利用电话网络，可以实现分布的各地水成分的适时、在线监测。本系统具有组网方便、安全、性价比高等特点。使环境工作者及时、准确地了解各地水的情况，实现了远程监控。

参考文献：

1、李朝青.单片机原理及接口技术. 北京: 北京航空航天大学出版社,2002
2、万福君.单片微机原理系统设计与应用.北京: 中国科学科技大学出版社,2003
3、付架才.单片机控制工程实践技术.北京:化学工业出版社,2004
4、张正伟.传感器原理与应用.北京:中央广播电视大学出版社,2001