基于ARM9的泳池水质监测系统的研究与实现

刘玉兰+宋健男+王彦卿+刘洋

摘 要：本文设计了一个基于ARM9的泳池水质监测系统，可以实现对泳池水质的监测，现场可以采集泳池各项数据，通过ARM9网关将相关数据传输到服务端，实现了现场和远程都能对泳池环境的监测和控制。

关键词：水质监测；zigbee；物联网；ARM9

一、设计背景

随着天气的转暖，很多人走进了游泳馆。随之而来的是对泳池卫生问题的重视。水质不好，不仅影响游泳心情，更多的是会对身体健康造成危害。我国私立游泳池大多数都有监管不严，对于水质问题上得过且过，泳池长期不换水导致泳池中pH值不稳，细菌过多，游离性余氯过量，甚至尿液过多。这些对人体的皮肤、眼睛和呼吸系统都会造成不理影响，甚至引发头发干枯、皮肤发干起藓等症状，危害了泳民的身体健康。针对目前的情形，泳池管理方和卫生监督部门也在加强对泳池水质的监测工作，但完全靠人力根据世界来控制泳池的洁净度，很显然存在很多漏洞，首先是不能及时更换新水，其次是一旦更换新水就意味着泳池暂时停用，工人加班等一系列问题。本项目就是在这个背景下提出的，具有一定市场前景和应用价值。

二、研究内容

用智能，集成，且功能强大的ARM9为控制中心，设计出一套泳池水质自动平衡循环系统，安装在泳池各种读取水质数据的传感器，通过大范围多个传感器的检测实时监控泳池综合水质检测值是否超过额定值，若超过额定值则启动循环平衡系统，若没有超过额定值则继续监测。主要检测水温、pH值、游离性余氯、浑浊度、尿素、细菌含量等相关泳池环境指标。同时将传感器采集的数据通过相应的ZigBee终端上以实时无线的方式传至ZIGBEE协调器，再经由ZIGBEE协调器传输数据到主控芯片上。以上设计通过和平衡循环系统联动以保证泳池水质合格。

三、系统设计

根据物联网相关技术中对于产品结构的定义，可将本设计分为三层结构，分别是：感知层、网络层和应用层。

3.1感知层设计

感知层处于物联网系统架构的底层，主要是对物联网系统最底层的相关数据进行获取。一般采用相关传感器、摄像头、RFID和条形码等采集底层世界的数据，然后通过现场总线、蓝牙、WIFI、红外等短距离传输技术传递数据。使人们可以通过数据与底层物体交流，分析和监测现场状态。本设计中对泳池水质的实时监测就是处于感知层。通过在泳池内分布的多个传感器来感知泳池的水质状态。其中热电偶传感器用来监测水温；PH传感器用来监测水的酸碱度；浊度传感器用来监测水中浑浊浓度；尿素传感器用来监测水中尿液能杂志的浓度。这些传感器为ZIGBEE节点，所采集到的泳池水质参数将会送往ZIGBEE协调器。

3.2网络层

通过ZIGBEE协议栈来处理泳池内安装的各种相关传感器传送来的数据，并通过项目网关进行现场显示监测和PC机远程联网监测。设计中采用ARM9核心芯片来作为网络层的核心处理器，也就是项目网关。ARM9网关可以接收来自ZIGBEE协调器的数据，并进行相应处理后，通过TCP/IP协议上传至服务器端。在本层中采用广泛使用的液晶触摸屏作为显示装置。通过触摸屏可以进行现场的净水设备的开启和关闭。

3.3应用层

感知层采集的数据通过网络层传送到应用层，需要进行有效地整合与利用。在本设计中，应用层分为云端的服务器和用户端的APP，在泳池循环系统确保游客安全的情况下，可以手动操控系统的运行，当人无法手动控制时，ARM9出于人性化，优先级会高于客户端，进行自动净化水质，在泳池严重污染时会对游客和管理者发出警告并驱散人群。并且本设计有夜间自动修复功能，当进入夜间并确认无人时，本系统会自动将所有的水快速循环，将各种有害数值降低到最低值并开启臭氧消毒功能，以保证第二天水质的洁净。

四、净水系统设计

净水系统包含三个部分，分部是水过滤模块、消毒模块和水替换模块。整個净水系统的设计遵循了以人为本的原则。

4.1水过滤模块

在保证人身安全的情况下水过滤模块过滤池水，过滤口采用多层网状结构与游客隔离的同时减缓流水速度，安装单向阀和红外传感器，当检测到有物体靠近过滤口时水泵停止运行，防止游客无意靠近造成人身危险。过滤部分采用多介质过滤罐，能降低对人有害的物质含量。

4.2消毒模块

消毒模块采用臭氧消毒，因为臭氧实际上是由氧原子构成的，和我们呼吸的氧气是同种构成，所以使用完之后的副产物仍是氧气，不会对人体造成危害，同时还可以净化游泳池周围的空气。残留物更不会刺激游泳者的皮肤、眼睛和鼻腔，也不会产生化学品污染，提高了水质标准和周围环境质量。

4.3水替换模块

过滤和消毒能够改善泳池水质，但长时间后使用后的泳池水也是需要更换的，在保证水质标准的情况下，本设计还增加了随时进行水替换的功能模块。当感应到水质污染偏大时将通过布置在泳池进水位置的电机和水泵开始工作，同时污染水质的排水口也打开，对泳池内的水进行部分更换，从而更好的保证泳池的水质安全。

五、结束语

本设计基于物联网的三层架构，采用强大的嵌入式ARM9芯片为主控，结合ZigBee协议栈技术进行传感器的数据采集和组网，通过TCP/IP上传到服务器，并通过上位机读取实时数据进行显示和控制，同时泳池自身也可以在保证游客安全的情况下通过水质数据进行实时的自动过滤池水。基于这种结构所设计出的应用具有高效率，易开发，可扩展，高性能等优势。本项目是在不影响我国现有净水体系下对泳池水质自动净化，极大减少对于人力的消耗，并对游客的人身安全实时的负责，在节约资源的同时正是相应了我国以人为本的政策。系统成功安装后消费者可对泳池环境进行透明性监督，得到一个健康消费。对于商家则可以以透明的，健康的消费理念等特点作为主体去做，可以吸引广大的消费者去进行消费，从而拉动经济效益。

参考文献：

[1]弓雷，ARM嵌入式Linux系统开发详解[M]，清华大学出版社 2014

[2]赵昕.游泳池规程CJJ 122-2008技术探讨系列二——无氯游泳池技术，给水排水。2009

作者简介：

刘玉兰：哈尔滨石油学院 讲师

宋健男、王彦卿、刘洋：哈尔滨石油学院 学生；