摘要：為了監測生產和生活中的污水排放情況，通過對虛擬儀器的介紹，應用LaLbVIEW軟件穩定快速地對污水的流量、液位、溫度、pH、BOD、COD、TOC、TOD、氨氮和總磷等各個參數進行基于無線網絡的數據采集，然后在數據中心進行實時顯示和綜合分析，為污水水質的在線監測提供了一整套完整可靠的系統。經測試，系統運轉良好，達到了預期效果。
關鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；污水水質；在線監測
水是人類生產生活中不可缺少的物質資料，是寶貴的自然資源。在日常生活、工業生產中扮演著重要角色。隨著人類社會的發展，對水資源的過度開采和使用，水污染問題越來越嚴重，已經引起了各國的注意。為了掌握水體資源的變化程度，各國加強了對污水排放的處理和更加高標準的污水管理。隨著工業生產的迅速發展，使得工業污染日益增加，水環境污染問題變得日益嚴重。近年來，我國水環境質量雖有所改善，但環境污染仍處于相當高的水平。隨著水環境污染的加劇，對水環境質量及變化趨勢進行大量實時、準確地監測是當前水處理工作面臨的難題和新的挑戰。
由于較高要求的污水排放標準，就需要對污水水質進行實時的精密監測。以前靠人工的方法來監測，這種方式需要的人力資源很大，并且監測時間長，誤差大，由于不同技術員監測數據，主觀因素比較強，穩定性差，可靠性低，已遠遠不能滿足人們的要求。本文利用虛擬儀器技術設計了一個新型的污水在線實時監測系統，可以通過無線技術把遠處的傳感器數據傳送到數據中心，然后再進行綜合分析，得出科學、實時的水質信息，為污水治理、環境監測起到了極大的推動作用。
1 虛擬儀器簡介
虛擬儀器充分利用計算機快速運算、方便存儲、形象顯示及靈活多樣的特點，把計算機作為儀器的基本硬件平臺，把傳統儀器的專用功能和硬件功能軟件化，使傳感器與計算機結合起來，形成新型儀器。這兩者融為一體，構成了一臺儀器，功能與傳統硬件儀器相近，甚至更加強大，性能更加穩定。
虛擬儀器由美國國家儀器公司提出，經過多少年的發展，現在已經相當成熟。它除了能完成傳統儀器的所有功能外，還能完成更加強大的功能擴展。把以前由廠家決定的儀器功能轉變為讓用戶自己選擇和決定儀器功能。同時儀器使用的范圍和使用更加靈活，可以同時按用戶要求和使用環境修改。
2 數據采集系統的硬件實現
污水的在線監測項目主要包括流量、液位、溫度、pH、BOD5、COD、TOC、TOD、氨氮和總磷等。對于這些量的監測，環境比較復雜，不可能在靠近中控室附近．所以本文中應用了無線數據傳輸技術，把傳感器測量到的數據通過無線網絡傳輸，送到數據中心進行集中處理，方便了數據綜合分析，可以靈活的安裝傳感器，不再受位置影響。
這里應用的無線網絡模塊是X124L01，此無線網絡模塊可以支持2 M的數據量，能夠很好的解決大數據量的問題。通過無線網絡獲取數據后，在調理板進行數據的調理及轉換。然后通過USB數據采集卡送到計算機，如圖1所示。
3 數據采集系統的軟件實現
3．1 軟件系統結構
系統主要具有以下6個功能：
1)基本信息管理功能管理用戶的權限內容，以及用戶自身的個人信息，如密碼和中文名的修改，同時可以管理個人的收藏夾，對于重要的數據報表能夠生成一份自己的存檔。
2)遠程監測功能 遠程傳輸現場的實時場景，監測現場儀器的運行狀態，并且保存運行狀態記錄。
3)數據存儲、查詢、發布和統計功能采集到的數據經分析處理后存儲到本地數據庫，可以實現全部數據查詢、按時間查詢以及按數字量查詢的查詢功能，并對數據記錄進行添加、修改和刪除，還可生成報表。
