CN102759914A - 基于ZigBee物联网的智能污水处理测控系统 - Google Patents

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贺延龄
杜红枫
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Abstract

基于ZIGBEE物联网的智能污水处理测控系统，包括测控主站、多个测控从站；其特征在于：测控主站包括以下模块：无线通讯模块、中央处理单元、监视器；多个测控从站分别包括以下模块：无线通讯单元、数据采集和处理单元、控制单元、供电控制单元、设备测控单元、从站管理器。本发明可以根据实际的组网需要，设计合理的网络结构；成本低，功耗低，网络容量大，传输物理空间大。可实时监控污水处理过程中的各项参数，及时对处理过程做出调整，达到节能、节水、清洁生产的效果，实现零排放与沼气回收利用等环保新技术的可靠实施。与传统通讯方案相比，该方案在现场设备和中央监控室间采用了无线通讯方式，具有传输距离长、可靠性好、抗干扰能力强、节省电缆、建造和维护成本低等优点。

Description

基于ZigBee物联网的智能污水处理测控系统
技术领域：
本发明属于环境科学技术领域，具体涉及一种基于ZigBee物联网的智能污水处理测控系统。
背景技术：
在污水处理厂内，各种污水处理设备分布较分散。为监视现场设备的运行参数和运行状态，需要建立一套中央测控系统。这样一个测控系统由现场检测、数据采集和处理、数据通讯和中央测控等部分组成，现场检测仪表检测到的设备参数和运行状态经过处理后通过计算机网络上传至中央监控室，中央监控室内的运行人员通过测控计算机监视全厂设备的运行状态。运行人员根据运行参数和设备运行状态发出各种测控指令，测控指令通过计算机网络传到现场，控制设备的相应动作。现场需要对模拟量和开关量进行测控，主要模拟量有流量信号、液位信号、压力信号、阀门开度信号等，主要开关量信号有刮泥车和吸泥车的启动、停止、运行、到位、故障及真空泵的工作状态等等。这些现场设备与中央监控室距离较远，目前大多数测控系统由分布式I/O完成检测与控制，现场设备与中央监控室之间的数据交换大都采用网络连接方式，在中央监控室设置主站，现场设备作为从站挂在网上。系统结构简图如附图1所示。一个污水处理厂包括多个现场设备，每个现场设备作为1个从站连接到总线上。采用这样连结方式，现场施工工程量很大，需要架设电缆和桥架，费用较高，并且每个从站与主站之间采用有线连接，电缆容易损坏，维护起来比较麻烦。
传统的污水测控系统管理的主要工作之一就是铺设电缆或是检查电缆是否断线这种耗时的工作，很容易令人烦躁，也不容易在短时间内找出断线所在。再者，由于配合企业及应用环境不断的更新与发展，原有的企业污水测控系统必须配合重新布局，需要重新安装系统线路，费时费力。虽然电缆本身并不贵，可是请技术人员来配线的人工成本不断升高，尤其是老旧的系统升级，配线工程费用就更高了。
物联网是指通过各种信息传感设备，实时采集需要监控、连接、互动的物体、过程及各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。
因此，针对传统控制系统存在的缺点，架设我们提出的基于ZigBee物联网智能污水处理测控解决方案就成为最佳解决方案。
发明内容：
针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提出一种新型的基于ZigBee物联网的智能污水处理测控系统。具体如下：
基于ZIGBEE物联网的智能污水处理测控系统，包括测控主站、多个测控从站；测控主站包括以下模块：无线通讯模块、中央处理单元、监视器；多个测控从站分别包括以下模块：无线通讯单元、数据采集和处理单元、控制单元、供电控制单元、设备测控单元、从站管理器；
数据采集和处理单元采集污水处理设备中多个监测点的数据，控制单元将上述数据转换为数字量后通过两个无线通讯模块，输出至中央处理单元，供电控制单元控制测控从站中各个部件的电源，设备测控单元检测从站中各数据采集点的设备的工作状态和环境参数，从站管理器根据上述工作状态和环境参数控制数据采集点的设备的环境参数，如其工作温度、湿度等；监测器可实施观察个监测点的状态；中央处理单元接收所述多个监测点的数据后，作出判断，并发出控制指令，控制污水处理设备的处理过程。
进一步地，还包括远程控制系统，所述测控主站还和远程控制系统连接，远程对污水处理过程进行监测和处理；
进一步地，多个测控从站测试每个检测点的多个数据：酸碱度、溶解氧、浊度、流量、温度、液位、COD、pH值、泵阀状态以及控制泵阀开关等。
进一步地，两个所述无线通讯模块分为CPU部分、射频部分和外部信号接口三个部分；CPU部分由CC2430及其辅助电路组成；射频部分主要由功率放大器和低噪声放大器组成；外部信号接口，选择可插拔、间距为1．27mm的插针作为接插件。
本发明的有益效果是：
本发明所构建的ZigBee网络线型为发散的网络拓扑，可以根据实际的组网需要，设计合理的网络结构；系统采用多跳式路由通信，成本低，功耗低，网络容量大，传输物理空间大。污水处理过程中，pH值、酸碱度、COD等参数反映了整个系统的运行情况，本系统与污水处理的控制模型与系统相结合，可实时监控污水处理过程中的各项参数，及时对处理过程做出调整，达到节能、节水、清洁生产的效果，实现零排放与沼气回收利用等环保新技术的可靠实施。
与传统通讯方案相比，该方案在现场设备和中央监控室间采用了无线通讯方式，具有传输距离长、可靠性好、抗干扰能力强、节省电缆、建造和维护成本低等优点。
附图说明：
图1是现有技术中的污水处理设备检测系统简图。
图2是本发明的基于ZigBee物联网的智能污水处理测控系统。
图3是本发明的通讯模块的电路图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做详细描述。
如图2所示，本发明的测控系统结构主要由以下几个部分组成，测控主站1、多个测控从站2、远程控制系统3。测控主站1包括以下模块：无线通讯模块、中央处理单元、监视器；多个测控从站2分别包括以下模块：无线通讯单元、数据采集和处理单元、控制单元、供电控制单元、设备测控单元、从站管理器。
数据采集和处理单元采集污水处理设备中多个监测点的数据，控制单元将上述数据转换为数字量后通过无线通讯模块，输出至中央处理单元，供电控制单元控制测控从站中各个部件的电源，设备测控单元检测从站中各数据采集点的设备的工作状态和环境参数，从站管理器根据上述工作状态和环境参数控制数据采集点的设备的环境参数，如其工作温度、湿度等；监测器可实施观察个监测点的状态。
中央处理单元接收所述多个监测点的数据后，作出判断，并发出控制指令，控制污水处理设备的处理过程。
所述测控主站1还和远程控制系统3连接，远程对污水处理过程进行监测和处理。
如图2所示，本发明中有多个测控从站2，其可以测试多个检测点的多个数据，如：酸碱度、溶解氧、浊度、流量、温度、液位、COD、pH值等参数。
本发明中的测控主站1和测控从站2的无线通讯模块电路结构简图如图3所示。
该无线通讯模块主要分为CPU部分、射频部分和外部信号接口三个部分。图3所示是CPU部分的主要电路，它由CC2430及其辅助电路组成；射频部分主要由功率放大器(PA)和低噪声放大器(LNA)组成；外部信号接口，在设计上为了通用，接插件的选择也至关重要，为了方便模块的替换，选择可插拔、间距为1．27mm的插针作为接插件。它对下主要负责与传感器等外部具体感知单元的接口处理；对上它负责发送上层命令(如查询、分配ID地址等)，接收节点请求和数据，具有数据融合、请求仲裁和路由选择功能，是无线传感器网络中最重要的一部分。
在外部信号接口部分，我们针对各类传感器及其仪表进行分析，设计了0~20mA，4~20mA，0~5V，-5V~+5V，I/O in，I/O out，RS232/RS485，TTL等多种通用接口电路，以满足各类传感器及其仪表不同形式的接口要求，努力做到通用性。
构建物联网就是解决厂区内设备间的互联互通，实现这一目标我们做了多种备选方案：1.基于ZigBee方式；2.基于GPRS/CDMA方式；3.基于WLAN方式；4.基于电缆/光纤方式。在表1中我们做了比较说明；可以发现基于ZigBee方式构建网络来实现设备互联互通是最优的。
表1：ZigBee物联网优势表：

