基于超声波流量计在环境监控系统中的应用

　　引言

　　在工业污水处理自动监测监控系统中,监测中心需要连续、实时地采集各种环境监测仪器的数据,以便子站或控制中心维护人员获得子监测点的各种环境信息,用监测到的数据分析环境监测子站的运行状态以及执行情况。通过长期采集并储存的数据信息,可以分析并总结归纳出一个地方的水质信息和排污信息。

　　目前,用于水质在线监测污水流量一般采用硬件设备(如明渠流量计),或使用4-20mA直流电流模拟量或者简单的串口数字量来传输数据,这两种传输方式都存在采集数据传输距离比较短、数据传输不稳定,无法扩展多个监测仪器等缺点。而且系统采用的硬件设备比较昂贵,维护相对困难,在水质监测潮湿和恶劣的环境下容易被腐蚀,造成仪器无法正常使用,严重的甚至使仪器彻底报废,影响整个监测系统的正常运行。

　　基于此,本文提出了一种软硬件相结合的数据采集和监控系统。相比于先前的监测系统,本监测系统不仅支持远距离数据传输,而且传输数据稳定、可靠,而且通过RS485总线可扩展多个超声波监测点。同时在终端机上也提供给了友好的人机监控界面,用户可以方便的监控和查询系统的运行情况。在潮湿和闷热的水质监测环境下,本系统是比较可靠的一种数据采集和监控方式。

　　1硬件系统基本概况

　　如图1所示是系统的硬件结构图。硬件系统采用RS485总线结构来进行数据的采集和传输。图中测量仪器a为重庆兆易公司生产的RISENⅢ超声波物位仪, 转换器 b 为 ATCATC-106无源RS-232转RS-485接口转换器,终端控制机是Arm7嵌入式计算机。硬件系统的主要功能是提供软件系统所需要的超声波换能器的头部到水面的距离h,从而计算出污水流量。该硬件系统能提供了稳定可靠的数据源,且支持多节点采集数据,易于扩展采集接口设备,宽接入性能好,从而节约了成本。

　　2系统软件设计

　　基于环境在线监测的实时性要求,我们采用源码对外开发可裁剪的ucos—II操作系统,并可根据实际需求对其裁剪和增加。使用ADS1.2编程环境作为本系统的开发工具,采用64Mbs的Flash来存储流量数据。整个系统软件设计包括三个大部分:数据的采集和处理、流量数据的显示和存储以及人机界面的设计。

　　2.1、流量数据的采集和处理

　　流量计的数据采集需根据超声波流量计的数据传输协议来进行编程制定。其传输协议采用了半双工异步方式,波特率为9600bps。每帧数据有20个字节,每个字节有11位二进制。握手方式采用主机发送地址号(1~128)二进制源码(0x01)之后查询接收数据,也就是得到图1中所示的液面高度h。从机以中断方式应答,每次发送20个字节的方式。而数据的储存则跟程序里面定义的结构体函数的关键字有关。