專利名稱：污染源水質(zhì)、水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)的監(jiān)測(cè)裝置，具體地說是一種水質(zhì)、水量的監(jiān)測(cè)設(shè)備。
為實(shí)行水污染源的污染物總量控制，必須要有科學(xué)的水質(zhì)、水量測(cè)試手段，才能準(zhǔn)確地掌握住排污負(fù)荷量。以往對(duì)于水污染源監(jiān)測(cè)，通常采用人工瞬時(shí)采樣、單一儀器定時(shí)或定量采樣及單臺(tái)儀器對(duì)污水流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后靠人工進(jìn)行數(shù)據(jù)綜合處理，這種監(jiān)測(cè)方法所帶來的缺點(diǎn)是排污負(fù)荷量的上報(bào)數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確、科學(xué)，不能及時(shí)準(zhǔn)確，全面地反映排污口污染物的排放狀況，使得有關(guān)部門對(duì)污染源實(shí)行總量控制，實(shí)行排污許可證制度帶來了很大的困難。
本發(fā)明的目的是提供一種能在連續(xù)監(jiān)測(cè)污水流量PH值等參數(shù)的同時(shí)，控制采樣裝置進(jìn)行定時(shí)或定量采集具有代表性的水樣，數(shù)據(jù)處理科學(xué)、及時(shí)的污水監(jiān)測(cè)裝置。
本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)是它由微處理器、存儲(chǔ)器、接口電路、驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤及顯示電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、串行通訊接口電路組成。微處理器的并行輸出端輸出位控電信號(hào)，通過接口電路的光電隔合器件及邏輯控制器件送驅(qū)動(dòng)電路起動(dòng)采樣裝置動(dòng)作，完成定時(shí)或定量采樣的工作過程。采集的水溫、流量、PH值等模擬信號(hào)，在只讀存儲(chǔ)器內(nèi)的監(jiān)控程序控制下，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路送微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。然后按一定記錄格式存儲(chǔ)在隨機(jī)存儲(chǔ)器中，并可在上位計(jì)算機(jī)的控制下，經(jīng)串行通訊接口電路進(jìn)行工作過程控制及數(shù)據(jù)通訊。鍵盤及顯示電路可實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。
本系統(tǒng)由于采用了單片計(jì)算機(jī)配置相應(yīng)的輔助部件來完成，在連續(xù)監(jiān)測(cè)污水流量，PH值、水溫的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)污水采樣自動(dòng)控制及數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化。改變了以往通過人工或人工操作單一儀器取樣準(zhǔn)確度差、數(shù)據(jù)處理不科學(xué)的落后狀況。做到了污水監(jiān)測(cè)及采樣自動(dòng)化。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，可靠性高，具有推廣價(jià)值。


圖1為本發(fā)明的方框圖。
圖2為本發(fā)明的氣路及控制示意圖。
圖3為本發(fā)明的微處理器及相關(guān)部分電路原理圖。
圖4為本發(fā)明的鍵盤及顯示電路原理圖。
圖5為本發(fā)明的接口和驅(qū)動(dòng)電路原理圖。
圖6為本發(fā)明的電源電路原理圖。
圖7為本發(fā)明的監(jiān)控程序框圖之一。
圖8為本發(fā)明的監(jiān)控程序框圖之二。
圖9為本發(fā)明監(jiān)控程序框圖之三。
本發(fā)明的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)U8輸入端INo、IN1、IN2分別與常用的PH值變送器、流量Q變送器、水溫C變送器輸出端相連(見圖3)。微處理器U1配置存放監(jiān)控程序的只讀存儲(chǔ)器U4和靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器U5，U4和U5的選址端口通過與微處理且相連的譯碼器U2給出，系統(tǒng)的控制程序及數(shù)據(jù)處理程序均固化在只讀存儲(chǔ)器U4中。