Claims (4)

1.基于ZIGBEE物联网的智能污水处理测控系统，包括测控主站、多个测控从站；其特征在于：测控主站包括以下模块：无线通讯模块、中央处理单元、监视器；多个测控从站分别包括以下模块：无线通讯单元、数据采集和处理单元、控制单元、供电控制单元、设备测控单元、从站管理器；
数据采集和处理单元采集污水处理设备中多个监测点的数据，控制单元将上述数据转换为数字量后通过两个无线通讯模块，输出至中央处理单元，供电控制单元控制测控从站中各个部件的电源，设备测控单元检测从站中各数据采集点的设备的工作状态和环境参数，从站管理器根据上述工作状态和环境参数控制数据采集点的设备的环境参数，如其工作温度、湿度等；监测器可实施观察个监测点的状态；中央处理单元接收所述多个监测点的数据后，作出判断，并发出控制指令，控制污水处理设备的处理过程。
2.根据权利要求1所述的测控系统，其特征在于：还包括远程控制系统，所述测控主站还和远程控制系统连接，远程对污水处理过程进行监测和处理。
3.根据权利要求1所述的测控系统，其特征在于：多个测控从站测试每个检测点的多个数据：酸碱度、溶解氧、浊度、流量、温度、液位、COD、pH值、泵阀状态以及控制泵阀开关等。
4.根据权利要求1所述的测控系统，其特征在于：两个所述无线通讯模块分为CPU部分、射频部分和外部信号接口三个部分；CPU部分由CC2430及其辅助电路组成；射频部分主要由功率放大器和低噪声放大器组成；外部信号接口，选择可插拔、间距为1．27mm的插针作为接插件。
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