[发明专利]一种基于LabVIEW上位机的悬浮物采样装置及方法

说明书

本发明公开一种基于LabVIEW上位机的悬浮物采样装置及方法，装置包括上位机、下位机、悬浮物采集装置和RS485串口通信模块，下位机包括单片机控制模块、数据转换模块、压力传感器测量模块、浊度传感器测量模块和电磁流量计测量模块。上位机通过RS485串口通信模块与下位机各模块连接，实现水下深度、浓度和流量数据的实时采集、传输、显示与保存。上位机通过RS485串口通信模块向下位机发送操作指令，自动控制各部分传感器的数据采集过程和悬浮物采样装置的采样过程，实现对悬浮物样本的自动采样。本发明操作简便、易携带，LabVIEW上位机界面设计合理，避免现有采样装置操作繁琐的问题，提高整个采样过程的自动化程度。

技术领域

本发明属于环境监测、环境治理及计算机控制技术领域，具体涉及到一种基于LabVIEW上位机的悬浮物采样装置及方法。

背景技术

水体悬浮物是指悬浮在水中的某些物质，主要包括无机物、高分子有机物、泥沙、粘土、原生动物、藻类、细菌、以及病毒等。各地水源水库作为当地居民日常用水的主要来源，在人类社会中长期发挥着举足轻重的作用。水源水库长年累月地蓄水、供水运行过程中，水体悬浮物的状态也在不断地变化。其中，粒径较大的悬浮物逐渐沉淀到水库底部，粒径较小的则逐渐吸附凝聚在一起，悬浮在水库中下层水体中。因此，采集水体悬浮物并分析其中的成分，对于解决水源污染，缓解日益严峻的居民用水需求具有重要的现实意义与研究价值。

目前，国内外水资源防治研究领域中，大多直接使用采水设备或者使用浮游微生物网进行悬浮物样本的采集。由于不需要使用特定的仪器设备来采集悬浮物样本，因此直接使用采水器进行采样的方法广泛应用于各类水质情况调查研究的工作当中。虽然该方法学习成本较低，适用范围较广，但是其采样过程操作繁琐，需要重复进行“先采集、后过滤”的工作，自动化程度很低，进而导致整个采样过程效率低下；另一种使用浮游微生物筛网进行悬浮物样本采集的方法则比较适合应用于采样深度较深、采样量较大的工作条件。由于该方法难以定量地采集所需的悬浮物样本，进而对后续水体质量的各项参数分析造成了较大的影响，因此该方法同样存在一定的不足。

随着计算机智能化程度的不断提高，水体检测技术也得到了进一步地发展，计算机程序与水体检测方法的结合正如一场技术革命，越来越多地得到本领域专家学者的认可。然而，一般的文本式编程方法比较复杂，对工作人员的要求较高，而LabVIEW软件的出现很好地解决了这一问题。LabVIEW软件使用非常直观的图形化编程方法代替了传统的文本代码编程，其功能强大，并提供了包括数据采集、GRIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等在内的丰富的函数库。同时，LabVIEW软件还提供了很多与传统仪器相类似的控件，例如波形图表与控制按钮等，可以用来方便快捷地创建用户界面，相比文本式编程语言具有极大的优势，因此被广泛地应用于工业自动化、测试测量、图像处理和嵌入式应用等诸多领域。

LabVIEW软件开发的虚拟仪器往往需要建立在其支持的数据采集硬件上，比如各种数据采集卡。然而，这些数据采集卡的价格通常比较昂贵，使用成本较高。因此，需要设计研发一套既能充分利用LabVIEW软件强大的数据采集与处理能力，又能尽量降低设计成本，同时能够实现悬浮物采样工作进行时工作状态及各项参数精确记录的采样系统。本发明研究在国家自然科学基金委科学仪器基础研究专项项目(51327004)资助下完成。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于LabVIEW上位机的悬浮物采样装置及方法，该悬浮物采样装置基于LabVIEW图形化编程软件，在悬浮物采样工作时能够精确记录装置的各项参数；即该套装置能够通过下位机实时采集当前时刻悬浮物采样装置所处的深度数据，采样装置周围水体中悬浮物样本的浓度数据，以及采样装置上直流抽水泵出水口的流量数据等；通过下位机与上位机的通信传输，将采集到的数据实时显示到上位机界面中，并以表格的形式保存到上位机中；通过在上位机中观察到的采样装置的工作状态，确定下一步的采样动作。下位机的实时数据采集，以及下位机与上位机的即时通讯大大提高了悬浮物样本采集的效率。