與微處理器U1相連的專用模數(shù)轉(zhuǎn)換器U8，是通過微處理器U1給出的地址，經(jīng)譯碼器U2、U6輸出至U8端口選中，其起動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)和讀入信號(hào)分別由微處理器U1的寫信號(hào)WR和讀信號(hào)RD端經(jīng)或非門U12和反相器U13提供，其輸入信號(hào)的選擇是由微處理器U1的數(shù)據(jù)總線D0-D2的編碼不同控制的。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(電路)U8的時(shí)鐘信號(hào)是將U1的ALE信號(hào)經(jīng)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器U7的二分頻供給。微處理器U1定時(shí)(1秒)從U8中讀取PH值、流量、水溫的數(shù)字量，經(jīng)U1進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后按一定的記錄格式存儲(chǔ)在隨機(jī)存儲(chǔ)器U5中。
采樣裝置(見圖2)包括往復(fù)真空泵、二位三通電磁閥、密封杯、吸水管、電磁夾緊閥、步進(jìn)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及采樣瓶，其順序動(dòng)作是在微處理器U1經(jīng)接口電路及驅(qū)動(dòng)電路的控制下完成的。當(dāng)流量或時(shí)間的累計(jì)值與給定值相等時(shí)，U1的并行輸出端P1.7發(fā)出低電平信號(hào)，經(jīng)反相器U9反相后，通過光電耦合器件U26(見圖5)，然后使晶體三極管BG10導(dǎo)通，輸出進(jìn)入邏輯控制器件U27輸入端的4腳，其輸出端5、7產(chǎn)生的高電平使繼電器J1、J3動(dòng)作，控制真空泵BN啟動(dòng)和注瓶電磁閥JF保持關(guān)閉，壓縮空氣由吸水管排出，以清洗管路雜物，經(jīng)過14秒鐘后，邏輯控制器件U27輸出端6變高電平，經(jīng)繼電器J2開啟二位三通電磁閥FA，使氣路換向，使水樣通過吸水管CS進(jìn)入密封杯MF內(nèi)，水樣充滿密封杯MF時(shí)，杯內(nèi)的液位傳感器YC發(fā)出一個(gè)開關(guān)量信號(hào)，送邏輯控制器件U27的9腳，使其6腳狀態(tài)改變，導(dǎo)致二位三通電磁閥FA換向，排除多余的水樣，當(dāng)水樣達(dá)到預(yù)先的設(shè)定值時(shí)，微處理器U1的P1、7端發(fā)出高電平信號(hào)經(jīng)U9反相后，送光電耦合器件U26，使晶體三極管BG10截止，導(dǎo)致邏輯控制器件U27的7腳的為高電平，繼電器J3吸合使電磁夾緊閥JF開啟完成注瓶動(dòng)作。當(dāng)完成采樣周期后，微處理器U1的P1.0端口發(fā)出脈沖信號(hào)經(jīng)U9反相后，送光電耦合器件U25使晶體三極管BG9瞬時(shí)導(dǎo)通，由繼電器J4控制步進(jìn)電機(jī)BD動(dòng)作，將配液管P推到下一個(gè)瓶號(hào)上，當(dāng)24瓶采完之后，由U1的P1.0口發(fā)出電平信號(hào)，使邏輯控制器件U27產(chǎn)生停止采樣工作的信號(hào)。圖5中AN2為手動(dòng)換瓶按鈕開關(guān)，按動(dòng)一次完成一次換瓶動(dòng)作。
系統(tǒng)在運(yùn)行之前，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，把所要選擇的采樣方式，定時(shí)或定量間隔值及投入運(yùn)行的日期、時(shí)間值，通過鍵盤存入隨機(jī)存儲(chǔ)器U5中。其方法是(見圖6)接通電源開關(guān)K1、K2，整機(jī)上電，按復(fù)位鍵AN1(見圖3)，顯示器BG1顯示提示符A(見圖4)，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，按數(shù)字鍵、LD鍵或E鍵，將系統(tǒng)開始投入運(yùn)行日期(年、月、日)、時(shí)間(時(shí)、分、秒)，定時(shí)間間隔(3-9999分)或定量間隔(3分鐘的流量值-9999m3)，存入隨機(jī)存儲(chǔ)器U5中，其中LD鍵是存入鍵，E鍵是刪除鍵，只用于修改數(shù)字鍵的誤操作。按命令鍵RUN，系統(tǒng)投入運(yùn)行后，顯示器BG1-BG8顯示累計(jì)的流量值，按數(shù)字鍵1，顯示器BG1-BG6顯示輸入的日期;按數(shù)字鍵2，顯示器BG1-BG6顯示當(dāng)前的時(shí)間值;按數(shù)字鍵3，顯示器BG1-BG8顯示當(dāng)前的流速值;按數(shù)字鍵4，顯示器BG1-BG5顯示水流的溫度值;按數(shù)字鍵5，顯示器BG1-BG6顯示檢測(cè)的PH值;按數(shù)字鍵6，顯示器BG1-BG6顯示定時(shí)的時(shí)間間隔值;按數(shù)字鍵7，顯示器BG1-BG4顯示定量間隔值;按數(shù)字鍵8，顯示器BG3-BG4顯示采樣的瓶數(shù);按數(shù)字鍵9，顯示器BG1-BG5顯示污水的液位高度。
