在线式降雨降尘自动检测系统研究

摘要：雨量及酸雨监测是环保监测中十分重要的要素，对雨量分布、降雨酸碱度、空气悬浮微粒污染等参数实行多点网络化自动实时监测，快速掌握多地点的雨量及降雨酸碱度的实时数据，对防汛抗灾、决策指挥和节能减排等方面具有重要的意义，与人民群众的生活息息相关。系统涵盖了嵌入式技术、微电子技术、数字信息处理技术、现代通信技术等当代应用开发技术，是对环保部门改变其环境监控方式，提高工作效率和节省环保监测的人力、物力资源具有深远影响的一项技术。
关键词：高精度压力式雨量计；雨水酸碱度在线检测；网络通讯

    随着我国经济、社会的高速发展，对环保监测的水平也提出更多、更高的要求。要求环保部门提供降雨量、温度、湿度、雨水酸碱度、降雨电导率等准确、实时的参数。为各级政府提供决策依据，为生产企业、社会团体提供产业投资依据，满足环境治理、减灾、救灾的需求。
    本系统采用自动化、网络化技术，对雨量及雨水参数的实时自动采集、自动检测，提高了环保监测系统的智能化水平，满足新时期环境监控的需求。

1 系统的构成
1．1 系统的总体结构
    系统原理结构图如图1所示，由降雨降尘检测仪、无线通讯模块、上位机组成，在广域网、局域网的支持下，用UART、ZigBee、Wi-Fi等有线、无线接入技术，实现整个地区各个监测点信息联网，环保监测数据实时采集、自动存储，并及时上传位于环保站的中心数据机(环保信息中心)。环保站也可以通过信息中心实时的了解各个监测点环保监测作业情况。

1．2 降雨降尘检测仪
    主要由雨水传感器、温湿度传感器，防尘盖驱动单元、接雨器驱动单元、电导率仪、pH仪、传感电极清洗单元、压力式雨量计、采样样品保存子系统和中央处理器组成，如图2所示。

    主要功能是：降雨感知，防尘盖打开、闭合(由伺服电机驱动)，环境温度、湿度测量。降雨时，进行雨水样品的收集，并进行低温保存，以防样品变质，电导率仪、pH仪的传感电极的定时清洗，雨水样品电导率、酸碱度的测量，降雨量测量。
    系统具有完备的人机界面，以便能够方便地进行系统参数预置、传感器标定等，还有故障自检、手动操作等的功能。软件采用模块化结构，包括监控程序模块和多个功能模块。
    自动标定模块：采用两点标定法。以pH值检测为例，用两种标准液体进行配套标定。
    采样模块：每200 ms采样一次，对被采样的数据进行数字滤波，在内存中，采样环形队列数据结构进行数据存储，对采样数据进行滑动平均滤波，如何调用相应环保参数值的计算模块，在时钟模块的控制下，定时存储采样参数数据。
    参数显示模块：有三种参数显示方式，实时显示、定时显示、超限显示。实时显示是在时钟模块控制下，不间断的在LCD液晶显示器上显示日期、时间PH值、电导率值等。刷新频率通常为1 s，并可以采用声光方式进行超限报警。定时显示是在时钟模块控制下，定期在LCD液晶显示器上显示降雨次数、降雨量、降雨开始时间、降雨结束时间等参数。定时时间为1 h，通常显示当天参数值。

1．2．1 软件程序的实现
    软件编制实现如下主要功能：降雨感知，防尘盖打开、闭合(由伺服电机驱动)，环境温度、湿度测量。降雨时，进行雨水样品的收集，并进行低温保存，以防样品变质，电导率仪、pH仪的传感电极的定时清洗，雨水样品电导率、酸碱度的测量，降雨量测量。

1．2．2 数据通讯子系统
    布置多个监测点，各个监测点的在线式降雨降尘监测仪采集实时数据并与前置计算机与在线式降雨降尘监测仪实现数据通讯接口，用SQL Server数据库存储数据，在广域网、局域网的支持下，用UART、ZigBee、Wi-Fi等有线、无线接入技术，实现整个地区各个监测点信息联网，环保监测数据实时采集、自动存储，并及时通过互联网经过网关服务器实现与中心监控站进行数据通讯。保证数据能实时或定时地通过环保中心监测站网关服务器传输到环保中心监测站降雨降尘管理系统。实现环保信息管理的自动化、智能化、网络化。实时收集所采集的环境参数数据，并进行必要的分析、统计处理，采用对比、分析的手段，及时了解环境变化的趋势，比如降雨酸碱度的变化趋势，及时上报。为地方政府的发展决策和环境治理、节能减排提供可靠的决策依据。
1．2．3 高精度压力式雨量计
    本系统采用高精度压力式雨量计，为提高压力的测量精度系统采用隔离型绝压传感器：采用特殊的非线性、温度的补偿及校正措施确保其精度，使测量精度优于0．1％。采样的精度、线形度、误差稳定性均超过传统虹吸式或翻斗式雨量参数采集方式，且具有很好的工作稳定性，不受恶劣天气、恶劣气候环境的影响，这是自动环保参数测量仪设计的一个基本保障。

2 结论
    本项目开发的检测系统检测与通讯功能强，系统按照新的国家环保监测的标准进行多参数监测，多点覆盖、实时监测，能够更好地反映环境的整体情况。在线式降雨降尘系统是一个集现代高新技术为一体的控制监测系统。它涵盖了嵌入式技术、微电子技术、数字信息处理技术、现代通信技术、等当代应用开发技术，是对环保部门改变其环境监控方式，提高工作效率和节省环保监测的人力、物力资源具有深远影响的一项技术。系统的应用具有重要的经济意义和社会发展的战略意义，未来将会产生重大的社会影响。