4)超限報警功能通過設置各參數儀表量程和超標界限能夠提供多樣化、靈活的報警功能，當檢測到參數值超限時報警燈點亮，可以保障現場設備安全穩定的運行。
5)小波濾波功能可以消除在數據采集過程中真實信號受到干擾噪聲的影響，保證數據采集系統的精度。
6)智能決策功能能夠通過對輸入的大量數據進行邏輯分析，并且與經驗知識庫中的數據進行匹配，利用當前的數據對未來的發展趨勢做預測，這種預測是建立在對數據的綜合分析以及大量實際經驗的基礎上，具備一定的準確度，能夠為最終決策提供意義重大的指導作用。
上位軟件的實現是系統的關鍵，這里應用了LabVIEW軟件進行編程實現。對于污水在線監測系統，先要進行數據采集。本文通過數據采集卡USB2832對所有物理量和化學量和進行信號采集，然后再送到計算機進行各個參量的監測及記錄。軟件系統結構如圖2所示。
3．2 軟件設計
LabVIEW軟件是圖形化編程軟件，分為用戶顯示前面板和程序控制后面板兩部分。前面板用于放置結果及輸入控件，主要是完成用戶交互相當于儀表操作面板：后面板主要進行數據分析及處理，相當于傳統儀器的控制主板。
本文先要進行采集數據的處理，對數據處理后，分析出相關的量送到對應的顯示控件顯示，并按用戶操作進行相應的處理。采集到的數據從緩存中讀取后，是存放在一維數組中。這些數據是按變量0、變量1…，變量15、變量0、變量1…這樣重復的方式保存。LabVIEW軟件有豐富的函數，直接應用現成的一個數組抽取函數，把一維數組分解為16個一維數組，每一個數組分別表示一個變量值。同時，要對數據進行指定類型的濾波，以消除不需要的干擾。濾波使用的是中值濾波器和貝塞爾濾波器等，濾波可以除去傳感器波動干擾和延時干擾，得到平滑穩定曲線。采集實時數據顯示如圖3所示。
在系統中對獲取的各個參量進行了上下限報警控制，方便系統在使用中能夠安全預警。報警界面中，包括正常顯示時狀態指示燈和報警狀態下的指示燈。這里指示燈以不同顏色顯示不同狀態，當在正常范圍內顯示綠色，在發出報警時顯示紅色。這一功能的實現是通過指示燈控件來實現的，如圖4所示。
同時對數據實時進行了預測，方便在使用中對未來數據按照當前的狀態進行趨勢預測，以提前采取手段進行處理。還利用無線攝像頭，對污水表面進行遠程監視。這里使用了相機OCX控件進行控制，可以實現對實時圖像顯示、拍照、相機調節等，如圖5所示。在系統中同時還導入了GIS數據庫，可以進行指定區域的搜索與定位，方便了對不同區域水質進行對比監測。
4 結論
虛擬儀器是傳感器和計算機技術快速發展的產物，是人們對信息快速獲取及綜合分析必須的趨勢，是污水水質在線監測高效率解決方案的最佳工具。基于LabVIEW的工業污水水質在線監測系統具有一個非常人性化的人機界面，功能全面、操作簡單方便，實現了工業污水水質多參數的整合監控與管理。經測試，系統運轉良好，達到了預期效果，至此可以得出如下結論：
1)可以快速獲取遠程污水的TOC、COD、BOD等各類參數信息從而進行實時顯示，利用數據庫管理系統實現管理大量的實時數據，且有計算機硬盤作為存儲容器，可把相當長時間的數據存儲下來，方便日后查閱分析，并能夠進行及時準確的報警提示。
2)能夠結合歷史數據，繪制綜合曲線圖，方便準確的進行數據的綜合分析，并能預測未來數據趨勢，做到提前調節及準備應對方案等，在實際使用中效果很理想。
3)可以實時通過遠程視頻監測各類情況，也可以通過GIS信息數據庫，進行不同區域的信息比對和綜合分析。