引言
水污染在我國已經成為嚴重的環境問題，而現存的水質監測系統大多采用手工操作的方法，一個斷面每季度監測1次，每年4次，監測數據代表性差，無法真實反映水污染的變化情況，滿足不了環境管理的要求。能夠對監測斷面自動采樣、自動分析、全天24小時連續工作的水質監測系統的研制顯得尤為迫切。
一、水質監測分析方法
選擇合適的水質監測分析方法，是獲得準確結果的關鍵因素之一。選擇分析方法應遵循的原則是：靈敏度能滿足定量要求；方法成熟、準確；操作簡便，易于普及；抗干擾能力好。我國對各類水體中不同污染物質的分析方法主要有以下三個層次，它們相互補充，構成完整的監測分析方法體系：國家標準分析方法、統一分析方法、等效方法。
二、水質監測方案的制定
水質監測方案的確定步驟：進行采樣前的調查研究，明確監測目的，收集資料；確定監測項目；設定監測網點（設置監測斷面和采樣點）；確定采樣時間和頻率；選擇采樣及監測的技術；數據處理；提出監測報告要求；制訂質量保證程序、措施及方案實施計劃。
三、水質在線監測技術
水質在線監測系統，又稱為水質自動監測系統或水質實時監測系統，是指將集多項水質指標的自動分析儀器和傳感器組合起來配以先進的控制芯片、網絡通信和軟件技術，把從采樣、分析到記錄、傳輸、處理數據的整個過程組合成高度自動化的流程，從而實現在線多參數實時、快速、自動監測的技術。水質在線監測系統是環境監測原理、現代傳感器技術、自動控制技術、網絡通信、軟件工程、大型數據庫系統和環境評價管理交叉發展的產物。
1、傳感器技術
（1）化學傳感器，化學傳感器是利用化學反應產生的電信號或其他信息（如光效應、熱效應、場效應及質量變化等）來進行測定的。被分析物透過選擇性薄膜后發生特定化學反應，產生的信息被相應的化學或物理換能器轉變成可定量或可處理的電信號，經過二次放大后的到顯示。這類傳感器是在水質自動監測中應用最廣的傳感器。
（2）光導纖維傳感器。
（3）生物傳感器，是指用固化生物催化劑等識別元件與化學物質之間產生的生物化學反應來測定。依靠電化學器件有選擇地測定所產生的或被消耗的化學物質，并將測定結果交換為電信號。
2、水質自動分析儀器的發展
水質自動分析儀器表現了分析儀器的智能化方向發展。發展趨勢主要表現在：基于微電子技術和計算機技術的應用，實現了分析儀器的自動化；通過計算機控制器和數字模型進行數據采集、運算、統計、分析、處理，提高了分析儀器數據處理能力；數字圖像處理系統實現了分析儀器數字圖像處理功能的發展；分析儀器的聯用技術向測試速度超高速化、分析試樣超微量化、分析儀器超小型化的方向發展。
四、 通信傳輸及接口技術
水質在線監測系統主要涉及三個層次的通信傳輸技術，即各水質分析儀與現場控制系統主控芯片(或現場PC)的數據和指令傳輸；現場與監控中心之間數據與指令的雙向傳輸；監控中心數據庫與用戶的網絡的連接，第一、二個層次最為重要。水質分析儀與現場控制系統主控芯片（或現場PC）目前主要依賴RS―485異步通信接口和模/數(A/D)轉換器來實現。現場控制系統與監控中心之間的通信有GSM無線通信、MODEM電話撥號連接、有線網絡連接和衛星通信等多種方式，前兩種已有較為成熟的技術實例且成本較低。后端數據處理軟件技術后端數據處理在整個水質在線監測系統中發揮著“信息中心”的作用，是整個系統的信息出口，主要發揮數據記錄、表達和存儲的功能。一般這類軟件都是基于WINDOWS平臺開發，采用模塊化設計思想，具有較好的模塊性、可移植性和可維護性。
