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基于LabVIEW的污水处理吸附柱在线测控系统2005年7月（1） 摘要 介绍了基于LabVIEW的污水吸附柱测控系统，该系统具有实时数据采集及远程实时控制的功能。综合运用LabVIEW图形化编程技术、数据处理和实时通信的特点，重点阐述和分析了测控系统的数据采集、数据通信、数据显示、数据存储和实时控制等功能。该测控系统用于实际的污水处理吸附试验现场，取得了很好的效果。 关键词 LabVIEW 监控系统 数据通讯 污水处理 吸附柱 0 引言 在人类的日常生活中，在工业生产中，都会产生大量并向外排放的废数污水。这些排放出来的污水中，含有大量有毒物质，容易形成不易消失的泡沫，给自然环境带来许多不利影响，对水生动植物以及人类都会造成严重的危害。因此污水处理显得十分重要。 在污水处理系统中，采用阴离子树脂或活性炭吸附柱吸附有害物质，是一种很好的污水处理方法[1]。 本文介绍的是根据吸附处理原理[2]，研究和开发的基于LabVIEW的吸附柱测检系统。 1 吸附柱测控系统的组成 1.1 LabVIEW开发环境 所谓虚拟仪器，就是在通用计算机平台上，用户根据自己的需求定义和设计仪器的测试功能，其实质是将传统仪器硬件和最新计算机软件技术充分结合起来，以实现并扩展传统仪器的功能。它是计算机硬件资源、仪器硬件、数据分析处理软件、通信软件及图形用户界面的有效结合。与传统仪器相比，虚拟仪器在智能化程度、处理能力、性能价格比、可操作性等方面都具有明显的技术优势。虚拟仪器技术的提出及发展，标志着21世纪自动测试与电子测量仪器技术发展的一个重要方向[3]。 LabVIEW(laboratory virtual instrument engineering workbench)是一种基于图形编程语言（G语言）的开发环境，这种环境是目前国际上应用最广的虚拟仪器开发环境之一。它是美国NI公司的产品，主要用于仪器控制、数据采集、数据分析和数据显示等领域。 1.2 吸附柱测控系统的主要任务和功能 吸附柱测控系统是污水处理系统中的重要组成部分，要完成数据采集、分析、存储和远程控制等任务，主要功能有： ①实现吸附柱内污水的pH值的实时采集功能，主要由单片机系统完成： ②实现下位机和上位机的实时通信功能； ③由上位机实现pH值数据实时显示功能，并将数据保存在数据库中，备日后数据分析用； ④上位机根据pH实时值实时发出控制命令，使下位机完成控制功能，保持吸附柱的最佳工作状态和污水的吸附处理。控制对象是10个电磁阀，这10个电磁阀的操作使2个吸附柱轮流工作。 1.3 吸附柱测控系统的硬件设计 要完成数据的实时采集和上位机传递数据，执行控制命令等功能，因此硬件设计是系统的重要组成部分。本系统设计采用以Intel 8061为核心的AT89C55单片机组成下位机。硬件结构框图如图1所示： 图中，pH传感器检测处理过的污水pH值，由此反映吸附柱的处理情况；传感器信号由变送器转换成4~20mA的标准电流信号，再由I/V功能模块转换为1～5V的电压信号供AD转换器，把模拟电压信号转换为数字信号，再由单片机系统把数据送往上位机系统。上位机系统负责数据分析处理、滤波以及显示存储。因此，下位机主要功能是采集数据和执行控制命令。 图1 下位机硬件系统框图 2 吸附柱测控系统的软件开发 2.1 下位机软件设计 由于硬件系统已把吸附柱内pH信号提取出来并转换成标准的电压信号，因此下位机软件设计包括采集、转换的程序、和上位机通信程序以及控制程序等的编写。程序设计框图如图2所示： 图2 下位机软件的开发设计 2.2 上位机软件的开发设计 上位机软件要完成的主要功能是：实时接收下位机传来的采集数据；进行数据处理，如滤波等；将数据实时显示在软件界面上供软件使用者阅读；将数据存于后台的数据库中；操作者根据读数随时发布控制下位机及电磁阀的开关操作命令。该上位机软件在LabVIEW开发环境下编写，充分利用LabVIEW开发环境的数据处理、显示、存储等强大功能。 上位机软件主要包括以下几个功能模块： ①数据显示区域和串口通信接收数据模块 数据由下位机采集并通过串口和LabVIEW进行通信连接，然后将数据显示在数据显示区域。串行通信中需要通过握手使发送和接收数据协调起来。LabVIEW7.0中有硬件和软件握手协议，用VISA Config-ure Serial Port. Vi 可以设置串口的波特率、数据位、奇偶校验、流量控制（握手控制）等参数，使之与下位机系统的通信保持协调。VISA Read.vi的子VI用来读取在串口设备上的数据，并将读入的数据放入数据缓冲区。 对来自下位机的二进制的pH值进行数据处理，并将之转化为0～14的浮点数显示。 |
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