專利名稱：污染源水質、水量監測系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及環境保護的監測裝置，具體地說是一種水質、水量的監測設備。
為實行水污染源的污染物總量控制，必須要有科學的水質、水量測試手段，才能準確地掌握住排污負荷量。以往對于水污染源監測，通常采用人工瞬時采樣、單一儀器定時或定量采樣及單臺儀器對污水流量進行監測，然后靠人工進行數據綜合處理，這種監測方法所帶來的缺點是排污負荷量的上報數據不夠準確、科學，不能及時準確，全面地反映排污口污染物的排放狀況，使得有關部門對污染源實行總量控制，實行排污許可證制度帶來了很大的困難。
本實用新型的目的是提供一種能在連續監測污水流量PH值等參數的同時，控制采樣裝置進行定時或定量采集具有代表性的水樣，數據處理科學、及時的污水監測裝置。
本實用新型的技術要點是它由微處理器、存儲器、接口電路、驅動電路、鍵盤及顯示電路、模數轉換電路、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，通過接口電路的光電隔合器件及邏輯控制器件送驅動電路起動采樣裝置動作，完成定時或定量采樣的工作過程。采集的水溫、流量、PH值等模擬信號，在只讀存儲器內的監控程序控制下，經模數轉換電路送微處理器進行數據處理。然后按一定記錄格式存儲在隨機存儲器中，并可在上位計算機的控制下，經串行通訊接口電路進行工作過程控制及數據通訊。鍵盤及顯示電路可實現人機對話。
本系統由于采用了單片計算機配置相應的輔助部件來完成，在連續監測污水流量，PH值、水溫的同時，實現了對污水采樣自動控制及數據處理的自動化。改變了以往通過人工或人工操作單一儀、器取樣準確度差、數據處理不科學的落后狀況。做到了污水監測及采樣自動化。其結構簡單，使用方便，可靠性高，具有推廣價值。
圖1為本實用新型的方框圖。
圖2為本實用新型的氣路及控制示意圖。
圖3為本實用新型的微處理器及相關部分電路原理圖。
圖4為本實用新型的鍵盤及顯示電路原理圖。
圖5為本實用新型的接口和驅動電路原理圖。
圖6為本實用新型的電源電路原理圖。
圖7為本實用新型的監控程序框圖之一。
圖8為本實用新型的監控程序框圖之二。
圖9為本實用新型監控程序框圖之三。
本實用新型的模數轉換器(A／D)U8輸入端IN0、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配置存放監控程序的只讀存儲器U4和靜態隨機存儲器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，系統的控制程序及數據處理程序均固化在只讀存儲器U4中。與微處理器U1相連的專用模數轉換器U8，是通過微處理器U1給出的地址，經譯碼器U2、U6輸出至U8端口選中，其起動轉換信號和讀入信號分別由微處理器U1的寫信號WR和讀信號RD端經或非門U12和反相器U13提供，其輸入信號的選擇是由微處理器U1的數據總線D0－D2的編碼不同控制的。模數轉換器(電路)U8的時鐘信號是將U1的ALE信號經十進制計數器U7的二分頻供給。微處理器U1定時(1秒)從U8中讀取PH值、流量、水溫的數字量，經U1進行數據處理后按一定的記錄格式存儲在隨機存儲器U5中。
采樣裝置(見圖2)包括往復真空泵、二位三通電磁閥、密封杯、吸水管、電磁夾緊閥、步進電機、旋轉機構及采樣瓶，其順序動作是在微處理器U1經接口電路及驅動電路的控制下完成的。當流量或時間的累計值與給定值相等時，U1的并行輸出端P1.7發出低電平信號，經反相器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導通，輸出進入邏輯控制器件U27輸入端的4腳，其輸出端5、7產生的高電平使繼電器J1、J3動作，控制真空泵BN啟動和注瓶電磁閥JF保持關閉，壓縮空氣由吸水管排出，以清洗管路雜物，經過14秒鐘后，邏輯控制器件U27輸出端6變高電平，經繼電器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進入密封杯MF內，水樣充滿密封杯MF時，杯內的液位傳感器YC發出一個開關量信號，送邏輯控制器件U27的9腳，使其6腳狀態改變，導致二位三通電磁閥FA換向，排除多余的水樣，當水樣達到預先的設定值時，微處理器U1的P1、7端發出高電平信號經U9反相后，送光電耦合器件U26，使晶體三極管BG10截止，導致邏輯控制器件U27的7腳的為高電平，繼電器J3吸合使電磁夾緊閥JF開啟完成注瓶動作。