五、基于單片機的水質監測系統設計
? 設計思路：以單片機為主要控制器件設計一種水質監測系統，主要包括硬件電路的設計和系統程序的設計。硬件電路主要包括傳感器的選取，單片機的選取與應用，A/D轉換的選用，電源設計，顯示部分設計等；軟件設計主要包括主程序設計和子程序設計，監測結果通過顯示模塊顯示。
? 1、 監測項目
水質主要監測項目可分為兩大類：一類是反映水質狀況的綜合指標，如溫度、pH值、電導率、溶解氧等；另一類是毒物質的監測，如鉛、汞和有機農藥等。這次設計選擇的監測項目為反映水質狀況的綜合性指標水質pH值。水中的PH值主要是由水中的氫離子數量的多寡決定。pH值反映了溶液中各溶解性化合物達到的酸堿平衡狀態，主要是碳酸氫鹽、碳酸鹽、二氧化碳的平衡。氫離子濃度指數一般在0～14之間。水中的PH值可以體現出水中的酸堿度，湖水中水的PH值從一定的程度上反映了水質的好壞。所以，水中的PH對于生活在水中的動植物有著重要的影響。人體健康與PH間的直接關系不明顯，一般pH值在6.5～9.5范圍內時不太影響健康。生活飲用水pH值的國家標準是6.5～8.5之間。
2、硬件設計與選擇
(1)單片機的選擇
單片機也稱為微控制器或嵌入式微控制器。內部結構由中央處理器（CPU）、存儲器和輸入/輸出（I/O）3大基本部分構成。單片機內有兩個存儲器，是程序存儲器和數據存儲器(也稱寄存器)。在寄存器中有一部分寄存器具有特殊功能，稱為特殊功能寄存器(如P0端口寄存器)，單片機的主要功能時通過向特殊功能寄存器寫入0或1二進制數來實現的。本次設計即是選用AT89C51單片機。單片機振蕩電路石英晶體振蕩器頻率選12MHz，則振蕩周期= 1/（12MHz）,機械周期=12×振蕩周期=1μs。
(2)傳感器的選用
傳感器是直接進行測量的環節。本次選用的傳感器是化學傳感器，化學傳感器是指利用化學反應產生的電信號或其他信息（如光效應、熱效應、場效應及質量變化等）來進行測定的傳感器。本文選用的是玻璃電極，其測量的線性范圍是1~9.5pH。
（3）模擬/數字轉換器的選用
信號輸入端可以是轉換器或傳感器的輸出。轉換器的輸出信號可提供給微處理器。本次設計選用的是使用較廣泛的8位連續漸進式模擬/數字轉換器ADC0804。將單片機與ADC0804連接時，因單片機需要對ADC0804作溝通，所以需要單片機的兩個Port，一個口作數據總線，另一個口作為控制端口用。如下頁圖9中所示，端口0與ADC連接作數據總線；P2.0接至ADC的/RD、/WR引腳，方便控制；P2.1接至/INTR引腳，以判斷是否轉換完成。本次設計采用的是非中斷方式。
(4)顯示模塊設計
本次設計的顯示部分采用兩個數碼管的共陽極連接，采用動態顯示驅動。R是限流電阻。如下圖9中所示，端口1連接數碼管，以顯示輸入模擬電壓轉換后的數字值。Q1和Q2是兩只共陽極數碼顯示管的控制三極管，三極管的基極分別接在單片機P2端口的P2.6和P2.7引腳上。也就是，P.6輸出為0時三極管Q1導通，與其相連的共陽極數碼管顯示器開始工作；P2.6輸出為1時三級管Q1截止，與其相連的數碼管顯示器停止工作。三極管Q2的工作與Q1三級管相同。
結束語
實施水質的自動監測，可以實現水質的實時連續監測和遠程監控，及時掌握主要流域重點斷面水體的水質狀況，預警預報重大或流域性水質污染事故，解決跨行政區域的水污染事故糾紛，監督總量控制制度落實情況，保障飲用水源地的取水安全，為水資源保護監督管理和決策提供了有力的支持手段。