CN105137853A - 基于Wlan和ZigBee的沼气发酵监控装置 - Google Patents

基于Wlan和ZigBee的沼气发酵监控装置 Download PDF

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王玉鹏
周闯
罗向东
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    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0428—Safety, monitoring

Abstract

基于Wlan和ZigBee的沼气发酵监控装置，涉及一种沼气发酵监控装置。它是为了适用对沼气发酵过程的实时监控的需求。本发明公开了一种基于Wlan和ZigBee混合技术的沼气发酵监控系统，所述系统包括传感器、ZigBee转换收发单元、Wlan收发单元和计算机，其特征在于：传感器依次通过ZigBee转换收发单元、中继单元、ZigBee收发单元和数据缓冲单元连接至计算单元，计算单元分别于现场报警单元和数据存储单元连接，计算单元通过Wlan收发单元与计算机连接或依次通过Wlan收发单元和局域网络与计算机连接。本发明适用于沼气发酵过程的监控。

Description

基于Wlan和ZigBee的沼气发酵监控装置
技术领域
本发明涉及一种沼气发酵监控装置。
背景技术
近年来，世界经济正朝着可持续、循环型和可再生能源的方向发展，由于沼气发酵技术具有可将城市和农村有机废物、废水转化成沼气、肥料，实现资源循环利用的可贵特征，并有利于温室气体减排，其在能源、环境、生态、卫生及农村经济发展中的作用正吸引着越来越多科研机构的关注和研究。由于发酵过程是产生沼气最重要的环节，是一个复杂的生物化学过程，影响因素错综复杂。因此，需要建立一套实时监控发酵过程的监控系统，以提高沼气产气率。
然而在现有沼气发酵运行参数监测系统大多采用传统的串行线缆进行联网。虽然可以满足监控应用的部分需要，但布线困难、信号不稳定、系统抗干扰性能差，严重的影响了沼气发酵试验装置的稳定运行。尤其实验装置常常需要临时组接一些设备，这时传统的有线网络便显得极其不便。如果现场设备较多，那么电缆也会成比例的增长，不仅给中试沼气发酵装置的操作和维护造成极大的不便，甚至可能引发严重的试验事故。因此，无线通信技术成为中试沼气发酵监测的必然选择，它可以将数量众多的传感器节点通过自组织方式建成网络，节点之间协作地采集和监测各种物理信息，通过无线通信的方式将采集数据传送给用户。无线传感器网络将客观上的物理世界和逻辑上的信息世界有机的融合在一起，人与自然的交互方式得到了极大的变化，满足了人类日益增加的需求。
发明内容
本发明是为了适用对沼气发酵过程的实时监控的需求，从而提供一种基于Wlan和ZigBee的沼气发酵监控装置。
基于Wlan和ZigBee的沼气发酵监控装置，其特征是：它包括温度传感器1、沼气流量传感器2、PH传感器3、压力传感器4、液位传感器5、一号Zigbee转换收发装置6、二号Zigbee转换收发装置7、三号Zigbee转换收发装置8、四号Zigbee转换收发装置9、五号Zigbee转换收发装置10、中继设备、六号Zigbee转换收发装置11、七号Zigbee转换收发装置12、八号Zigbee转换收发装置13、九号Zigbee转换收发装置14、十号Zigbee转换收发装置15、一号控制器16、二号控制器17、三号控制器18、四号控制器19、五号控制器20、终端Zigbee转换收发装置26、终端控制器28和Wlan收发单元31和现场计算机32；
温度传感器1、PH传感器3、压力传感器4、液位传感器5均设置在沼气发酵罐中；沼气流量传感器2设置在沼气发酵罐的沼气排放口处；
所述温度传感器1用于检测沼气发酵罐中的温度；所述温度传感器1的温度信号输出端与一号Zigbee转换收发装置6的温度信号输入端连接；
沼气流量传感器2用于检测沼气排放的流量；所述沼气流量传感器2的流量信号输出端与二号Zigbee转换收发装置7的流量信号输入端连接；