當完成采樣周期后，微處理器U1的P1.0端口發出脈沖信號經U9反相后，送光電耦合器件U25使晶體三極管BG9瞬時導通，由繼電器J4控制步進電機BD動作，將配液管P推到下一個瓶號上，當24瓶采完之后，由U1的P1.0口發出電平信號，使邏輯控制器件U27產生停止采樣工作的信號。圖5中AN2為手動換瓶按鈕開關，按動一次完成一次換瓶動作。
系統在運行之前，應根據現場情況，把所要選擇的采樣方式，定時或定量間隔值及投入運行的日期、時間值，通過鍵盤存入隨機存儲器U5中。其方法是(見圖6)接通電源開關K1、K2，整機上電，按復位鍵AN1(見圖3)，顯示器BG1顯示提示符A(見圖4)，系統處于等待狀態，按數字鍵、LD鍵或E鍵，將系統開始投入運行日期(年、月、日)、時間(時、分、秒)，定時間間隔(3－9999分)或定量間隔(3分鐘的流量值－9999m3)，存入隨機存儲器U5中，其中LD鍵是存入鍵，E鍵是刪除鍵，只用于修改數字鍵的誤操作。按命令鍵RUN，系統投入運行后，顯示器BG1－BG8顯示累計的流量值，按數字鍵1，顯示器BG1－BG6顯示輸入的日期；按數字鍵2，顯示器BG1－BG6顯示當前的時間值；按數字鍵3，顯示器BG1－BG8顯示當前的流速值；按數字鍵4，顯示器BG1－BG5顯示水流的溫度值；按數字鍵5，顯示器BG1－BG6顯示檢測的PH值；按數字鍵6，顯示器BG1－BG6顯示定時的時間間隔值；按數字鍵7，顯示器BG1－BG4顯示定量間隔值；按數字鍵8，顯示器BG3－BG4顯示采樣的瓶數；按數字鍵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，數據總線通過鎖存器U16輸出的信號經U21－U24反相后，輸出作鍵盤輸入信號線。它由譯碼器U15控制，3條列線由Ucc1電源經電阻R12－R14引出，鍵盤的輸出信號線通過三態緩沖器U17引至數據總線的D0－D2。顯示器BG1－BG8是采用5V電源供電的共陰極LED數碼管，U1的數據總線D0－D7經鎖存器U14和U19、U20反相后，驅動BG1－BG8的相應端，U21－U24供給顯示器大的沉電流，以便進行位選。U15的輸入信號由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讀入U1中。
為了保證系統在運行過程中，突然掉電而隨機存儲器U5內的數據不丟失，設置了隨機存儲器掉電保護電路。當電源Vcc1大于失電保護電壓E時(3－4.5V)時，二極管D1導通(見圖3)，二極管D2截止，由Vcc1供給U5工作電壓，當瞬時斷電，Vcc1逐漸小于E時，D2導通、D1截止，電源E向U5供電，并通過R3保證U5的CE端為高電平，從而達到使數據不丟失的目的。
當現場突然掉電，由穩壓管D12、電阻R23、R24、R25及晶體三極管BG11等元件構成的U1掉電信號觸發電路，當脈動直流低于Vcc1－0.7V＋D12的穩壓值時，晶體三極管BG11集電極輸出高電平信號INT0(見圖6)，經U9反相后，送U1產生執行U4中的外部中斷服務程序命令，將U1中的數據存入U5中。反之，INT0為低電平，經U9反相后，使U1處于禁止外部中斷狀態。
本系統的監控程序采用模塊式結構，由U1的定時中斷、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地結合為一體，它包括初始化模塊對系統進行初始化。
顯示及鍵盤掃描處理模塊對輸入的鍵盤值進行分析、處理、判斷，然后轉向相應的處理模塊。
