[发明专利]一种城市生活用水在线监测系统及方法

权利要求书

1.一种城市生活用水在线监测系统，其特征在于，包括设置监测总站，划分区域设置远程监控中心，设置各远程监控中心区域内的监测点；

所述监测总站用于实时监控在线或离线的各远程监控中心及其水质超标情况；

所述远程监控中心实时显示其区域内各监测点的水质参数、在线或离线状态等；

所述监测点设置在自来水厂和供水建筑楼水箱出水管，将采集到的水质数据经中央处理器进行处理后，通过GPRS发送至各自区域的远程监控中心。

2.根据权利要求1所述的城市生活用水在线监测系统，其特征在于，所述的监测点环境都设置在室内，根据具体情况电源采用太阳能供电或市电供电，从而保证能够给系统提供稳定供电，同时各监测点之间相互独立完成各自的工作，即使某监测点出现问题，也不会影响其它监测点正常工作，各监测点实时发送水质数据给其区域的远程监控中心，同时各远程监控中心之间也互不影响，相互独立完成各自的工作。

3.根据权利要求2所述的城市生活用水在线监测系统，其特征在于，所述监测点、远程监控中心和监测总站采用以下两种方案中的一种：

第一、选取城市正中央的位置作为监测总站，以监测总站为正方形的中心，构造一个任意边长大小的正方形，以中心点为射线将该正方形均分成若干等份，并将其往延伸至城市四周构成若干条线段，选取任意两条相邻的线段，分别做它们的垂线，交点即为远程监控中心，相邻线段所围成的区域面积则为该远程监控中心所监测的范围，在此范围内设置各监测点；

第二、选取城市正中央的位置作为监测总站，以监测总站为圆心，因城市面积而异选取适宜的半径R构建一个圆形，把圆周均分成若干份，依次选取相邻两点的中间位置作为各远程监控中心，以相邻两点所围成扇形往城市四周延伸所构成的区域面积为该远程监控中心所监测的范围，在此范围内设置各监测点。

4.一种在权利要求1所述的城市生活用水在线监测系统上实现的城市生活用水在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a、根据设计需求对该系统进行模块划分，包括水质监测模块、控制模块、远程监控中心模块、监测总站模块和供电模块；

步骤b、将水质监测模块划分为水样采集单元、预处理单元和水质在线分析单元；

水样采集单元主要任务是确保监测点能采样到最具代表性的水样；

水样预处理单元主要是对采集水样的预处理，即按照国家规范要求对水样进行沉淀、过滤等，为分析仪表提供真实、可靠以及满足分析处理要求的水样；

水质在线分析单元是水站进行水质在线监测的重要单元，根据系统设计需求及分析，可以选择多参数参测仪、氨氮及COD监测仪等；

在线监测仪表选择时，要尽量选择能够确保系统稳定以及维护量小等的在线监测仪，它还要具备可传输多路信号、自动断水样报警及工作状态自诊断等功能，保证系统的测量精度；

步骤c、将控制模块划分为数据采集单元、中央处理器和GPRS发送单元；

数据采集单元是采集各水质数据，为数据处理进行前期准备工作；

中心处理器是本系统的核心单元，主要是控制监测点水质数据采集，以及通过GPRS完成与远程监测中心的通信；

处理器的选择将直接影响到系统的测量精度，FPGA能够以其高速、低成本、实时性强、高集成度、高可靠性和高灵活性等优点被广泛应用于数据处理领域，其有很强的数据处理能力，同时兼有串、并行工作方式，它的时钟延迟能够达到纳秒级别，而且在基于芯片的设计之中，可通过减少芯片数量，降低能源的消耗，提高系统的性能指标和可靠性；

采用FPGA作为水站水质监测系统的控制中心，选用的是 Altera公司的Cyclone II系列的EP2C5T144C8芯片，4608个逻辑单元(LE)，26个M4K RAM模块，2个锁相环以和多达142个的I/O口；

GPRS发送单元是将水质数据进行封装和打包，发送给远程监控中心；

在进行多方位的比较之后，考虑到现场监测点的数据量，无线通信方式选择GPRS无线通信对数据进行在线传输，GPRS技术特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输；

GPRS无线传输模块采用华为EM310，可以工作在900MHz、1800MHz两个频带，体积小、功耗低，可进行GPRS通信；它与主控器件之间，连接两根线就可进行通信；EM310模块通过UART串行接口与FPGA相连，FPGA通过发送AT指令的方式，控制并完成对数据的无线传输；

步骤d、将远程监控中心划分为GPRS接收单元、数据显示单元、报警单元、数据库和数据发送单元；

GPRS接收单元是接收从监测点发送过来的水质数据；

数据显示单元是显示各监测点的各水质数据，显示各水质数据的变化区间；

报警单元是当某监测点某水质参数超过其变化区间时，系统报警；

数据库是自动保存采样时刻的各水质参数数据，可查询各监测点的历史数据；

数据发送单元是将各监测点的水质是否超标情况发送给监测总站；

在软件环境下进行远程监控中心软件界面的编写，登录设置管理员权限，只允许管理员查看各监测点水质信息或删除、增加监测点，同时软件及时保存某采样时刻的水质信息，连接本地数据库，便于历史查询；设置各水质参数变化区间，当某监测点某水质数据不在其设置区间内时，及时报警；

步骤e、将监测总站模块划分为数据接收单元、数据显示单元和数据库；

数据接收单元是接受各远程监控中心发送的水质超标数据；

数据显示单元是显示各远程监控中心的在线或离线情况；

数据库是进行存储各远程监控中心的超标情况，可查询各远程监控中心历史数据；

监测总站是用来在线监控各远程监控中心的在线离线状态和超标情况，并对城市生活用水进行统计和分析，及时了解生活用水水质的变化情况，在软件环境下对监测总站进行软件编写，同样设置管理员权限，连接本地数据库；

步骤f、将供电模块划分为太阳能单元和市电单元；

太阳能单元是为系统提供太阳能供电；

市电单元是为系统提高市电供电；

选取现场监测点时，尽量保证系统能采用市电供电和太阳能供电两种方式，若不能达到此条件，因各监测点的实际情况灵活选取，且环境要尽量干净，便于系统安装与调试；

步骤g、进行现场监测点设备的安装与启动时，考虑到水质数据波动变化不太大，设置各监测点的监测频次为每6小时自动采样分析，按0：00、6：00、12：00、18：00、24：00 整点启动，可根据实际需要选择合适的监测频次。

5.根据权利要求4所述的城市生活用水在线监测系统，其特征在于，监测总站对城市生活用水进行统一管理，实时在线监控城市各区域的水质变化情况，当某区域水质超过其设定值时，系统自动报警，从而及时发现并通知有关技术人员进行处理。