PH传感器3用于检测沼气发酵物的PH值；所述PH传感器3的PH值输出端与三号Zigbee转换收发装置8的PH值输入端连接；
压力传感器4用于检测沼气发酵罐中的压力；所述压力传感器4的压力信号输出端与四号Zigbee转换收发装置9的压力信号输入端连接；
液位传感器5用于检测沼气发酵罐中的液位；所述液位传感器5的液位信号输出端与五号Zigbee转换收发装置10的液位信号输入端连接；
一号Zigbee转换收发装置6的Zigbee信号端与中继设备的一号Zigbee信号端连接；
二号Zigbee转换收发装置7的Zigbee信号端与中继设备的二号Zigbee信号端连接；
三号Zigbee转换收发装置8的Zigbee信号端与中继设备的三号Zigbee信号端连接；
四号Zigbee转换收发装置9的Zigbee信号端与中继设备的四号Zigbee信号端连接；
五号Zigbee转换收发装置10的Zigbee信号端分别与中继设备的五号Zigbee信号端连接；
六号Zigbee转换收发装置11的一号Zigbee信号端与中继设备的六号Zigbee信号端连接；
七号Zigbee转换收发装置12的一号Zigbee信号端与中继设备的七号Zigbee信号端连接；
八号Zigbee转换收发装置13的一号Zigbee信号端与中继设备的八号Zigbee信号端连接；
九号Zigbee转换收发装置14的一号Zigbee信号端与中继设备的九号Zigbee信号端连接；
十号Zigbee转换收发装置15的一号Zigbee信号端与中继设备的十号Zigbee信号端连接；
六号Zigbee转换收发装置11的二号Zigbee信号端与一号控制器16的Zigbee信号端连接；所述一号控制器16用于控制沼气流量阀21的开度；所述沼气流量阀21设置在沼气发酵罐的沼气排放口处；
七号Zigbee转换收发装置12的二号Zigbee信号端与二号控制器17的Zigbee信号端连接；所述二号控制器17用于控制沼气发酵罐内的物液分离器22开始或停止工作；
八号Zigbee转换收发装置13的二号Zigbee信号端与三号控制器18的Zigbee信号端连接；所述三号控制器18用于控制沼气发酵罐内的搅拌器23开始或停止工作；
九号Zigbee转换收发装置14的二号Zigbee信号端与四号控制器19的Zigbee信号端连接；所述四号控制器19用于控制与沼气发酵罐内沼气排放口连接的的抽气泵24开始或停止工作；
十号Zigbee转换收发装置15的二号Zigbee信号端与五号控制器20的Zigbee信号端连接；所述五号控制器20用于控制沼气发酵罐内的温度调节装置25开始或停止工作；
中继设备的十一号Zigbee信号端与终端Zigbee转换收发装置26的一号Zigbee信号端连接；
Zigbee转换收发装置26的二号Zigbee信号端与终端控制器28的Zigbee信号端连接；
终端控制器28的Wlan信号端与Wlan收发单元31的一号Wlan信号端连接；
Wlan收发单元31的二号Wlan信号端与现场计算机32的Wlan信号端连接。
发明实现了对沼气发酵过程的实时监控，充分满足了对沼气发酵过程的实时监控的需求。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，基于Wlan和ZigBee的沼气发酵监控装置，其特征是：它包括温度传感器1、沼气流量传感器2、PH传感器3、压力传感器4、液位传感器5、一号Zigbee转换收发装置6、二号Zigbee转换收发装置7、三号Zigbee转换收发装置8、四号Zigbee转换收发装置9、五号Zigbee转换收发装置10、中继设备、六号Zigbee转换收发装置11、七号Zigbee转换收发装置12、八号Zigbee转换收发装置13、九号Zigbee转换收发装置14、十号Zigbee转换收发装置15、一号控制器16、二号控制器17、三号控制器18、四号控制器19、五号控制器20、终端Zigbee转换收发装置26、终端控制器28和Wlan收发单元31和现场计算机32；