時鐘模塊在執行過程中，不斷查詢設置的不同時間標志，然后轉向執行相應程序。
數據采集模塊控制A／D轉換器定時進行數據采集和進行數字濾波、數據處理，并存入存儲器。
控制采樣裝置工作模塊控制采樣裝置完成清洗－抽吸－量測－注瓶－換瓶等動作。
外部中斷服務程序模塊當外部產生掉電信號時，將U1內隨機存儲器的數據送入U5進行斷電保護，上電時將U5中保護的數據送回到U1內部隨機存儲器中。
串行中斷服務程序模模塊當與上位機聯網時，對上位機發來的不同站號和命令進行分析判斷，然后執行不同的程序。
圖中微處理器U1的型號為8031，譯碼器U2的型號為74LS139，鎖存器U3的型號為74JS373，U14、U16的型號為74LS273，只讀存儲器U4的型號為2764，隨機存儲器U5的型號為6264，譯碼器U6的型號為74LS139，計數器U7的型號為74LS90，模數轉換器U8的型號為ADC0809，譯碼器U15的型號為74LS138，三態緩沖器U17的型號為74LS125，U18為或門74LS32，光電耦合器件U25、U26的型號為TIL113，邏輯控制器件U27的型號為GSK－1，穩壓集成塊U28、U29的型號為7805，穩壓集成塊U30的型號為7809，電源濾波器U31的型號為DNX－F。LED顯示器BG1－BG8的型號為DDC502，晶體三極管BG9－11的型號為3CG733，BG10的型號為3CG23C，R1－R25為電阻，C1－C13為電容，B1、B2為變壓器，BX1－BX3為保險絲，D1－D18為二極管。繼電器J1－J4的型號為JZX－17F，往復真空泵BN的型號為GZB－1，二位三通電磁閥FA的型號為Q23XD，液位傳感器YC的型號為GEU－1，電磁夾緊閥JF的型號為GDF－1，步進電機BD的型號GBJ－1。
權利要求1.一種污染源水質、水量監測系統，其特征在于它由微處理器、存儲器、接口電路、驅動電路、鍵盤及顯示電路、模數轉換電路、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，通過接口電路的光電隔合器件及邏輯控制器個送驅動電路起動采樣裝置動作，完成定時或定量采樣的工作過程；采集的水溫、流量、PH值等模擬信號，在只讀存儲器內的監控程序控制下，經模數轉換電路送微處理器進行數據處理，并接一定記錄格式存儲在隨機存儲器中；可在上位計算機的控制下，經串行通訊接口電路進行工作過程控制及數據通訊。
2.按照權利要求1所述的污染源水質、水量監測系統，其特征在于微處理器U1定時(1秒)從模數轉換電路U8中讀取PH值、流量Q、水溫C的數字量，經U1進行數據處理后，按一定的記錄格式存儲在隨機存儲器U5中。
3.按照權利要求1所述的污染源水質、水量監測系統，其特征在于采樣裝置包括往復真空泵、二位三通電磁閥、密封杯、吸水管、電磁夾緊閥、步進電機、旋轉機構及采樣瓶，其順序動作是在微處理器U1經接口電路及驅動電路的控制下完成。
4.按照權利要求1所述的污染源水質、水量監測系統，其特征在于設置了隨機存儲器U5掉電保護電路，當電源大于失電保護電壓E時，由電源VCC1，供給U5工作電壓；若瞬時斷電，電源E向U5供電。
5.按照權利要求1所述的污染源水質、水量監測系統，其特征在于只讀存儲器內的監控程序采用模塊式結構，由微處理器U1的定時中斷、外部中斷和串行中斷決定程序的分支。
專利摘要公開的是一種環境保護的監視裝置，包括微處理器、存儲器、接口電路、鍵盤及顯示電路、模數轉換電路、串行通訊接口電路。微處理器輸出的位控信號起動采樣裝置動作，完成定時或定量采樣的工作過程。采集的水溫、流量、pH值等模擬信號，在監控程序控制下，經模數轉換送微處理器進行數據處理。它改變了由于人工操作單一儀器取樣準確度差、數據處理不科學的落后狀況，做到了污水監測及采樣自動化。
文檔編號G01D21/02GK2058248SQ8922089
公開日1990年6月13日 申請日期1989年12月9日 優先權日1989年12月9日
發明者王俊清, 劉淑濱, 蔡明 , 王恒發, 張宇舟, 賈勇, 趙有海, 李春 申請人:沈陽環境科學研究所