0 引言 
    在人類的日常生活中，在工業(yè)生產(chǎn)中，都會產(chǎn)生大量并向外排放的廢數(shù)污水。這些排放出來的污水中，含有大量有毒物質(zhì)，容易形成不易消失的泡沫，給自然環(huán)境帶來許多不利影響，對水生動植物以及人類都會造成嚴重的危害。因此污水處理顯得十分重要。 
在污水處理系統(tǒng)中，采用陰離子樹脂或活性炭吸附柱吸附有害物質(zhì)，是一種很好的污水處理方法[1>。 
本文介紹的是根據(jù)吸附處理原理[2>，研究和開發(fā)的基于LabVIEW的吸附柱測檢系統(tǒng)。 
1 吸附柱測控系統(tǒng)的組成 
1.1 LabVIEW開發(fā)環(huán)境 
    所謂虛擬儀器，就是在通用計算機平臺上，用戶根據(jù)自己的需求定義和設(shè)計儀器的測試功能，其實質(zhì)是將傳統(tǒng)儀器硬件和計算機軟件技術(shù)充分結(jié)合起來，以實現(xiàn)并擴展傳統(tǒng)儀器的功能。它是計算機硬件資源、儀器硬件、數(shù)據(jù)分析處理軟件、通信軟件及圖形用戶界面的有效結(jié)合。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在智能化程度、處理能力、性能價格比、可操作性等方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。虛擬儀器技術(shù)的提出及發(fā)展，標志著21世紀自動測試與電子測量儀器技術(shù)發(fā)展的一個重要方向[3>。 
     LabVIEW(laboratory  virtual  instrument  engineering  workbench)是一種基于圖形編程語言（G語言）的開發(fā)環(huán)境，這種環(huán)境是目前上應(yīng)用zui廣的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境之一。它是美國NI公司的產(chǎn)品，主要用于儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示等領(lǐng)域。 
1.2  吸附柱測控系統(tǒng)的主要任務(wù)和功能 
吸附柱測控系統(tǒng)是污水處理系統(tǒng)中的重要組成部分，要完成數(shù)據(jù)采集、分析、存儲和遠程控制等任務(wù)，主要功能有： 
①實現(xiàn)吸附柱內(nèi)污水的pH值的實時采集功能，主要由單片機系統(tǒng)完成： 
②實現(xiàn)下位機和上位機的實時通信功能； 
③由上位機實現(xiàn)pH值數(shù)據(jù)實時顯示功能，并將數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中，備日后數(shù)據(jù)分析用； 
④上位機根據(jù)pH實時值實時發(fā)出控制命令，使下位機完成控制功能，保持吸附柱的*工作狀態(tài)和污水的吸附處理。控制對象是10個電磁閥，這10個電磁閥的操作使2個吸附柱輪流工作。 
1.3  吸附柱測控系統(tǒng)的硬件設(shè)計 
要完成數(shù)據(jù)的實時采集和上位機傳遞數(shù)據(jù)，執(zhí)行控制命令等功能，因此硬件設(shè)計是系統(tǒng)的重要組成部分。本系統(tǒng)設(shè)計采用以In 8061為核心的AT89C55單片機組成下位機。硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示： 
圖中，pH傳感器檢測處理過的污水pH值，由此反映吸附柱的處理情況；傳感器信號由變送器轉(zhuǎn)換成4~20mA的標準電流信號，再由I/V功能模塊轉(zhuǎn)換為1～5V的電壓信號供AD轉(zhuǎn)換器，把模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再由單片機系統(tǒng)把數(shù)據(jù)送往上位機系統(tǒng)。上位機系統(tǒng)負責數(shù)據(jù)分析處理、濾波以及顯示存儲。因此，下位機主要功能是采集數(shù)據(jù)和執(zhí)行控制命令。 

                圖1   下位機硬件系統(tǒng)框圖 
2  吸附柱測控系統(tǒng)的軟件開發(fā) 
2.1  下位機軟件設(shè)計 
    由于硬件系統(tǒng)已把吸附柱內(nèi)pH信號提取出來并轉(zhuǎn)換成標準的電壓信號，因此下位機軟件設(shè)計包括采集、轉(zhuǎn)換的程序、和上位機通信程序以及控制程序等的編寫。程序設(shè)計框圖如圖2所示： 

                   圖2  下位機軟件的開發(fā)設(shè)計 
2.2 上位機軟件的開發(fā)設(shè)計 
    上位機軟件要完成的主要功能是：實時接收下位機傳來的采集數(shù)據(jù)；進行數(shù)據(jù)處理，如濾波等；將數(shù)據(jù)實時顯示在軟件界面上供軟件使用者閱讀；將數(shù)據(jù)存于后臺的數(shù)據(jù)庫中；操作者根據(jù)讀數(shù)隨時發(fā)布控制下位機及電磁閥的開關(guān)操作命令。該上位機軟件在LabVIEW開發(fā)環(huán)境下編寫，充分利用LabVIEW開發(fā)環(huán)境的數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲等強大功能。 
上位機軟件主要包括以下幾個功能模塊： 
①數(shù)據(jù)顯示區(qū)域和串口通信接收數(shù)據(jù)模塊 
    數(shù)據(jù)由下位機采集并通過串口和LabVIEW進行通信連接，然后將數(shù)據(jù)顯示在數(shù)據(jù)顯示區(qū)域。串行通信中需要通過握手使發(fā)送和接收數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)起來。LabVIEW7.0中有硬件和軟件握手協(xié)議，用VISA  Config-ure Serial Port. Vi 可以設(shè)置串口的波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗、流量控制（握手控制）等參數(shù)，使之與下位機系統(tǒng)的通信保持協(xié)調(diào)。VISA Read.vi的子VI用來讀取在串口設(shè)備上的數(shù)據(jù)，并將讀入的數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。 
對來自下位機的二進制的pH值進行數(shù)據(jù)處理，并將之轉(zhuǎn)化為0～14的浮點數(shù)顯示。