鍵盤輸入的工作過程是，數(shù)據(jù)總線通過鎖存器U16輸出的信號(hào)經(jīng)U21-U24反相后，輸出作鍵盤輸入信號(hào)線。它由譯碼器U15控制，3條列線由Ucc1電源經(jīng)電阻R12-R14引出，鍵盤的輸出信號(hào)線通過三態(tài)緩沖器U17引至數(shù)據(jù)總線的Do-D2。顯示器BG1-BG8是采用5V電源供電的共陰極LED數(shù)碼管，U1的數(shù)據(jù)總線D0-D7經(jīng)鎖存器U14和U19、U20反相后，驅(qū)動(dòng)BG1-BG8的相應(yīng)端，U21-U24供給顯示器大的沉電流，以便進(jìn)行位選。U15的輸入信號(hào)由U1的地址總線A2-A6和譯碼器U6的輸出Y2提供的，鎖存器U16在U15的控制下將位控信號(hào)讀入U(xiǎn)1中。
為了保證系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，突然掉電而隨機(jī)存儲(chǔ)器U5內(nèi)的數(shù)據(jù)不丟失，設(shè)置了隨機(jī)存儲(chǔ)器掉電保護(hù)電路。當(dāng)電源Vcc1大于失電保護(hù)電壓E時(shí)(3-4.5V)時(shí)，二極管D1導(dǎo)通(見圖3)，二極管D2截止，由Vcc1供給U5工作電壓，當(dāng)瞬時(shí)斷電，Vcc1逐漸小于E時(shí)，D2導(dǎo)通、D1截止，電源E向U5供電，并通過R3保證U5的CE端為高電平，從而達(dá)到使數(shù)據(jù)不丟失的目的。
當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)突然掉電，由穩(wěn)壓管D12、電阻R23、R24、R25及晶體三極管BG11等元件構(gòu)成的U1掉電信號(hào)觸發(fā)電路，當(dāng)脈動(dòng)直流低于Vcc1-0.7V+D12的穩(wěn)壓值時(shí)，晶體三極管BG11集電極輸出高電平信號(hào)INT0(見圖6)，經(jīng)U9反相后，送U1產(chǎn)生執(zhí)行U4中的外部中斷服務(wù)程序命令，將U1中的數(shù)據(jù)存入U(xiǎn)5中。反之，INT0為低電平，經(jīng)U9反相后，使U1處于禁止外部中斷狀態(tài)。
本系統(tǒng)的監(jiān)控程序采用模塊式結(jié)構(gòu)，由U1的定時(shí)中斷、外部中斷和串行中斷決定程序的分支，將幾套不同功能的程序有機(jī)地結(jié)合為一體，它包括初始化模塊對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。
顯示及鍵盤掃描處理模塊對(duì)輸入的鍵盤值進(jìn)行分析、處理、判斷，然后轉(zhuǎn)向相應(yīng)的處理模塊。
時(shí)鐘模塊在執(zhí)行過程中，不斷查詢?cè)O(shè)置的不同時(shí)間標(biāo)志，然后轉(zhuǎn)向執(zhí)行相應(yīng)程序。
數(shù)據(jù)采集模塊控制A/D轉(zhuǎn)換器定時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和進(jìn)行數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)處理，并存入存儲(chǔ)器。
控制采樣裝置工作模塊控制采樣裝置完成清洗-抽吸-量測(cè)-注瓶-換瓶等動(dòng)作。
外部中斷服務(wù)程序模塊當(dāng)外部產(chǎn)生掉電信號(hào)時(shí)，將U1內(nèi)隨機(jī)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)送入U(xiǎn)5進(jìn)行斷電保護(hù)，上電時(shí)將U5中保護(hù)的數(shù)據(jù)送回到U1內(nèi)部隨機(jī)存儲(chǔ)器中。
串行中斷服務(wù)程序模模塊當(dāng)與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，對(duì)上位機(jī)發(fā)來的不同站號(hào)和命令進(jìn)行分析判斷，然后執(zhí)行不同的程序。
圖中微處理器U1的型號(hào)為8031，譯碼器U2的型號(hào)為74LS139，鎖存器U3的型號(hào)為74JS373，U14、U16的型號(hào)為74LS273，只讀存儲(chǔ)器U4的型號(hào)為2764，隨機(jī)存儲(chǔ)器U5的型號(hào)為6264，譯碼器U6的型號(hào)為74LS139，計(jì)數(shù)器U7的型號(hào)為74LS90，模數(shù)轉(zhuǎn)換器U8的型號(hào)為ADC0809，譯碼器U15的型號(hào)為74LS138，三態(tài)緩沖器U17的型號(hào)為74LS125，U18為或門74LS32，光電耦合器件U25、U26的型號(hào)為TIL113，邏輯控制器件U27的型號(hào)為GSK-1，穩(wěn)壓集成塊U28、U29的型號(hào)為7805，穩(wěn)壓集成塊U30的型號(hào)為7809，電源濾波器U31的型號(hào)為DNX-F。LED顯示器BG1-BG8的型號(hào)為DDC502，晶體三極管BG9-11的型號(hào)為3CG733，BG10的型號(hào)為3CG23C，R1-R25為電阻，C1-C13為電容，B1、B2為變壓器，BX1-BX3為保險(xiǎn)絲，D1-D18為二極管。繼電器J1-J4的型號(hào)為JZX-17F，往復(fù)真空泵BN的型號(hào)為GZB-1，二位三通電磁閥FA的型號(hào)為Q23XD，液位傳感器YC的型號(hào)為GEU-1，電磁夾緊閥JF的型號(hào)為GDF-1，步進(jìn)電機(jī)BD的型號(hào)GBJ-1。