温度传感器1、PH传感器3、压力传感器4、液位传感器5均设置在沼气发酵罐中；沼气流量传感器2设置在沼气发酵罐的沼气排放口处；
所述温度传感器1用于检测沼气发酵罐中的温度；所述温度传感器1的温度信号输出端与一号Zigbee转换收发装置6的温度信号输入端连接；
沼气流量传感器2用于检测沼气排放的流量；所述沼气流量传感器2的流量信号输出端与二号Zigbee转换收发装置7的流量信号输入端连接；
PH传感器3用于检测沼气发酵物的PH值；所述PH传感器3的PH值输出端与三号Zigbee转换收发装置8的PH值输入端连接；
压力传感器4用于检测沼气发酵罐中的压力；所述压力传感器4的压力信号输出端与四号Zigbee转换收发装置9的压力信号输入端连接；
液位传感器5用于检测沼气发酵罐中的液位；所述液位传感器5的液位信号输出端与五号Zigbee转换收发装置10的液位信号输入端连接；
一号Zigbee转换收发装置6的Zigbee信号端与中继设备的一号Zigbee信号端连接；
二号Zigbee转换收发装置7的Zigbee信号端与中继设备的二号Zigbee信号端连接；
三号Zigbee转换收发装置8的Zigbee信号端与中继设备的三号Zigbee信号端连接；
四号Zigbee转换收发装置9的Zigbee信号端与中继设备的四号Zigbee信号端连接；
五号Zigbee转换收发装置10的Zigbee信号端分别与中继设备的五号Zigbee信号端连接；
六号Zigbee转换收发装置11的一号Zigbee信号端与中继设备的六号Zigbee信号端连接；
七号Zigbee转换收发装置12的一号Zigbee信号端与中继设备的七号Zigbee信号端连接；
八号Zigbee转换收发装置13的一号Zigbee信号端与中继设备的八号Zigbee信号端连接；
九号Zigbee转换收发装置14的一号Zigbee信号端与中继设备的九号Zigbee信号端连接；
十号Zigbee转换收发装置15的一号Zigbee信号端与中继设备的十号Zigbee信号端连接；
六号Zigbee转换收发装置11的二号Zigbee信号端与一号控制器16的Zigbee信号端连接；所述一号控制器16用于控制沼气流量阀21的开度；所述沼气流量阀21设置在沼气发酵罐的沼气排放口处；
七号Zigbee转换收发装置12的二号Zigbee信号端与二号控制器17的Zigbee信号端连接；所述二号控制器17用于控制沼气发酵罐内的物液分离器22开始或停止工作；
八号Zigbee转换收发装置13的二号Zigbee信号端与三号控制器18的Zigbee信号端连接；所述三号控制器18用于控制沼气发酵罐内的搅拌器23开始或停止工作；
九号Zigbee转换收发装置14的二号Zigbee信号端与四号控制器19的Zigbee信号端连接；所述四号控制器19用于控制与沼气发酵罐内沼气排放口连接的的抽气泵24开始或停止工作；
十号Zigbee转换收发装置15的二号Zigbee信号端与五号控制器20的Zigbee信号端连接；所述五号控制器20用于控制沼气发酵罐内的温度调节装置25开始或停止工作；
中继设备的十一号Zigbee信号端与终端Zigbee转换收发装置26的一号Zigbee信号端连接；
Zigbee转换收发装置26的二号Zigbee信号端与终端控制器28的Zigbee信号端连接；
终端控制器28的Wlan信号端与Wlan收发单元31的一号Wlan信号端连接；
Wlan收发单元31的二号Wlan信号端与现场计算机32的Wlan信号端连接。
本发明的监控方法，本发明采用温度传感器1检测沼气发酵罐中的温度；采用沼气流量传感器2检测沼气排放的流量；采用PH传感器3检测沼气发酵物的PH值；采用压力传感器4检测沼气发酵罐中的压力；采用液位传感器5检测沼气发酵罐中的液位；
并分别将采集到的温度、流量、PH值、压力和液位通过一号Zigbee转换收发装置6、二号Zigbee转换收发装置7、三号Zigbee转换收发装置8、四号Zigbee转换收发装置9、五号Zigbee转换收发装置10传输至终端控制器28，再经Wlan收发单元31传输至现场计算机进行实时显示。终端控制器28根据采集到的数据向一号控制器16、二号控制器17、三号控制器18、四号控制器19和五号控制器20发出控制信号进而控制沼气流量阀21的开度、沼气发酵罐内的物液分离器22开始或停止工作、沼气发酵罐内的搅拌器23开始或停止工作、与沼气发酵罐内沼气排放口连接的的抽气泵24开始或停止工作、沼气发酵罐内的温度调解装置开始或停止工作，实现对沼气发酵过程的监控。