數(shù)據(jù)顯示采用實時趨勢圖Waveform Charts控件，它可以把新的數(shù)據(jù)連續(xù)擴展在已有數(shù)據(jù)之后，使數(shù)據(jù)連續(xù)向前推進顯示，也使操作者很清楚地觀測數(shù)據(jù)變化過程。數(shù)據(jù)顯示區(qū)同時還顯示PC機的系統(tǒng)實踐，以將采集時間和采集數(shù)據(jù)對應(yīng)起來。
②數(shù)據(jù)存儲功能模塊 
吸附柱測控系統(tǒng)需要將測量數(shù)據(jù)存儲起來，以便供系統(tǒng)使用者日后將所存儲的污水pH值等數(shù)據(jù)與工藝相關(guān)的操作起來進行再研究。本系統(tǒng)采用主程序VI調(diào)用子程序SubVI的方法來構(gòu)建數(shù)據(jù)存儲功能模塊，以有效地利用SubVI，簡化主VI程序框圖的結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)的運行效率。調(diào)用數(shù)據(jù)存儲SubVI的程序如圖3所示：  
 
                      圖3調(diào)用數(shù)據(jù)庫子VI的建立過程 
數(shù)據(jù)存儲SubVI建立數(shù)據(jù)庫連接的方法是通過LabVIEW附加工具包Database  Connectivity Toolset里面的DB Tools Open  Connection.vi、DB  Tools  Insert Data.vi和DB Tools Close Connection.vi來編寫程序框圖的。 
DB  Tools Open Connection.vi中的connection  infor-mation連續(xù)數(shù)據(jù)庫名和數(shù)據(jù)源，由Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0提供Avvess數(shù)據(jù)庫的驅(qū)動程序，Data Source=文件目錄/*.mdb提供數(shù)據(jù)源，這種方法比在PC機上用相應(yīng)的管理工具來配置數(shù)據(jù)源的方法要簡單，面的軟件使用者手動配置數(shù)據(jù)源。 
數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建將下位機采集的數(shù)據(jù)保存起來，并且把采集時間、用戶設(shè)定的報警初值一并保存在數(shù)據(jù)庫里面，以供查詢、分析、打印用。 
③控制功能模塊和串行數(shù)據(jù)發(fā)送模塊 
控制功能模塊要完成的任務(wù)是使用戶能夠根據(jù)實時測量數(shù)據(jù)及其下達控制各個電磁閥的開關(guān)操作。電磁閥的開關(guān)切換只要在操作界面框上輕輕一點即可完成。電磁閥的開關(guān)狀態(tài)一旦改變，程序立即把電磁閥的開關(guān)狀態(tài)組合成二進制數(shù)由串行送往下位機，其數(shù)據(jù)格式和發(fā)送程序框圖如圖4所示：  
 
           圖4 控制功能、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊程序框圖 
    前面部分是把所有電磁閥的開關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)化為二進制數(shù)，再轉(zhuǎn)化為可以串口發(fā)送的ASCII字符，由VISA  Configure  Serial  Port.vi對串口初始化，VISA  Read.vi子VI對串口發(fā)送數(shù)據(jù)，下位機中斷接收命令數(shù)據(jù)，接收完畢則立即執(zhí)行相應(yīng)的電磁閥動作，從而完成整個控制過程。 
3 試驗驗證 
  吸附柱測控系統(tǒng)的硬件和軟件聯(lián)合調(diào)試完畢之后，進行了現(xiàn)場試驗。 
  ①試驗環(huán)境和硬件設(shè)備：現(xiàn)場污水處理吸附柱兩套，標準pH測試儀，pH傳感器及變送器一套，蠕動泵2個，電磁閥10個，PC機1臺。
  ②軟件：WIN2000操作系統(tǒng)，LabVIEW7.0虛擬集成測試系統(tǒng)，污水處理在線測控程序。
  ③試驗方法：在pH值范圍0～14人為改變被測污水的pH值，用該測控系統(tǒng)進行測試檢驗和控制，測試結(jié)果如圖5所示。

                     圖5  pH值測試數(shù)據(jù)圖
   試驗驗證，系統(tǒng)測試值和pH測試儀測量的值基本吻合，10次測量的平均值為9.572571，其中zui大誤差為0.047843，zui小誤差為0.001025，平均誤差為0.158128，基本滿足使用要求。被控電磁閥動作正常，保證了吸附柱系統(tǒng)正常運作和特殊情況下的緊急操作。
4  結(jié)束語
   文中給出的基于LabVIEW的污水吸附柱在線測控系統(tǒng)具有體積小、使用方便靈活、能夠完成污水pH值的自動采集顯示、控制吸附柱正常運行，保證污水處理系統(tǒng)處于*工作狀態(tài)。經(jīng)實踐驗證：系統(tǒng)運行正確穩(wěn)定、可靠性高，效果很好。