一种基于LabVIEW的水质多参数实时监测系统 A Real-Time System for Monitoring Multi-Parameter of Water Quality Based on LabVIEW

doi:10.12677/AEP.2014.46B001

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Advances in Environmental Protection 环境保护前沿, 2014, 4, 1-7

Published Online December 2014 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/aep

http://dx.doi.org/10.12677/aep.2014.46B001

A Real-Time System for Monitoring

Multi-Parameter of Water Quality

Based on LabVIEW

Shanghai Jiang1, Biao Wei1*, Bin Tang1, Jingxiao Zhao1, Benjiang Mao2, Vo Quang Sang1,

Zancheng Jiang2, Jiyang Luo1

1Key Laboratory of Optoelectronic Technology and Systems, Ministry of Education, Chongqing University,

Chongqing

2Sichuan Belam Technology Co., Ltd, Mianyang

Email: jsh405527 085@163. co m, *weibiao@cqu.edu.cn

Received: Ju ly 2014

Abstract

Because of serious water pollution in our county, monitoring and supervision of water quality

need to be strengthened. In this paper, we designed a real-time system for monitoring multi-pa-

rameter of water quality based on LabVIEW, which is intuitive and graphical programming lan-

guage, to satisfy the need of environment protection. The system mainly composed of USB spec-

trometers, sensors and PC, implemented for real-time online monitoring of water quality para-

meters, including the display, storage, historical data query and other functions of water quality

multi-parameter through the combination of computer software and hardware. It can measure

eight parameters, such as COD, TOC, ammonia, turbidity, PH, BOD5, water temperature and con-

ductivity. The result shows that the system, which can measure multi-parameter of water quality

simultaneously, also can achieve virtualization of instrument for monitoring multi-parameter of

water quality, implement complex functions on the “virtu al ” panel, and greatly simplify the hard-

ware circuit by using intuitive graphical programming language of LabVIEW. A simple operation,

high reliability and intuitive of water quality monitoring instrument of new method is provided.