權(quán)利要求
1.一種污染源水質(zhì)、水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于它由微處理器、存儲(chǔ)器、接口電路、驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤及顯示電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、串行通訊接口電路組成，微處理器的并行輸出端輸出位控信號(hào)，通過接口電路的光電隔合器件及邏輯控制器件送驅(qū)動(dòng)電路起動(dòng)采樣裝置動(dòng)作，完成定時(shí)或定量采樣的工作過程，采集的水溫、流量、PH值等模擬信號(hào)，在只讀存儲(chǔ)器內(nèi)的監(jiān)控程序控制下，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路送微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并接一定記錄格式存儲(chǔ)在隨機(jī)存儲(chǔ)器中，可在上位計(jì)算機(jī)的控制下，經(jīng)串行通訊接口電路進(jìn)行工作過程控制及數(shù)據(jù)通訊。
2.按照權(quán)利要求1所述的污染源水質(zhì)、水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于微處理器U1定時(shí)(1秒)從模數(shù)轉(zhuǎn)換電路U8中讀取PH值、流量Q、水溫C的數(shù)字量，經(jīng)U1進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，按一定的記錄格式存儲(chǔ)在隨機(jī)存儲(chǔ)器U5中。
3.按照權(quán)利要求1所述的污染源水質(zhì)、水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于采樣裝置包括往復(fù)真空泵、二位三通電磁閥、密封杯、吸水管、電磁夾緊閥、步進(jìn)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及采樣瓶，其順序動(dòng)作是在微處理器U1經(jīng)接口電路及驅(qū)動(dòng)電路的控制下完成。
4.按照權(quán)利要求1所述的污染源水質(zhì)、水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置了隨機(jī)存儲(chǔ)器U5掉電保護(hù)電路，當(dāng)電源大于失電保護(hù)電壓E時(shí)，由電源VCC1，供給U5工作電壓;若瞬時(shí)斷電，電源E向U5供電。
5.按照權(quán)利要求1所述的污染源水質(zhì)、水量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于只讀存儲(chǔ)器內(nèi)的監(jiān)控程序采用模塊式結(jié)構(gòu)，由微處理器U1的定時(shí)中斷、外部中斷和串行中斷決定程序的分支。
全文摘要
公開的是一種環(huán)境保護(hù)的監(jiān)視裝置，包括微處理器、存儲(chǔ)器、接口電路、鍵盤及顯示電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、串行通訊接口電路。微處理器輸出的位控信號(hào)起動(dòng)采樣裝置動(dòng)作，完成定時(shí)或定量采樣的工作過程。采集的水溫、流量、pH值等模擬信號(hào)，在監(jiān)控程序控制下，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換送微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。它改變了由于人工操作單一儀器取樣準(zhǔn)確度差、數(shù)據(jù)處理不科學(xué)的落后狀況，做到了污水監(jiān)測(cè)及采樣自動(dòng)化。
文檔編號(hào)G01D7/02GK1043570SQ8910736
公開日1990年7月4日 申請(qǐng)日期1989年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1989年12月9日
發(fā)明者王俊清, 劉淑濱, 蔡明 , 王恒發(fā), 張宇舟, 賈勇, 趙有海, 李春 申請(qǐng)人:沈陽環(huán)境科學(xué)研究所