本发明充分利用Wlan和ZigBee技术的优点，将采集的沼气发酵数据实时传至局域网内的计算机，实现数据共享；同时，以计算机作为整个控制系统的控制中心，通过无线方式实时控制现场设备，减少了现场布线，增强了系统的可扩展性，降低了系统的成本。
具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于Wlan和ZigBee的沼气发酵监控装置的区别在于，它还包括数据缓冲器27，Zigbee转换收发装置26的二号Zigbee信号端通过数据缓冲器27与终端控制器28的Zigbee信号端连接。
具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式一或二所述的基于Wlan和ZigBee的沼气发酵监控装置的区别在于，它还包括数据存储器29，所述数据存储器29的存储信号端与终端控制器28的存储信号端连接。
具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式三所述的基于Wlan和ZigBee的沼气发酵监控装置的区别在于，它还包括警示电路30，所述警示电路30的警示信号输入端与终端控制器28的警示信号输出端连接。
具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式三所述的基于Wlan和ZigBee的沼气发酵监控装置的区别在于，警示电路30为声光警示电路。
具体实施方式五、本具体实施方式与具体实施方式一、二、三、四或五所述的基于Wlan和ZigBee的沼气发酵监控装置的区别在于，它还包括N个终端计算机33，N为正整数；所述N个终端计算机33通过局域网络接入Wlan收发单元。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于Wlan和ZigBee的沼气发酵监控装置，其特征是：它包括温度传感器(1)、沼气流量传感器(2)、PH传感器(3)、压力传感器(4)、液位传感器(5)、一号Zigbee转换收发装置(6)、二号Zigbee转换收发装置(7)、三号Zigbee转换收发装置(8)、四号Zigbee转换收发装置(9)、五号Zigbee转换收发装置(10)、中继设备、六号Zigbee转换收发装置(11)、七号Zigbee转换收发装置(12)、八号Zigbee转换收发装置(13)、九号Zigbee转换收发装置(14)、十号Zigbee转换收发装置(15)、一号控制器(16)、二号控制器(17)、三号控制器(18)、四号控制器(19)、五号控制器(20)、终端Zigbee转换收发装置(26)、终端控制器(28)和Wlan收发单元(31)和现场计算机(32)；
温度传感器(1)、PH传感器(3)、压力传感器(4)、液位传感器(5)均设置在沼气发酵罐中；沼气流量传感器(2)设置在沼气发酵罐的沼气排放口处；
所述温度传感器(1)用于检测沼气发酵罐中的温度；所述温度传感器(1)的温度信号输出端与一号Zigbee转换收发装置(6)的温度信号输入端连接；
沼气流量传感器(2)用于检测沼气排放的流量；所述沼气流量传感器(2)的流量信号输出端与二号Zigbee转换收发装置(7)的流量信号输入端连接；
PH传感器(3)用于检测沼气发酵物的PH值；所述PH传感器(3)的PH值输出端与三号Zigbee转换收发装置(8)的PH值输入端连接；
压力传感器(4)用于检测沼气发酵罐中的压力；所述压力传感器(4)的压力信号输出端与四号Zigbee转换收发装置(9)的压力信号输入端连接；
液位传感器(5)用于检测沼气发酵罐中的液位；所述液位传感器(5)的液位信号输出端与五号Zigbee转换收发装置(10)的液位信号输入端连接；