Keywords

Water Pollution Monitoring System, Multi-Param e ter, L abV I E W , Re al -T ime

一种基于LabVIEW的水质多参数

实时监测系统

蒋上海1，魏彪1*，汤斌1，赵敬晓1，毛本将2，Vo Quang Sang1，姜赞成2，罗继阳1

通讯作者。

一种基于 LabVIEW 的水质多参数实时监测系统

1重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室，重庆

2四川碧朗科技有限公司，绵阳

Email: jsh405527085@163.com, *weibiao@cqu.edu.cn

收稿日期：2014年7月

摘要

我国水质污染令人担忧亟需加强检测与监管。本文针对水质监测以保护水环境的需要，利用LabVI EW 直

观的图形化编程语言，设计了一种水质多参数实时监测系统。该系统主要由USB光谱仪、传感器和上位

机三大部分构成，以COD、TOC、氨氮、浊度、PH、BOD5、水温以及电导率为多参数测量指标，通过

硬件和计算机软件的有机结合，实现了对水质多参数进行实时在线监测，即对水质多参数的监测显示、

存储、历史数据查询等功能。研究结果表明，系统不仅能够进行水质多参数同时测量，而且还实现了水

质监测仪器的虚拟化，充分利用了LabVIEW直观的图形化编程语言，将复杂的功能在“虚拟”的面板上

实现，大大简化了硬件电路。这为操作简单、可靠性高且形象直观的水质多参数监测仪器设计提供了一

种新的思路和方法。

关键词

水质监测，多参数，LabV IE W，实时

1. 引言

水污染主要是由人类活动产生的污染物造成，它主要包括工业污染源、农业污染源和生活污染源三

大部分。近年来，我国水污染问题日益严重，水环境的前景令人担忧，亟需加强水质污染的检测与监管。

本文针对传统的水质监测手段已不能适应水资源保护的需要，利用 LabVIEW的虚拟仪器监测技术具有低

廉价格、重复利用率高、开放性、灵活性等优点[1]，研究了一种基于 LabVIEW 的水质多参数实时监测

系统。该系统以 COD、TOC、氨氮、浊度、PH、BOD5、水温及电导率为水质多参数测量指标，不仅能

够避免传统离线检测的耗时与数据单一等弊端，而且还能实时了解各监测数据的变化情况[2]，较好地发

挥了计算机数据处理与分析的优势，取得了预期的研究效果。

2. 系统组成

系统的组成，如图 1所示。它主要由传感器、光谱仪以及上位机三大模块组成。光谱仪和传感器将

采集到的数据传递至上位机，通过编写的系统软件对采集得到的数据进行处理、存储和显示。

3. 系统软件开发

3.1. 系统软件功能

在LabVIEW2012 环境下，软件设计采用模块化的设计思想完成的。软件可同时对 COD、TOC、氨

氮、浊度、PH、BOD5 、水温、电导率以及水质光谱进行监测，其主要功能包括实时数据采集、数据显

示、水样校正、数据存储和历史数据查询等功能。软件主要流程，如图 2所示。

3.2. 主要功能模块设计

在设计过程中，各功能模块主要采用平铺顺序结构与事件结构。平铺顺序结构每执行完一帧，则按

一种基于 LabVIEW 的水质多参数实时监测系统

Figure 1 . Schematic diagramof system

图1. 系统示意图

Figure 2 . Program flow chart

图2. 程序流程图

顺序进入下一帧。事件结构则是等待用户输入相关指令后才进行有关操作。例如，程序启动后，等待用

户选择校正模式还是采集模式。

3.2.1. 用户登录模块

用户点击快捷方式启动软件后，出现登录界面。用户输入用户名和密码后，点击“登录”进入用户

登录信息验证，如果密码错误，则返回登录界面或退出系统。用户还可以通过“修改”按钮对用户名和

密码进行修改，正确输入相关信息，即可对用户名和密码进行修改，程序框图如图 3所示。系统的初始

用户名和密码被放入 sec.mdb的数据库文件中，这样做的目的是为了以后对登录模块功能进行扩展。

当成功登录后，进入多参数水质实时监测系统界面，如图 4所示。同时，系统将各显示与输入控件

初始化为默认值或设置为空。在系统界面中，点击启动后，程序开始查找设备。如果未找到设备，则继

续查找或退出；如果找到设备系统，则进入等待状态。通过按下相应按钮执行对应的操作或通过按下暂

停按钮，再点击退出，退出系统。

信号调理采集卡

光源

USB光谱仪

计算机

（处理、存储、显示）

用户登陆

开始

用户操作

界面

采集模式校正模式数据存储采集参数

设置

历史数据

查询

退出

结束

一种基于 LabVIEW 的水质多参数实时监测系统

Figure 3 . Use r log i n proc e dure

图3. 用户登录程序

Figure 4 . The system interface

图4. 系统界面图

3.2.2. 数据采集模块

系统的数据采集模块是整个系统的核心。由于 LabVIEW 只提供 NI公司生产的硬件设备驱动程序，

所以无法直接使用其他公司生产的硬件设备[3]。编写程序时，通过调用硬件厂商提供的动态链接库

(Dynamic Link Lib rar y, D LL)来实现对数据的采集。动态链接库是一个可供多方调用的程序模块，硬件厂

商对共享的例程和资源进行了封装，以方便用户控制其设备。LabVIEW通过使用“调用库函数”节点以

实现对 DLL的调用。将“调用库函数”节点放入程序后双击，选择相应的dll 文件、所调用的函数，然

后配置相应的参数，若配置正确，即可实现对函数调用，如图 5所示。

整个采集程序采用条件结构、while循环结构以及用户事件结构等，以此实现数据的采集和显示，并

一种基于 LabVIEW 的水质多参数实时监测系统

将采集所得数据进行处理后，传送给存储模块进行存储，整个采集程序过程，如图 6所示。

3.2.3. 数据存储模块

利用 LabVIEW数据库工具包，数据存储将测量结果保存到 Access数据库中。测量结果每隔 20 s自

动保存一次，存储参数包括采集时间、处理前后的吸光度以及设定所得的八个测量参数。Access 数据库

的创建，采用的是动态建立数据库的方法[4]。LabVIEW 利用连接字符串链接数据库[5] [6]，存储模块程

序如图 7所示。

3.2.4. 历史数据查询模块

在系统界面上，点击历史数据按钮、设定查询时间段后，当日实时数据显示窗口随即转为历史曲线

显示。数据查询采用 SQL 语句和LabVIEW数据库工具包相结合的方式实现。程序设计中，主要应用了

SELECT 和WHERE 指令[6]，数据查询模块程序如图 8所示。

4. 系统调试结果

将硬件设备和计算机相连接后，点击桌面的快捷方式运行程序。输入用户名和密码，登陆进入系统

操作界面。经过调试得到如下结果，如图 9和图 10 所示。

Figure 5 . DLL call

图5. DLL 调用

Figure 6. Data collection proced ures

图6. 数据采集程序

一种基于 LabVIEW 的水质多参数实时监测系统

Figure 7. Data stored procedures

图7. 数据存储程序

Figure 8. Data query procedures

图8. 数据查询程序

Figure 9. Operation in terface

图9. 运行界面图

一种基于 LabVIEW 的水质多参数实时监测系统

Figure 10. Data sto r age for mat

图10. 数据存储格式

5. 结论

LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器(NI)公司研制开发。由于 LabVIEW 使用的是图形

化编辑语言 G编写程序，产生的程序是框图形式，此特别适合于水质污染的多参数检测与监控。

本文针对水质监测进行水环境保护的需要，利用LabVIEW 直观的图形化编程语言，通过硬件和计算

机软件的有机结合，实现了对水质中 COD 、T OC、氨氮、浊度、PH、BOD5、水温、电导率以及水质检

测紫外-可见光谱多参数进行实时在线监测，包括对水质多参数的监测显示、存储、历史数据查询等功能。

研究结果表明，系统不仅能够进行水质多参数同时测量，而且还实现了水质监测仪器的虚拟化，充分利

用了 LabVIEW 直观的图形化编程语言，将复杂的功能在“虚拟”的面板上实现，大大简化了硬件电路。

这为操作简单、可靠性高且形象直观的水质监测仪器设计提供了一种新的思路和方法。

基金项目

四川省科技支撑计划项目(2012SZ0111)。

参考文献 (References)

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