一号Zigbee转换收发装置(6)的Zigbee信号端与中继设备的一号Zigbee信号端连接；
二号Zigbee转换收发装置(7)的Zigbee信号端与中继设备的二号Zigbee信号端连接；
三号Zigbee转换收发装置(8)的Zigbee信号端与中继设备的三号Zigbee信号端连接；
四号Zigbee转换收发装置(9)的Zigbee信号端与中继设备的四号Zigbee信号端连接；
五号Zigbee转换收发装置(10)的Zigbee信号端分别与中继设备的五号Zigbee信号端连接；
六号Zigbee转换收发装置(11)的一号Zigbee信号端与中继设备的六号Zigbee信号端连接；
七号Zigbee转换收发装置(12)的一号Zigbee信号端与中继设备的七号Zigbee信号端连接；
八号Zigbee转换收发装置(13)的一号Zigbee信号端与中继设备的八号Zigbee信号端连接；
九号Zigbee转换收发装置(14)的一号Zigbee信号端与中继设备的九号Zigbee信号端连接；
十号Zigbee转换收发装置(15)的一号Zigbee信号端与中继设备的十号Zigbee信号端连接；
六号Zigbee转换收发装置(11)的二号Zigbee信号端与一号控制器(16)的Zigbee信号端连接；所述一号控制器(16)用于控制沼气流量阀(21)的开度；所述沼气流量阀(21)设置在沼气发酵罐的沼气排放口处；
七号Zigbee转换收发装置(12)的二号Zigbee信号端与二号控制器(17)的Zigbee信号端连接；所述二号控制器(17)用于控制沼气发酵罐内的物液分离器(22)开始或停止工作；
八号Zigbee转换收发装置(13)的二号Zigbee信号端与三号控制器(18)的Zigbee信号端连接；所述三号控制器(18)用于控制沼气发酵罐内的搅拌器(23)开始或停止工作；
九号Zigbee转换收发装置(14)的二号Zigbee信号端与四号控制器(19)的Zigbee信号端连接；所述四号控制器(19)用于控制与沼气发酵罐内沼气排放口连接的的抽气泵(24)开始或停止工作；
十号Zigbee转换收发装置(15)的二号Zigbee信号端与五号控制器(20)的Zigbee信号端连接；所述五号控制器(20)用于控制沼气发酵罐内的温度调节装置(25)开始或停止工作；
中继设备的十一号Zigbee信号端与终端Zigbee转换收发装置(26)的一号Zigbee信号端连接；
Zigbee转换收发装置(26)的二号Zigbee信号端与终端控制器(28)的Zigbee信号端连接；
终端控制器(28)的Wlan信号端与Wlan收发单元(31)的一号Wlan信号端连接；
Wlan收发单元(31)的二号Wlan信号端与现场计算机(32)的Wlan信号端连接。
2.根据权利要求1所述的基于Wlan和ZigBee的沼气发酵监控装置，其特征在于它还包括数据缓冲器(27)，Zigbee转换收发装置(26)的二号Zigbee信号端通过数据缓冲器(27)与终端控制器(28)的Zigbee信号端连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于Wlan和ZigBee的沼气发酵监控装置，其特征在于它还包括数据存储器(29)，所述数据存储器(29)的存储信号端与终端控制器(28)的存储信号端连接。
4.根据权利要求3所述的基于Wlan和ZigBee的沼气发酵监控装置，其特征在于它还包括警示电路(30)，所述警示电路(30)的警示信号输入端与终端控制器(28)的警示信号输出端连接。
5.根据权利要求4所述的基于Wlan和ZigBee的沼气发酵监控装置，其特征在于警示电路(30)为声光警示电路。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的基于Wlan和ZigBee的沼气发酵监控装置，其特征在于它还包括N个终端计算机(33)，N为正整数；所述N个终端计算机(33)通过局域网络接入Wlan收发单元。
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